机械设备的找平衡

机械设备的找平衡一、概述：转动机械运行中有一项重要指标，就是振动。震动要求越小越好。转动机械产生振动的原因很复杂，其中以转动机械的转动不分（转子）质量不平衡而引起的震动最为普遍。理论上讲，转子沿其轴的长度每一段的中心应与轴的几何中心线重合。实际上，转子材料内部组织不均，加工过程的误差，转子运行中的磨损和腐蚀不均匀及使用修过的转子等，均使转子质量不平衡。质量不平衡的转子在转动时，就会产生不平衡的离心力，尤其是高速运动的转子，既使转子存在数值很小的质量偏心，也会产生较大的不平衡离心力。这个力通过支撑部件，以振动的形式表现出来。转子在旋转时，由于不平衡质量引起的扰动力而造成机组的振动，这种现象称为不平衡。一般，转子有以下几种不平衡形式：1.静不平衡，由于转子质量分布不均，转子中心不在旋转轴心上，在静止时，由于重力作用致使转子不能在任一位置保持稳定，这种现象叫做静不平衡。2.动不平衡，当转子旋转时，若转子的不平衡质量造成两个或两个以上相反的离心力，且这对离心力不在同一个平面内，使转子受到力偶作用，产生绕轴线摆动，这种现象称为动不平衡。显然，动不平衡的转子静止时是平衡的。3.动静混合不平衡，即上述两种不平衡现象同时出现在一个转子上，对于转子上同时装有几个工作机件的转子，都可能不同程度的存在这种混合质量不平衡现象。对不平衡的转子进行校正，有两种方法：即静态找平衡（静平衡）和动态找平衡（动平衡）。对于质量分布较集中的低速转子，仅做静平衡而不做动平衡。二、转子找平衡1.转子静不平衡的表现：若将转子放置在静平衡台上，然后用手轻轻转动转子，让其自由停下来，可能出现下列情况：1.1转子中心在旋转轴线上，转自转到任一角度都可以停下来，这使转子处于静平衡状态，这种平衡成为随遇平衡。2当转子的中心不在旋转轴心线上时：若转子承受的转动力矩大于轴和导轨之间滚动摩擦力矩，则转子就要转动，使原有不平衡重量位于正下方，这种静不平衡称为显著不平衡。若转动力矩小于滚动摩擦阻力矩，转子虽有转动趋势，但不能是不平衡重量转向下方，这种静不平衡称为不显著不平衡。找静平衡前的准备工作2.1静平衡台，转子找静平衡是在静平衡台上进行的。静平衡台有很多形式，轨道式静平衡台结构简单，灵敏度较高，应用较广泛。各种轨道中圆形轨对转子的阻力最小，故平衡准确度最高，但他的承载能力小，只适用于50kg以下的小转子。对重大的转子，大都采用垂直方向刚度大，不易变形的巨型轨。也有采用滚柱轴承式静平衡台的，但这种结构灵敏度较差。图1轨道式静平衡架（a）圆形轨道；（b）缺圆轨道；（c）棱形轨道；（d）梯形轨道（e）矩形轨道1.转子；2.转轴；3.轨道；4.挡板；5.支架对具有滚动轴承的转子，可直接在本身轴承上作平衡，此法尤其适用于悬臂式转子或两端轴径直径不等的转子。2.1.1对平衡台的要求为了减小转子在平衡台上的滚动阻力，平衡台在制作和安装中应符合以下要求：2.1.1.1轨道要用高硬度钢材制作，经过淬硬，顶表工作面要完整无缺，精加工粗糙度不低于100，不得占有砂屑杂物污垢，以免影响平衡精度及损伤轴径。2.1.1.2轨道承压时，不得产生弯曲，工作面受压后部的变形。轨道工作面宽度b尽可能作的小些，小到不致在轴径上压出凹槽为限。轨道工作面的宽度b，可参考表20-1选定，平行轨的长度L应不小与轴径的两倍。即L2πd.平衡构件重量（kg）轨道工作面宽度b（mm）2504.05000——8750102.1.2检查与调整轨道2.1.2.1轨道工作面应保持水平，倾斜不大于0.05mm/m，两轨道间要水平，不平行度不大于2mm/m。2.1.2.2转轴放在平行轨上要保持水平，偏差不大于0.05mm/m(必要时加上轴套)，轴颈的径向跳动应等于或小于0.01mm。2.1.2.3平衡台的结构硬坚实稳固，并且不得受其他机械振动的影响。2.2转子，找静平衡的转子应清理干净，转子上的全部零件要组装好，并不得有松动。轴径的椭圆度和圆锥度不应大于0.05mm，轴颈不许有明显的伤痕。