剛性發電機轉子動平衡試驗方法探討

羅綿輝+秦竹青

摘要： 介紹了剛性轉子動平衡技術，以廣州廣重企業集團生產的發電機轉子為對象，探討剛性發電機轉子的動平衡試驗方法。通過試驗，較好地完成了轉子的動平衡校正工作，使轉子運行振動值達到了合格標準以內。

Abstract： This article introduces rigid rotor dynamic balancing technology. Taking Guangzhou Guangzhong Enterprise Group generator rotor group production as the object， the rigid generator dynamic balance test method is discussed. Through the experiment， the rotor dynamic balance correction is completed well， making therotor vibration value achieve the standard.

關鍵詞： 動平衡；發電機轉子；剛性

Key words： dynamic balancing；generator rotor；rigidity

中圖分類號：TV734.20 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）09-0018-02

0 引言

工業汽輪發電機組的發電機轉子由于設計、結構特點，以及材質不均勻、制造安裝過程的誤差等原因，使得實際轉子的中心慣性主軸偏離其旋轉軸，因此當轉子旋轉時其慣性力系不是一個平衡力系，即轉子存在不平衡。當轉子高速旋轉時，轉子的撓曲和內力增大，使機械產生劇烈的振動和噪聲，加速旋轉件的磨損，降低機械設備的精度和可靠性，嚴重時引起焊縫開裂、結構疲勞斷裂等機械故障。這些都將直接使旋轉機械工作效率和可靠性下降。解決這類問題的方法就是對轉子進行動平衡，本文以廣州廣重企業集團生產的發電機轉子為例，利用DH8高速動平衡機進行動平衡校正試驗，來探討剛性發電機轉子的動平衡試驗方法。

1 剛性發電機轉子動平衡原理

所謂剛性轉子，是指工作轉速低于一階臨界轉速的轉子。這類轉子在旋轉時基本不產生撓曲變形，不平衡主要由轉子自身的質心偏離造成的。從平衡技術的角度來看，工作轉速低于一階臨界轉速的60%以下的轉子，都可按剛性轉子進行動平衡。

轉子自身的質心偏離造成剛性轉子的不平衡，而進行動平衡的目的在于消除這種質心偏離，因此在低速下進行平衡即可。由于不考慮轉子的撓曲變形，故由離心力和離心力力矩的平衡方程就可獲得平衡條件。

剛性轉子的任意不平衡均可以用兩個校正平面內的校正質量加以平衡。轉子經過平衡后，在一定精度范圍內，其離心慣性力系是一個平衡力系，其某一中心慣性主軸與旋轉軸重合。剛性轉子一旦在某一轉速下平衡以后，不論在任何轉速下，它總是保持平衡的。[1]

2 DH8高速動平衡機

高速動平衡機DH8是德國申克公司開發生產，包含振動測量系數、真空系數、計算機輔助計算系統等。其中計算機輔助計算系統根據影響系數法原理，對轉子振動信號進行分析處理，計算影響系數，得出最佳配重質量及其相位，實現轉子全速動平衡。轉子高速動平衡試驗在真空環境下進行。DH8高速動平衡機參數：最大轉子重量：32000Kg；最大轉子直徑：9000mm；最高運行轉速：

8000rpm。

動平衡機按系統力學特性的不同分為軟支承和硬支承兩大類。軟支承平衡機指平衡轉速遠高于轉子支承系統固有頻率的平衡機，也稱測位移式動平衡機，多用于輕小轉子的平衡；硬支承平衡機指平衡轉速低于轉子支承系統固有頻率的平衡機，也稱測力式動平衡機。硬支承動平衡機以其高精度、永久性標定和結構堅固可靠的優越性，在越來越大的范圍取代了軟支承動平衡機[2]。DH8采用的是硬支承。硬支承平衡機的剛度很大。當工件旋轉產生的不平衡離心力不能使支承架產生較大的振動信號時。轉子的不平衡量以交變動壓力的形式作用于支承架上，它包含不平衡的大小和相位信息。[3]

3 600KW發電機轉子動平衡試驗

3.1 轉子情況 該發電機轉子由廣州廣重企業集團有限公司生產，功率：6000KW，型號：QF6-4 10.5KV，重量8630kg，額定轉速1500rpm，一階臨界轉速3063rpm，兩軸承中心距3060mm，轉子總長4095mm。本次動平衡試驗是該轉子出廠前首次進行動平衡校正。

