現場動平衡技術在設備檢修中的應用

高俊蘭

摘 要：不平衡是旋轉機械的主要故障之一，轉子不平衡引起的故障約占全部機械故障的50%，清除機械不平衡故障最方便的手段就是進行現場動平衡。907是一種經濟型動平衡儀，它的功能由兩部分組成：頻譜分析和現場動平衡。它可以測量和存儲振動的加速度、速度、位移、高頻加速度包括的特征值及其波形，自動對這些數據值進行運算處理，從而在現場進行簡易故障診斷和現場動平衡。

關鍵詞：現場動平衡；故障診斷；應用實例

1.概況

現場動平衡技術是對旋轉機械在與其工作狀態相同或接近的轉速、安裝條件、支承條件和負載情況下，進行振動測量和平衡校正的一種平衡方法。其工作原理是利用安放試探質量臨時改變轉子的質量分布，測量由此引起的軸承振動大小和相位變化，由試探質量的影響效果確定出真正需要的校正質量大小和安放位置。

1.1單面動平衡的原理

907的單面平衡采用了影響系數法，又叫轉子的單面測相平衡法。顧名思義，在測量轉子基頻率震動的幅值時，還需要對基頻震動的相位進行測量。對轉子進行單面動平衡的工作流程如下圖

具體步驟為：

（1）首先測取轉載在工作轉速下的出事基頻振動矢量A0。

（2）選擇合適的試重M加到轉子上，測量加試重后轉載在相同轉速下的振動矢量A1。

（3）轉子上應加平衡重量（矢量形式）按下式計算：Q-M×A0/（A1-A0）

由于轉子不平衡離心力與轉速有關，動平衡過程中，所有的振動測量都應保證在同一轉速下進行。

1.2 雙面動平衡的原理

幾乎所有的單跨轉子的平衡都可用雙面動平衡法實現，單面平衡也是雙面平衡的一個特例。

進行轉子的雙面動平衡時，需要兩個加試重平面以及兩個測試點。907雙面動平衡采用的仍然是影響系數法。與單面動平衡不同的是，在其中的一個面上加試重時，需要同時對兩個測點的振動進行測量。這樣，雙面動平衡法將有四個影響系數。

雙面動平衡工作步驟大致如下：

（1）測量兩個測點的初始振動。

（2）第一面加試重，測量兩個測點的振動。

（3）第二面加試重，測量兩個測點的振動。

（4）計算出影響系數，給出平衡配重結果。

（5）如果已知道影響系數，則可越過步驟2和3，直接輸入影響系數，得到平衡配重結果。

2.現場動平衡故障的識別

旋轉機械的故障類型多種多樣，據統計，設備故障的起因75%以上由不平衡引起的。在現場對某一設備進行動平衡校驗前，首先要判斷故障的類別。轉動設備若發生軸彎曲、不對中、機械松動和軸裂紋等故障時，無法使用現場動平衡技術校驗。頻譜分析和相位分析方法的結合使用，可以提高故障診斷準確性。

2.1 相位分析

一般的轉子不平衡將產生一個均勻的旋轉力，此力的方向連續變化，但始終作用在徑向方向。因此，軸和支承軸承趨向于以某一圓周軌道運動，水平方向振動通常大于垂直方向振動，一般在2～3倍左右，水平和垂直方向的相位差約為90度，不平衡故障分為靜不平衡、偶不平衡和動不平衡三種類型。

2.2 頻譜分析

轉子不平衡狀態的現場測量，應從軸的垂直和水平方向著手分別進行，頻譜圖中通常反映出不平衡部件轉速1 倍頻率的振動。通常，這個1倍頻轉速頻率的振動尖峰在頻譜中占優勢，基本上無其他頻率分量，或其他分量較小。當故障僅限于不平衡時，1倍頻的振動尖峰值通常大于或等于振動總幅值的80 %；當同時存在不平衡及其它故障時，則可能僅為振動總幅值的5 %～80 % ，且水平方向的振動大于垂直方向振動的50 %以上。

3.現場動平衡的應用

3.1 振動測試及故障診斷

現場動平衡校驗的測量方法是在轉子支承點上用加速度傳感器測取振動信號， 通過速度傳感器測取轉子轉速和轉子振動角度信號，角度測量以轉子上一個固定參考標記做為基準，將兩組信號傳入907數據采集儀，通過該數據采集儀提供的現場動平衡應用軟件進行數據處理，最終得出校驗結果。

我廠三燒車間1#主抽中修后運行不穩，經常出現振動報警，被迫停車后，經分析是葉輪不平衡引起，用現場動平衡方法對葉輪進行效驗。通過振動測試及頻譜分析發現： ①水平振動大于垂直振動，振動幅值相差近3倍；②基頻161875 Hz處的振動能量最高，峰值達81165 mm/ s ，占總幅值的78 % ，其它頻率分量小，可以排除機械松動、不對中等故障； ③0～5000 Hz 處無分量，排除軸承損壞故障。測試相位分析發現，垂直和水平方向相位相差90°。

得出結論：1#主抽風機振動異常為葉輪結垢不勻造成的不平衡故障。

停機檢查發現，風機葉輪結垢嚴重。經過處理后，發現葉輪有輕度磨損。造成葉輪質量分布不均，導致風機出現不平衡故障。

3.2 現場動平衡操作步驟

（1）停機狀態下在聯軸器輪轂處貼上反光貼紙，以標出相位角，并架好平衡儀 。

（2）根據風機葉輪的幾何尺寸和工作轉速，決定對該風機進行單面平衡，相角的測量設置為與風機葉輪轉動的方向相反，試重設置為保留。

（3）啟動風機，待轉速平穩后，測量初始振動值及相位。

（4）停機，打開觀察孔，將試重塊焊在葉輪左邊棱緣的180°處，蓋好觀察孔，在907儀器上輸入左邊試重塊重量和相位180°，開機待轉速穩定后讀取左邊試重讀數。

（5）停機，打開觀察孔， 907平衡儀即自動計算該風機葉輪需加配重的重量和位置，屏幕上即顯示出不平衡的重量和位置。

（6）停機，打開觀察孔，將配重塊焊在葉輪左邊棱緣處 ，蓋好觀察孔。

（7）啟動風機， 待運行平穩后， 測得左振動值，振動已明顯下降，頻譜圖顯示，設備故障排除。

4.結束語

現場動平衡技術能夠有效地用于有配重條件的設備上，如風機可在葉輪上焊配重塊等。總之，現場動平衡技術在設備檢修中的應用效果是顯而易見的，對于抽煙風機和除塵風機這類關鍵設備，葉輪的承載面極易磨損，造成失衡現象。利用現場動平衡技術校驗后，原有設備仍可滿負荷、長周期的運行。設備的安全、穩定、長期、滿負荷運行直接影響企業的經濟效益，而現場動平衡技術不失為一種既減輕工人勞動強度、節約檢修時間，又減少耗材的好方法。

參考文獻：

[1]設備狀態監控與故障診斷[M].北京盛迪振通科技有限公司