簡(jiǎn)述現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的應(yīng)用

1、 簡(jiǎn)述現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的應(yīng)用 輝/鋼鐵XX公司    摘要：介紹了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、診斷和處理方法，通過(guò)具體的實(shí)例分析了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)為企業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī)；動(dòng)平衡；診斷；方法 中圖分類號(hào)：TH113.2+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B The Application of Dynamic Balance Technology on Site Abstract: This paper has introduced the advantage, the diagnosing and treating method of dynamic balan

2、ce technology on site. The economical benefit for enterprise is obtained by applying dynamic balance technology on site through the concrete analysis of actual example. Key words: fan; dynamic balance; diagnosis; method 0 引言 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)是指旋轉(zhuǎn)機(jī)械在與其工作狀態(tài)一樣或相近的轉(zhuǎn)速、安裝條件、支承條件和負(fù)載情況下，對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量或平衡校正的一種平衡方法。實(shí)踐證明，50%以

3、上的機(jī)械振動(dòng)可以歸結(jié)為“不平衡”造成的。所以，成功地消除或減小轉(zhuǎn)子不平衡是降低機(jī)械振動(dòng)的主要手段。質(zhì)量高的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡總會(huì)提高安全性、延長(zhǎng)機(jī)器壽命和提高設(shè)備利用率。因此，平衡不僅是技術(shù)上的要求，也是經(jīng)濟(jì)效益的需要。 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的必要性 （1）安裝在實(shí)際設(shè)備上和安裝在動(dòng)平衡機(jī)上轉(zhuǎn)子的工況不同。 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝誤差。設(shè)備安裝誤差有軸承裝配偏差、軸承同心度偏差、轉(zhuǎn)子和軸裝配偏差、轉(zhuǎn)子變形等，這些對(duì)機(jī)器不平衡振動(dòng)都有很大的影響，這和轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡機(jī)上旋轉(zhuǎn)是完全不一樣的。所以現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡比機(jī)上動(dòng)平衡精度更高。 在帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子的不平衡會(huì)發(fā)生變化。機(jī)器帶負(fù)荷運(yùn)行引起轉(zhuǎn)子不平衡變化的主要原因是熱不平衡，轉(zhuǎn)子

4、局部熱變形引起的不平衡。 個(gè)別零件（如聯(lián)軸器）未與轉(zhuǎn)子一起進(jìn)行高速動(dòng)平衡。 （2）轉(zhuǎn)子在使用過(guò)程中發(fā)生變化需要進(jìn)行動(dòng)平衡補(bǔ)償。 這些變化有機(jī)械磨損，例如轉(zhuǎn)子軸頸磨損、軸承磨損、轉(zhuǎn)子葉片磨損。零部件損壞，例如轉(zhuǎn)子葉片損壞，轉(zhuǎn)軸彎曲。設(shè)備修理時(shí)，零部件的修改或更換，例如更換吐絲機(jī)的吐絲管和卡環(huán)會(huì)破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡等。 （3）拆卸機(jī)器和運(yùn)輸轉(zhuǎn)子到適合的動(dòng)平衡機(jī)做動(dòng)平衡，有時(shí)受條件限制，同時(shí)也不經(jīng)濟(jì)。 2 不平衡的診斷 2.1 信號(hào)特征 （1）通頻時(shí)域波圖形為近似的等幅正弦波。 （2）頻譜圖上，以工頻成分為主，其它頻率成分相對(duì)較小。 （3）軸心軌跡圖為一個(gè)穩(wěn)定的、長(zhǎng)短軸相差不大的橢圓。 （4）轉(zhuǎn)速一定時(shí)

5、，相位穩(wěn)定。 （5）工頻趨勢(shì)圖上，初始不平衡時(shí)，初次開車后振動(dòng)值就大；漸發(fā)性不平衡時(shí)，振動(dòng)值逐步參差緩慢增大（其間有時(shí)可能有所降低），相位同時(shí)產(chǎn)生較小的相應(yīng)變化；突發(fā)性不平衡時(shí)，振幅突然顯著增大，相位也同時(shí)突變。 （6）轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)方向?yàn)橥秸M(jìn)動(dòng)。（7）旋轉(zhuǎn)方向上（徑向）各點(diǎn)的振動(dòng)存在相位差。 （8）支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承同一方向上測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)相位，純靜失衡時(shí)為同相，純偶失衡時(shí)為反相，動(dòng)失衡時(shí)存在0°180°的相位差。 （9）轉(zhuǎn)子外伸段，特別是懸臂轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)會(huì)同時(shí)，產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng)，支承轉(zhuǎn)子的兩軸承的軸向振動(dòng)相位一樣。 2.2 方向性 由于不平衡振動(dòng)是由離心慣性力所引起的橫向