3.2 轉子有兩個平衡面，試驗步驟 ①轉子在無試加重的原始狀態下運轉500rpm，保持15分鐘，記錄振動數據run1；②在兩個平衡面進行第一次低速配重；③運轉于工作轉速1500rpm，記錄振動數據run2；④在兩個平衡面進行第一次高速配重；⑤進行超速實驗，將轉子轉速增加至1800rpm，保持兩分鐘，密切關注轉子振動值，若振動值超過最大允許值時，則應立即停機，再一次進行低速及高速實驗；⑥超速實驗之后，進行第二次低速試驗，讓轉子運轉于500rpm，記錄振動數據run3，然后進行第二次低速配重；⑦再一次運轉于工作轉速1500rpm，記錄振動數據run4，并進行第二次高速配重；⑧完成配重后將轉子運行于工作轉速，記錄振動數據run5。⑨若轉子振動值符合要求，則動平衡試驗結束；反之，則在run5基礎上重新計算兩個平衡面的影響系數，繼續進行配重工作，直至轉子振動符合要求為止[4]。

3.3 試驗振動評價標準 ①轉子動平衡低速試驗。根據ISO1940-1轉子平衡品質級別要達到G2.5，要求轉子經平衡校正后，在轉速n=500rpm時，轉子單邊軸承座位置的剩余不平衡量不大于59.989kg·mm。②轉子動平衡高速試驗。要求在額定轉速1500rpm時，其振動幅值軸承垂直和水平方向的振動不超過20um。③超速試驗。對于新轉子應在1.2倍額定轉速的速度下進行超速試驗，持續運轉2分鐘，無異常即可。本次試驗的發電機轉子超速轉速為1800rpm。

3.4 試驗結果 ①轉子經平衡校正后，在工作轉速500rpm時，軸承座位置的為：汽端剩余不平衡量17.2kg·mm，勵端剩余不平衡量16.1kg·mm。②經平衡校正后，在工作轉速1500rpm時，軸承座位置的剩余不平衡量如表1、圖1所示。③轉子在超速轉速1800rpm時運行2分鐘，無異常。

3.5 試驗結果分析 經動平衡校正后，發電機轉子兩個軸承座位置的剩余不平衡量均達到動平衡合格要求，因此認定經動平衡校正后的結果是合格的。

4 結論

對6000KW發電機轉子進行動平衡試驗，較好地減少了轉子的不平衡量，降低了轉子振動值，使轉子的振動達到了運行合格標準以內。這表明通過高低速運轉配重的方法進行發電機轉子高速動平衡試驗，是能滿足生產運行需求的。

參考文獻：

[1]何為等.轉子動平衡及不平衡響應試驗研究[J].工業汽輪機，2011，04.

[2]李菊麗等.剛性轉子動平衡的關鍵技術分析[J].工藝與檢測，2010，11.

[3]胡光輝等.剛性轉子動平衡機的實驗測試原理及算法分析[J].交通標準化，2007，06.

[4]徐興科等.剛性轉子的動平衡[J].中國設備工程，2002，03.endprint

摘要： 介紹了剛性轉子動平衡技術，以廣州廣重企業集團生產的發電機轉子為對象，探討剛性發電機轉子的動平衡試驗方法。通過試驗，較好地完成了轉子的動平衡校正工作，使轉子運行振動值達到了合格標準以內。

Abstract： This article introduces rigid rotor dynamic balancing technology. Taking Guangzhou Guangzhong Enterprise Group generator rotor group production as the object， the rigid generator dynamic balance test method is discussed. Through the experiment， the rotor dynamic balance correction is completed well， making therotor vibration value achieve the standard.

關鍵詞： 動平衡；發電機轉子；剛性

Key words： dynamic balancing；generator rotor；rigidity

中圖分類號：TV734.20 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）09-0018-02

0 引言

工業汽輪發電機組的發電機轉子由于設計、結構特點，以及材質不均勻、制造安裝過程的誤差等原因，使得實際轉子的中心慣性主軸偏離其旋轉軸，因此當轉子旋轉時其慣性力系不是一個平衡力系，即轉子存在不平衡。當轉子高速旋轉時，轉子的撓曲和內力增大，使機械產生劇烈的振動和噪聲，加速旋轉件的磨損，降低機械設備的精度和可靠性，嚴重時引起焊縫開裂、結構疲勞斷裂等機械故障。這些都將直接使旋轉機械工作效率和可靠性下降。解決這類問題的方法就是對轉子進行動平衡，本文以廣州廣重企業集團生產的發電機轉子為例，利用DH8高速動平衡機進行動平衡校正試驗，來探討剛性發電機轉子的動平衡試驗方法。