若采用假轴找静平衡时，假轴与转子的配合不得松动，假轴的加工精度不得低于原轴的精度。转子放在轨道上时，动作要轻，轴的中心线要与轨道垂直。转子找静平衡的工作，一般是在转子和轴检修完毕后进行，找完平衡后，转子与轴不应再进行修理。2.3试加重量，在找平衡时，需要在转子上配加临时平衡重量，称为试加重量。试加重量较轻的常用油泥，重的可用油泥加铅块。若转子有平衡槽或平衡孔、平衡柱的，则应在这些装置上直接固定试加平衡块。3.找静平衡方法3.1两次加重法，两次加重法只适用于显著不平衡转子找静平衡，具体做法如下：3.1.1找出转子不平衡重量的方向将转子放在静平衡台的轨道上，往复滚动数次，重的一点必然向下，如数次的结果均一致，即下方就是转子不平衡重量G的位置，定此点为A点。A点的对称方向，即为试加平衡重量的位置，定该点为B。3.1.2求第一次试加重量将AB转到水平位置，在A点方向加一个重量W，加上这个重量后，要使A点能自由的由水平位置向下转一角度a，a在30——45度之间。然后称出W的重量，再将W放回原位，如下图所示：图2显著静不平衡的消除法3.1.3求第二次试加重量仍将AB转到水平位置（将AB调转180度），在W上增加一个重量P，使B点能自由向下转动一个角度，这个角度必须与第一次转动的角度a一致，然后取下P称重。3.1.4计算应加平衡重量两次转动所产生的力矩为：第一次是Cr-WR；第二次是（W+P）-Cr。因两次转动角度相同，故两次转动的力矩也相等。即：Cr-WR=（W+P）R-CrCr=2)2(RPS在转动时到归对轴径的摩擦力矩，因两次转动条件完全相同，其摩擦力矩也相等，故可略去不记。若要使转子达到平衡，所加的平衡重量应满足QR=Cr，则QR=2)2(RPSQ=2)2(PS=S+2P平衡重量Q，必须固定在试加重量的位置，如不能固定在原始加重量位置，则要通过里的平衡公式另行计算。3.1.5检验将平衡重Q固定并盘动转子，让其自由停下，经多次盘动，若每次停的位置都不同，则说明显著不平衡已经消除。3.2试加重量法适用于不显著不平衡的转子找平衡，具体方法如下：3.2.1将转子的沿圆周等分为若干份（一般为6——12分），并标明序号。3.2.2将1点半径线至于水平位置，并在1点加上适当的重量W1,使转子向下转动一个角度a，然后取下称重。用同样的方法一次找出其他各点试加重量。在试加重量时，必须使各点转动方向一致，加重的半径一致，转动的角度a一致，如下图所示：图3剩余不平衡的消除法图4不平衡重的相位求定法3.2.3以试加重量W为纵坐标，加重位置的序号为横坐标，绘出曲线如上图。曲线的最低点就是转子不平衡重量G的位置。注意：曲线最低点不一定与最小试加重量的位置相重合。曲线最高点是转子最轻点，也就是转子平衡重量应加的位置，且最高点往往是一段圆弧，高点不明显，为了取得较佳效果，可在转子最高点相应位置左右做几次平衡试验。3.2.4计算平衡重量根据上图可得出下列平衡式:GxRWRWGxmaxminGx=RWW2minmax若使转子达到平衡，所加的平衡重量Q应满足QR=Gx，可得：QR=RWW2minmaxQ=2minmaxWW4.剩余不平衡重量的测定和静平衡质量的评定转子在找好显著不平衡和不显著不平衡后，往往还存在着轻微的不平衡现象，这种轻微的不平衡成为剩余不平衡。找剩余不平衡的方法与用试加重量法找转子不限逐步平衡的方法完全一样。通过测试得出转子各等分点中的一对差值最大的数值，用大值减去小值之差除以2，其得数就是剩余不平衡重量。剩余不平衡重量越小，静平衡的质量越高。实践证明：转子找静平衡后剩余不平衡重量在额定转速下所产生的离心力不超过该转子重力的5%时，可以保证机组平稳的运行，即静平衡已经合格。三、刚性转子找动平衡刚性转子找动平衡原理：是根据振动的振幅大小与引起振动的力成正比的关系，通过测量不平衡重量的位置于振幅的大小，在转子的某一位置上加、减适当的重量，使其产生的离心力与转子不平衡重量所产生的离心力相平衡，从而达到消除转子振动的目的。