6、振動(dòng)，因此徑向振動(dòng)大。 2.3 敏感參數(shù) 2.3.1 轉(zhuǎn)速 不平衡振動(dòng)的振幅值大小與轉(zhuǎn)速圍的變化密切相關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加而明顯上升；當(dāng)轉(zhuǎn)速等于或接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，將產(chǎn)生共振，振幅急劇上升并達(dá)到最大峰值；當(dāng)轉(zhuǎn)速越過(guò)并遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加反而減小，并趨向于一個(gè)較小的穩(wěn)定值。 2.3.2 相位 除了與轉(zhuǎn)速存在上述類似關(guān)系（即低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)相位隨轉(zhuǎn)速而變；通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生大的翻轉(zhuǎn)變化；遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速后趨向于一個(gè)穩(wěn)定值）外，不平衡振動(dòng)的相位還存在一個(gè)非常重要的敏感信息，這就是只要是發(fā)生了不平衡 ( 無(wú)論是突發(fā)性、還是漸發(fā)性 ) ，原質(zhì)量偏心距的方位（重點(diǎn)）肯定要發(fā)生變化

7、，工頻的相位必然要隨之發(fā)生變化。因此，在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的情況下，如果振幅、工頻相位同時(shí)發(fā)生變化，基本上可以斷定是發(fā)生了轉(zhuǎn)子不平衡故障。 2.4 故障甄別由于不平衡故障的特征頻率是工頻，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要振動(dòng)頻率成分是工頻的各類故障有 10類26種之多。因此，單憑工頻成分這一特征是無(wú)法做出轉(zhuǎn)子不平衡結(jié)論的，這就需要綜合考慮方向性、轉(zhuǎn)速、相位等因素，進(jìn)行區(qū)分、甄別。 2.4.1 彎曲類 如軸彎曲、裂紋引起的彎曲，剛性聯(lián)軸器的角度不對(duì)中也可歸入此類。與不平衡的主要區(qū)別點(diǎn)是彎曲類振動(dòng)還存在較大的軸向工頻振動(dòng)。此外，轉(zhuǎn)速變化時(shí)，永久性彎曲相位不變，臨時(shí)性彎曲相位變化不明顯；角度不對(duì)中時(shí)，聯(lián)軸器兩側(cè)徑向振動(dòng)相位一樣

8、。 2.4.2偏心類 如軸承偏心（間隙過(guò)大、合金磨損、軸頸與軸承偏心、軸承座剛度差異過(guò)大等）、轉(zhuǎn)動(dòng)部件（聯(lián)軸器、齒輪、葉輪等）偏心、電機(jī)氣隙不均等。與不平衡的主要區(qū)別點(diǎn)是偏心類振動(dòng)其振動(dòng)值隨負(fù)荷而變化、對(duì)轉(zhuǎn)速變化不敏感，此外在相位、軸心軌跡等方面也有所不同。 2.4.3 變形類 如機(jī)殼、支座與基礎(chǔ)的變形，松動(dòng)，裂紋等。此類振動(dòng)的工頻幅值與負(fù)荷、轉(zhuǎn)速的關(guān)系均不明顯。變形類故障使機(jī)組的支撐剛度在某一方向上明顯削弱。因此，相關(guān)各點(diǎn)的振動(dòng)均在此方向上明顯較大、相位一致，而不平衡引起的振動(dòng)，同一軸承的不同測(cè)點(diǎn)和兩端軸承的同方向測(cè)點(diǎn)都存在相位差。 2.4.4 共振類 如基礎(chǔ)共振和工作在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)等?；A(chǔ)共

9、振使機(jī)組各點(diǎn)都以同一頻率、同一相位進(jìn)行振動(dòng)，而不平衡造成的振動(dòng)各點(diǎn)都存在相位差。通過(guò)波特圖和極聯(lián)圖確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，看是否與實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速相接近。 2.4.5 假象類 如渦流傳感器測(cè)量軸頸處的機(jī)械偏差（橢圓、不同心、損傷等）和電氣偏差（剩磁）以與工作轉(zhuǎn)速為3000r/min 時(shí)的50Hz交流電干擾信號(hào)等。對(duì)于機(jī)械和電氣偏差可通過(guò)波特圖、極坐標(biāo)圖或低轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)加以確認(rèn)和排除，而 50Hz 交流電干擾信號(hào)則是隨機(jī)的沖擊信號(hào)。 現(xiàn)場(chǎng)不平衡的處理方法 通過(guò)測(cè)量，當(dāng)已確定振動(dòng)原因?yàn)椴黄胶夂螅乱徊降墓ぷ骶褪且獙?duì)機(jī)器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正。筆者從工作實(shí)踐中總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的關(guān)鍵步驟如下。 3.1 振動(dòng)傳感器和光