1 剛性發電機轉子動平衡原理

所謂剛性轉子，是指工作轉速低于一階臨界轉速的轉子。這類轉子在旋轉時基本不產生撓曲變形，不平衡主要由轉子自身的質心偏離造成的。從平衡技術的角度來看，工作轉速低于一階臨界轉速的60%以下的轉子，都可按剛性轉子進行動平衡。

轉子自身的質心偏離造成剛性轉子的不平衡，而進行動平衡的目的在于消除這種質心偏離，因此在低速下進行平衡即可。由于不考慮轉子的撓曲變形，故由離心力和離心力力矩的平衡方程就可獲得平衡條件。

剛性轉子的任意不平衡均可以用兩個校正平面內的校正質量加以平衡。轉子經過平衡后，在一定精度范圍內，其離心慣性力系是一個平衡力系，其某一中心慣性主軸與旋轉軸重合。剛性轉子一旦在某一轉速下平衡以后，不論在任何轉速下，它總是保持平衡的。[1]

2 DH8高速動平衡機

高速動平衡機DH8是德國申克公司開發生產，包含振動測量系數、真空系數、計算機輔助計算系統等。其中計算機輔助計算系統根據影響系數法原理，對轉子振動信號進行分析處理，計算影響系數，得出最佳配重質量及其相位，實現轉子全速動平衡。轉子高速動平衡試驗在真空環境下進行。DH8高速動平衡機參數：最大轉子重量：32000Kg；最大轉子直徑：9000mm；最高運行轉速：

8000rpm。

動平衡機按系統力學特性的不同分為軟支承和硬支承兩大類。軟支承平衡機指平衡轉速遠高于轉子支承系統固有頻率的平衡機，也稱測位移式動平衡機，多用于輕小轉子的平衡；硬支承平衡機指平衡轉速低于轉子支承系統固有頻率的平衡機，也稱測力式動平衡機。硬支承動平衡機以其高精度、永久性標定和結構堅固可靠的優越性，在越來越大的范圍取代了軟支承動平衡機[2]。DH8采用的是硬支承。硬支承平衡機的剛度很大。當工件旋轉產生的不平衡離心力不能使支承架產生較大的振動信號時。轉子的不平衡量以交變動壓力的形式作用于支承架上，它包含不平衡的大小和相位信息。[3]

3 600KW發電機轉子動平衡試驗

3.1 轉子情況 該發電機轉子由廣州廣重企業集團有限公司生產，功率：6000KW，型號：QF6-4 10.5KV，重量8630kg，額定轉速1500rpm，一階臨界轉速3063rpm，兩軸承中心距3060mm，轉子總長4095mm。本次動平衡試驗是該轉子出廠前首次進行動平衡校正。

3.2 轉子有兩個平衡面，試驗步驟 ①轉子在無試加重的原始狀態下運轉500rpm，保持15分鐘，記錄振動數據run1；②在兩個平衡面進行第一次低速配重；③運轉于工作轉速1500rpm，記錄振動數據run2；④在兩個平衡面進行第一次高速配重；⑤進行超速實驗，將轉子轉速增加至1800rpm，保持兩分鐘，密切關注轉子振動值，若振動值超過最大允許值時，則應立即停機，再一次進行低速及高速實驗；⑥超速實驗之后，進行第二次低速試驗，讓轉子運轉于500rpm，記錄振動數據run3，然后進行第二次低速配重；⑦再一次運轉于工作轉速1500rpm，記錄振動數據run4，并進行第二次高速配重；⑧完成配重后將轉子運行于工作轉速，記錄振動數據run5。⑨若轉子振動值符合要求，則動平衡試驗結束；反之，則在run5基礎上重新計算兩個平衡面的影響系數，繼續進行配重工作，直至轉子振動符合要求為止[4]。

3.3 試驗振動評價標準 ①轉子動平衡低速試驗。根據ISO1940-1轉子平衡品質級別要達到G2.5，要求轉子經平衡校正后，在轉速n=500rpm時，轉子單邊軸承座位置的剩余不平衡量不大于59.989kg·mm。②轉子動平衡高速試驗。要求在額定轉速1500rpm時，其振動幅值軸承垂直和水平方向的振動不超過20um。③超速試驗。對于新轉子應在1.2倍額定轉速的速度下進行超速試驗，持續運轉2分鐘，無異常即可。本次試驗的發電機轉子超速轉速為1800rpm。