转子找动平衡的方法可分为两类。第一类是在动平衡台上，在低转速时作动平衡工作；第二类是在机体内，在额定转速时作动平衡工作。转子找静平衡的工作，若能在额定转速下进行最为理想。经过大修的转子，对其平衡情况不明时，则应先在低速下找动平衡，使转子基本上达到平衡要求，然后在高速下找动平衡。发电厂常用的动平衡台有摇摆式、弹性式和簧片式三种。图5动平衡台振动元件的型式（a）摇摆式；（b）胶垫式；（c）簧片式1.轴；2.制动螺栓；3.摆动弧形座；4.弹性胶皮垫；5.弹簧片找动平衡之前，要对动平衡台进行安装固定和调试，两平衡台的横向和纵向要求在同一平面上。转子吊入后，要求两端轴颈的扬度相同而方向相反，以防转子转动时发生窜动。轴瓦用的润滑油必须清洁、充足，并保持油温在30—40度之间。做动力用的电动机，要求能改变转速并有较大的启动力矩。若电动机与转子直接相连，则应找好电动机与转子的中心，电动机与转子之间的离合装置要求离、合方便，分离清楚。刚性转子低速找动平衡1.1周移配重法此法是在低速动平衡台上进行的，虽较为老式而繁复，但比较准确。并且由于它操作简单，容易掌握，故仍常被采用。具体做法人如下：1.1.1测定原始振幅，在平衡台上共振转速下，测定两端轴承的原始振股，并先对振幅较大的一端找平衡。1.1.2画配重圆。并将圆周等分若干份，选定适当（便于加减配重）的半径R，在转子最浅或最后端一道叶轮的外侧端面上，划一配重圆，并将配重圆等分为若干等分，一般为8等分。1.1.3选定试加重量W，可按下面经验公式，近似的求出，即：W≤250*ε0*G*30002/（D*n2）式中ε0——原始振幅，0.01mmE——配重圆直径（mm）也有采用以每吨转子重选加14g试加重的估算法。1.1.4安周移配重W，求出各次振幅，将配重W依次加在各等分点上启动转子，分别测出W加在各等分点上的振幅ε1、ε2……ε8，做好记录。1.1.5在坐标上作振幅与配重位置的关系曲线，加入测得各次振幅值如图6（a），可作出曲线图如图6（b）。图6振幅与配重位置关系曲线精确测量、绘制的结果，应是一个光滑的正弦曲线，而且峰谷位置即εmax（M点）及εmin（N点），映出在同一直径的对称位置上。1.1.6分析讨论如下：1.1.6.1同一个试加重W，加在各等分点上后，引起的振幅不同，则说明转子是不平衡的。1.1.6.2当W加在等分点3上时，测得的振幅最小为ε3（εmin），起到了很好的减震作用，而当W加在7点上时，振幅最大为ε7（εmax），反而起了助振作用，故可说明偏重处在7点半径上（或附近）的M点上。1.1.6.3平衡重显然应加在偏重点M的对称位置N上，平衡重Q的大小可按下式求顶：Q=W*ε0/εW（g）式中εW=（εmax-εmin）/2——正弦曲线峰峰值得一半原始振幅ε0=εmax-εW=εmin+εW=（εmax+εmin）/2平衡重加在3点后，虽起到了较好的减振作用，但仍不能消除振动，原因可能是由于固定Q的位置与偏重点不在同一直径上，这是可将Q的位置在N点亮稍稍移动一些后在试转测振，这样可找到振动更小，更合适的加重位置。2.刚性转子高速找动平衡2.1一点法（划线法）2.1.1在振动较大的轴承附近的轴上，选择一段，长约50～60㎜；先检查这段轴的椭圆度，然后擦净轴的表面，并涂一薄层白粉水。2.1.2启动风机至工作转速，用划针或尖铅笔在涂白粉水的这段轴上画出几条弧线，各弧线间的间距为5～6㎜，（如下图），在铅笔或划针接触轴的表面时，动作要轻微迅速，以尽量使画出的弧线短些；共画10条左右即可。在画弧线的同时，用振动表测出轴承的振动值Soa,做好记录。图7划线方法2.1.3停止风机转动，在轴上找出各段弧线的中心，连成一条线AA，这条线表示在这个方向上轴心偏移值为最大。2.1.4做转子动平衡的记录图。在画弧线一侧的叶轮外缘处划一配重圆，在圆周上标出A点的位置。A点的位置确定：延长AA线与叶轮端面相交，通过该交点做出配重圆的