10、電傳感器的正確安裝 現(xiàn)場(chǎng)可以將光電傳感器與振動(dòng)傳感器安裝在同一角度，這樣校正角度以光電標(biāo)記計(jì)量即可。否則，必須將光電傳感器對(duì)準(zhǔn)光電標(biāo)記后，以振動(dòng)傳感器的位置為起點(diǎn)計(jì)量校正角度。 3.2 初始振動(dòng)矢量分析 假設(shè)轉(zhuǎn)子的兩個(gè)支承分別為A和B,見表1，根據(jù)初始振動(dòng)矢量分析1 ，判斷不平衡的類型。 表1 SAO，SBO為A、B側(cè)軸承的初始振幅 夾角振幅關(guān)系引起振動(dòng)的主要原因消除方法接近90° S AO S BO 靜、力偶雙面小于90° S AO S BO 靜 單（對(duì)稱加） 接近180° S AO S BO 力偶 雙面 接近90° S AO S BO A側(cè)不平衡單（

11、A側(cè)加） 小于90° S AOS BO A側(cè)不平衡單（A側(cè)加） 接近180° S AO S BOA側(cè)不平衡單（A側(cè)加） 3.3 試加質(zhì)量和相位角成功與否的判斷標(biāo)準(zhǔn) 振幅明顯減?。?0%）或相位明顯變化（>60°）。若不成功，則需要調(diào)整試重質(zhì)量，因?yàn)樵囍刭|(zhì)量過(guò)大或角度偏差過(guò)大會(huì)引起振幅增大，這對(duì)機(jī)組安全不利；而試重質(zhì)量過(guò)小，振幅無(wú)明顯減小，會(huì)引起計(jì)算誤差增大，降低平衡效果，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果2 ，所以試重質(zhì)量的選擇很大程度上依賴經(jīng)驗(yàn)。通常可以參考經(jīng)驗(yàn)公式，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增加或減少試加質(zhì)量。在實(shí)踐中不斷總結(jié)該設(shè)備的加重區(qū)間，同時(shí)廣泛收集同類設(shè)備的平衡資料，因

12、試加質(zhì)量和滯后角具有可參考性，可提高試加成功率。關(guān)于試加角度，一般認(rèn)為剛性轉(zhuǎn)子試加角度比振動(dòng)相位角加上180°的值略小，撓性轉(zhuǎn)子試加角度比振動(dòng)相位角的值略大，但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量上總是存在偏差，但一般偏差不大。實(shí)踐證明，采用這種方法有時(shí)一次加重就可以將機(jī)器振動(dòng)降低到合格圍，可節(jié)省檢修時(shí)間。 3.4 判斷動(dòng)平衡儀分析數(shù)據(jù)是否正確 在現(xiàn)場(chǎng)平衡過(guò)程中，若按照儀器計(jì)算的結(jié)果校正后，振動(dòng)沒有明顯改善，且檢查上述三步?jīng)]有問題，可以通過(guò)作矢量圖的方法加以驗(yàn)證，排除平衡儀器自身的問題。 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡效益分析 2008年11月28日，邢鋼白灰廠套筒窯主抽風(fēng)機(jī)，由于振動(dòng)過(guò)大而無(wú)法運(yùn)行。該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子直徑2100mm，額定轉(zhuǎn)速1490r/min，正常工作轉(zhuǎn)速為1150r/min，由功率250kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)見圖1, 振動(dòng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為Vrms2.8mm/s。 對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)3的振動(dòng)值達(dá)到11.9mm/s，經(jīng)過(guò)分析診斷，確定風(fēng)機(jī)的故障原因?yàn)椴黄胶?，于是決定對(duì)風(fēng)機(jī)做現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。自始至終用了6h，就恢復(fù)了正常生產(chǎn)。據(jù)設(shè)備部門介紹一臺(tái)這樣的風(fēng)機(jī)如果拆下來(lái)修理需要24h，直接費(fèi)用包括拆卸、安裝、調(diào)試、運(yùn)輸、備件等需要16000元。但檢修停機(jī)的生產(chǎn)損失，按每噸白灰