3.4 試驗結果 ①轉子經平衡校正后，在工作轉速500rpm時，軸承座位置的為：汽端剩余不平衡量17.2kg·mm，勵端剩余不平衡量16.1kg·mm。②經平衡校正后，在工作轉速1500rpm時，軸承座位置的剩余不平衡量如表1、圖1所示。③轉子在超速轉速1800rpm時運行2分鐘，無異常。

3.5 試驗結果分析 經動平衡校正后，發電機轉子兩個軸承座位置的剩余不平衡量均達到動平衡合格要求，因此認定經動平衡校正后的結果是合格的。

4 結論

對6000KW發電機轉子進行動平衡試驗，較好地減少了轉子的不平衡量，降低了轉子振動值，使轉子的振動達到了運行合格標準以內。這表明通過高低速運轉配重的方法進行發電機轉子高速動平衡試驗，是能滿足生產運行需求的。

參考文獻：

[1]何為等.轉子動平衡及不平衡響應試驗研究[J].工業汽輪機，2011，04.

[2]李菊麗等.剛性轉子動平衡的關鍵技術分析[J].工藝與檢測，2010，11.

[3]胡光輝等.剛性轉子動平衡機的實驗測試原理及算法分析[J].交通標準化，2007，06.

[4]徐興科等.剛性轉子的動平衡[J].中國設備工程，2002，03.endprint

摘要： 介紹了剛性轉子動平衡技術，以廣州廣重企業集團生產的發電機轉子為對象，探討剛性發電機轉子的動平衡試驗方法。通過試驗，較好地完成了轉子的動平衡校正工作，使轉子運行振動值達到了合格標準以內。

Abstract： This article introduces rigid rotor dynamic balancing technology. Taking Guangzhou Guangzhong Enterprise Group generator rotor group production as the object， the rigid generator dynamic balance test method is discussed. Through the experiment， the rotor dynamic balance correction is completed well， making therotor vibration value achieve the standard.

關鍵詞： 動平衡；發電機轉子；剛性

Key words： dynamic balancing；generator rotor；rigidity

中圖分類號：TV734.20 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）09-0018-02

0 引言

工業汽輪發電機組的發電機轉子由于設計、結構特點，以及材質不均勻、制造安裝過程的誤差等原因，使得實際轉子的中心慣性主軸偏離其旋轉軸，因此當轉子旋轉時其慣性力系不是一個平衡力系，即轉子存在不平衡。當轉子高速旋轉時，轉子的撓曲和內力增大，使機械產生劇烈的振動和噪聲，加速旋轉件的磨損，降低機械設備的精度和可靠性，嚴重時引起焊縫開裂、結構疲勞斷裂等機械故障。這些都將直接使旋轉機械工作效率和可靠性下降。解決這類問題的方法就是對轉子進行動平衡，本文以廣州廣重企業集團生產的發電機轉子為例，利用DH8高速動平衡機進行動平衡校正試驗，來探討剛性發電機轉子的動平衡試驗方法。

1 剛性發電機轉子動平衡原理

所謂剛性轉子，是指工作轉速低于一階臨界轉速的轉子。這類轉子在旋轉時基本不產生撓曲變形，不平衡主要由轉子自身的質心偏離造成的。從平衡技術的角度來看，工作轉速低于一階臨界轉速的60%以下的轉子，都可按剛性轉子進行動平衡。

轉子自身的質心偏離造成剛性轉子的不平衡，而進行動平衡的目的在于消除這種質心偏離，因此在低速下進行平衡即可。由于不考慮轉子的撓曲變形，故由離心力和離心力力矩的平衡方程就可獲得平衡條件。

剛性轉子的任意不平衡均可以用兩個校正平面內的校正質量加以平衡。轉子經過平衡后，在一定精度范圍內，其離心慣性力系是一個平衡力系，其某一中心慣性主軸與旋轉軸重合。剛性轉子一旦在某一轉速下平衡以后，不論在任何轉速下，它總是保持平衡的。[1]

2 DH8高速動平衡機

高速動平衡機DH8是德國申克公司開發生產，包含振動測量系數、真空系數、計算機輔助計算系統等。其中計算機輔助計算系統根據影響系數法原理，對轉子振動信號進行分析處理，計算影響系數，得出最佳配重質量及其相位，實現轉子全速動平衡。轉子高速動平衡試驗在真空環境下進行。DH8高速動平衡機參數：最大轉子重量：32000Kg；最大轉子直徑：9000mm；最高運行轉速：

