大型電機(jī)的轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)應(yīng)用

馬海余，陸 晨

（中國(guó)石油蘭州石化公司檢維修中心，甘肅 蘭州 730060）

某煉油廠(chǎng)重催裝置2#主風(fēng)機(jī)組是催化裝置的關(guān)鍵機(jī)組，由壓縮機(jī)、增速器和電動(dòng)機(jī)組成。在裝置多年運(yùn)行過(guò)程中，其電動(dòng)機(jī)一直存在振動(dòng)過(guò)大問(wèn)題，尤其是電機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)最大，開(kāi)機(jī)時(shí)空載軸振動(dòng)最高達(dá)到100μm，經(jīng)頻譜分析判斷為電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良故障，需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡校正。

一般轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡校正都是在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行，前期需拆解設(shè)備，抽出轉(zhuǎn)子以便上動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行校正。但該電機(jī)體積較大，整機(jī)重達(dá)29 t，現(xiàn)場(chǎng)空間不足，無(wú)法抽出電機(jī)轉(zhuǎn)子，并且若是返廠(chǎng)家作動(dòng)平衡，需要吊車(chē)、卡車(chē)配合，電機(jī)返廠(chǎng)后仍然需要進(jìn)行拆解，完成整個(gè)動(dòng)平衡作業(yè)工期較長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)、效率低。因此，利用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)該電機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正，具有實(shí)際意義。

1 電機(jī)運(yùn)行情況概述

1.1 電機(jī)參數(shù)

型號(hào)：Y900-4；功率：9 000 kW；電壓：6 000 V；電流：988 A；轉(zhuǎn)速：1 480 r/min；整機(jī)重量：29 t；轉(zhuǎn)子重量：7 t；制造廠(chǎng)家：蘭州電機(jī)廠(chǎng)。

1.2 電機(jī)振動(dòng)分析

1.2.1 振動(dòng)值2#主風(fēng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承座振動(dòng)速度值和軸振動(dòng)位移值較大，自由端略小，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、2。

表1 電機(jī)前后軸承座振動(dòng)速度值

表2 電機(jī)軸振動(dòng)位移值

1.2.2 頻譜分析2019年5月6日，裝置停工前采集的電機(jī)軸承座振動(dòng)速度頻譜見(jiàn)圖1，軸振動(dòng)位移頻譜見(jiàn)圖2。

圖1 電機(jī)前后軸承座水平、垂直和軸向振動(dòng)速度頻譜

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端和自由端軸振動(dòng)位移頻譜圖

速度和位移頻譜中主要振動(dòng)頻率為1X，轉(zhuǎn)頻諧波分量很少且幅值很小，驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值大于自由端，綜合判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子存在不平衡故障，且轉(zhuǎn)子不平衡量主要集中在驅(qū)動(dòng)端。下面將采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡校正。

2 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡原理概述

2.1 剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子的區(qū)分

轉(zhuǎn)子通常分為2類(lèi)即剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。一般來(lái)說(shuō)，工作轉(zhuǎn)速低于1階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱(chēng)為剛性轉(zhuǎn)子（即在工作和動(dòng)平衡時(shí)都不產(chǎn)生彈性變形），而把工作轉(zhuǎn)速接近或高于1階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱(chēng)為柔性轉(zhuǎn)子（工作時(shí)產(chǎn)生彈性彎曲變形）。工程實(shí)際中，很多旋轉(zhuǎn)零部件如減速器主軸、風(fēng)機(jī)主軸、電動(dòng)機(jī)主軸的抗彎剛度很大，都可視為剛性轉(zhuǎn)子；而汽輪機(jī)、壓縮機(jī)等高速設(shè)備，其工作轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速，則視為撓性轉(zhuǎn)子。

2.2 影響系數(shù)法

剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡分單面和雙面，單面平衡主要應(yīng)用于薄轉(zhuǎn)子（如：泵和通風(fēng)機(jī)葉輪），雙面平衡主要應(yīng)用于長(zhǎng)轉(zhuǎn)子（如：電機(jī)、汽輪機(jī)和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子）。單面平衡是雙面平衡的特例，單面和雙面動(dòng)平衡的理論基礎(chǔ)都是影響系數(shù)法，即在選定的平衡轉(zhuǎn)速下，通過(guò)加重試驗(yàn)求出加重對(duì)振動(dòng)的影響系數(shù)，再根據(jù)影響系數(shù)求出應(yīng)該加的平衡重量，并且在動(dòng)平衡過(guò)程中，平衡轉(zhuǎn)速必須保持恒定。

單面動(dòng)平衡的具體步驟如下：

（2）在轉(zhuǎn)子上試加重，測(cè)取加重后振動(dòng)；

（3）計(jì)算加重對(duì)振動(dòng)的影響：

（4）計(jì)算轉(zhuǎn)子上的不平衡重量，所有運(yùn)算采用矢量運(yùn)算法則；

則即為平衡轉(zhuǎn)子所需的配重。

2.3 雙面動(dòng)平衡方法

雙面動(dòng)平衡步驟：

（1）開(kāi)啟電機(jī)，至工作轉(zhuǎn)速后，測(cè)取初始狀態(tài)下2端軸承座A和B同方向的振動(dòng)和，停機(jī)；

（4）進(jìn)行以下矢量運(yùn)算：

求解二元二次方程組：

3 電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡工藝過(guò)程

3.1 準(zhǔn)備工作

2019年5月21日，對(duì)2#主風(fēng)機(jī)組電機(jī)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡作業(yè)。

（1）布置振動(dòng)探頭和儀器，振動(dòng)傳感器安裝在電機(jī)驅(qū)動(dòng)端和自由端軸承座的水平方向上；

（2）在電機(jī)轉(zhuǎn)軸外圓面上粘貼標(biāo)識(shí)鍵相的反光標(biāo)貼，并確定0度位；

（3）安裝激光轉(zhuǎn)速計(jì)，調(diào)試并保證激光準(zhǔn)確打到反光標(biāo)貼上；

（4）測(cè)量轉(zhuǎn)子配重面半徑，按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算試重質(zhì)量，做好試重塊。

3.2 電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)測(cè)試

通過(guò)測(cè)量電機(jī)停機(jī)過(guò)程的幅值—相位圖，了解轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡響應(yīng)特性，估計(jì)不平衡點(diǎn)方位。轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端不平衡方位在305°，自由端不平衡方位在17°。試加重角度可選擇驅(qū)動(dòng)端125°，自由端197°。雙面動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 雙面動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)子雙面配重質(zhì)量較大，焊接此重量配重塊存在一定困難，因此還需要運(yùn)用單面影響系數(shù)法進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表4、5。

表4 L面單面動(dòng)平衡分析

表5 R面單面動(dòng)平衡分析

通過(guò)對(duì)計(jì)算出的單面動(dòng)平衡配重結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，L面加重角度102°與雙面動(dòng)平衡計(jì)算結(jié)果一致，但配重質(zhì)量差別較大；R面配重角度與質(zhì)量都和雙面動(dòng)平衡結(jié)果差別較大。

基于以上數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，L面（驅(qū)動(dòng)端）平衡配重對(duì)電機(jī)前后端軸承座振動(dòng)影響較大，并且L面的配重角度較為準(zhǔn)確，R面配重角度差異較大。因此，加重方案確定為在L面的∠101°加配重，質(zhì)量不超過(guò)1.6 kg，如果電機(jī)振動(dòng)明顯下降，則R面不再進(jìn)行配重，動(dòng)平衡工作結(jié)束；若振動(dòng)下降未達(dá)到理想值，則繼續(xù)采用單面或雙面法進(jìn)行平衡校正。

4 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)，對(duì)催化裝置2#主風(fēng)機(jī)組電機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平衡校正，平衡效果顯著。石化、電力行業(yè)的大型通風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備亦可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)不但有利于縮短檢修工期、更能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。