8000rpm。

動平衡機按系統力學特性的不同分為軟支承和硬支承兩大類。軟支承平衡機指平衡轉速遠高于轉子支承系統固有頻率的平衡機，也稱測位移式動平衡機，多用于輕小轉子的平衡；硬支承平衡機指平衡轉速低于轉子支承系統固有頻率的平衡機，也稱測力式動平衡機。硬支承動平衡機以其高精度、永久性標定和結構堅固可靠的優越性，在越來越大的范圍取代了軟支承動平衡機[2]。DH8采用的是硬支承。硬支承平衡機的剛度很大。當工件旋轉產生的不平衡離心力不能使支承架產生較大的振動信號時。轉子的不平衡量以交變動壓力的形式作用于支承架上，它包含不平衡的大小和相位信息。[3]

3 600KW發電機轉子動平衡試驗

3.1 轉子情況 該發電機轉子由廣州廣重企業集團有限公司生產，功率：6000KW，型號：QF6-4 10.5KV，重量8630kg，額定轉速1500rpm，一階臨界轉速3063rpm，兩軸承中心距3060mm，轉子總長4095mm。本次動平衡試驗是該轉子出廠前首次進行動平衡校正。

3.2 轉子有兩個平衡面，試驗步驟 ①轉子在無試加重的原始狀態下運轉500rpm，保持15分鐘，記錄振動數據run1；②在兩個平衡面進行第一次低速配重；③運轉于工作轉速1500rpm，記錄振動數據run2；④在兩個平衡面進行第一次高速配重；⑤進行超速實驗，將轉子轉速增加至1800rpm，保持兩分鐘，密切關注轉子振動值，若振動值超過最大允許值時，則應立即停機，再一次進行低速及高速實驗；⑥超速實驗之后，進行第二次低速試驗，讓轉子運轉于500rpm，記錄振動數據run3，然后進行第二次低速配重；⑦再一次運轉于工作轉速1500rpm，記錄振動數據run4，并進行第二次高速配重；⑧完成配重后將轉子運行于工作轉速，記錄振動數據run5。⑨若轉子振動值符合要求，則動平衡試驗結束；反之，則在run5基礎上重新計算兩個平衡面的影響系數，繼續進行配重工作，直至轉子振動符合要求為止[4]。

3.3 試驗振動評價標準 ①轉子動平衡低速試驗。根據ISO1940-1轉子平衡品質級別要達到G2.5，要求轉子經平衡校正后，在轉速n=500rpm時，轉子單邊軸承座位置的剩余不平衡量不大于59.989kg·mm。②轉子動平衡高速試驗。要求在額定轉速1500rpm時，其振動幅值軸承垂直和水平方向的振動不超過20um。③超速試驗。對于新轉子應在1.2倍額定轉速的速度下進行超速試驗，持續運轉2分鐘，無異常即可。本次試驗的發電機轉子超速轉速為1800rpm。

3.4 試驗結果 ①轉子經平衡校正后，在工作轉速500rpm時，軸承座位置的為：汽端剩余不平衡量17.2kg·mm，勵端剩余不平衡量16.1kg·mm。②經平衡校正后，在工作轉速1500rpm時，軸承座位置的剩余不平衡量如表1、圖1所示。③轉子在超速轉速1800rpm時運行2分鐘，無異常。

3.5 試驗結果分析 經動平衡校正后，發電機轉子兩個軸承座位置的剩余不平衡量均達到動平衡合格要求，因此認定經動平衡校正后的結果是合格的。

4 結論

對6000KW發電機轉子進行動平衡試驗，較好地減少了轉子的不平衡量，降低了轉子振動值，使轉子的振動達到了運行合格標準以內。這表明通過高低速運轉配重的方法進行發電機轉子高速動平衡試驗，是能滿足生產運行需求的。

參考文獻：

[1]何為等.轉子動平衡及不平衡響應試驗研究[J].工業汽輪機，2011，04.

[2]李菊麗等.剛性轉子動平衡的關鍵技術分析[J].工藝與檢測，2010，11.

[3]胡光輝等.剛性轉子動平衡機的實驗測試原理及算法分析[J].交通標準化，2007，06.

[4]徐興科等.剛性轉子的動平衡[J].中國設備工程，2002，03.endprint