悬臂式离心风机振动诊断及现场动平衡的应用

悬臂式离心风机振动诊断及现场动平衡的应用

张武军唐建

柳钢动力厂

摘要：采用影响系数法做风机现场动平衡，是一种快速、高效、高精度的现场平衡法。本文从该法的特点出发，结合实际案例，总结了悬臂式离心风机不平衡的特征以及试重的选择方法和判定有效准则，提高了现场动平衡的准确率。

关键词：风机；振动；单面动平衡；影响系数

前言现场动平衡的意义。风机转子如果存在较大的质量不平衡,产生的离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上，引起振动，产生了噪音，加速轴承磨损，缩短了机械寿命，严重时能造成破坏性事故。为此，必须对转子进行平衡，使产生的机械振动幅度降在允许的范围内。

一、现场动平衡的原理及步骤。

动力厂使用的是上海容知RH802双通道频谱分析仪，它提供了功能强大的单/双通道频谱分析功能和长时域波形、交叉相位、现场动平衡等特色功能。其中，现场动平衡采用影响系数法，它根据加试重前、后振动幅值及相位角变化进行比较计算，从而得出不平衡量及分布角度。具体步骤：1.选择加重平面、选择测点，贴好鉴相标记；2.测得原始振动A0(幅值和相位)；3.在平衡平面内加试重Q，测得振动A1（幅值和相位）；

4.计算影响系数

A1-A0和A0之间夹角为f，从试重Q起按旋转转动一f角，此即为配重的正确方位。

完成一次现场动平衡工作，一般至少要开停机三次。

二、风机现场动平衡的技术要点。

1、排除其它影响平衡的故障问题并确认存在不平衡。1）一般风机叶轮做动平衡前必须对叶轮进行清灰，确认轴承良好，紧固相关螺栓，排除其它非不平衡的问题。2）确认不平衡的特征。悬臂转子不平衡的特征：径向振动主要是一倍频且谐波非常小；振动幅值和相位稳定；叶轮侧轴承座水平、垂直位置交叉相位相差约90°；时域波形近似正弦；波振动幅值随转速增加有明显变化，而且有明显的共振区。满足以上条件后，即可确定风机存在明显不平衡。

2、正确选择试重质量和相位。试重选取是否恰当将直接影响到现场动平衡的成败。特别当转子严重不平衡时或轴承振动过大时，如果试加平衡质量过小，将不会对轴承振动产生显著的变化，也就无法求得正确的校正质量的大小和相位。

1)试重质量的选择。

P＝AOMg/rω2s

式中P—转子某一侧面的试加质量，Kg；AO—转子某一侧轴承原始振动幅值，um；M—转子的质量，Kg；g—重力加速度，m/s2；r—试加平衡质量的安装半径，m；ω—平衡时转子的角速度，rad/s；

s—灵敏度系数，对发电厂中的旋转机械，其值可参考下表

根据该公式，可以较准确的计算出试重的质量。

2）试重块相位的确定。A、试重块位置一般加在原始不平衡的反方向，以引起振动的减少。

B、如果转子没有明显的静不平衡，则要巧用振动滞后角。振动滞后角就是偏心质量与振动高点之间的夹角，理论上振动速度高点比不平衡质量点滞后90°，但由于系统刚度和测量误差，实际滞后角一般都要超过90°。首先测量振动初始矢量，得出振动高点相位，相应选择逆旋转方向45°左右角度作为试重块的位置，相当于在原始不平衡的反方向的附近，这样往往取得明显减小振动的效果，而且振动与质量变化的线性关系也较准确。

3）试重有效的判断准则。这是现场动平衡是最关键的原则，决定影响系数计算的准确度。试重是否有效，取决与机器振动满足以下条件:振动幅值变化百分比超过25%或者相位角度变化超过25°。其中又以幅值变化最重要，变化量越大，影响系数越准确。如果不满足，重新试重，直到振动满足为止。

3、平衡转速稳定一致，避开风机共振点。

4、选择合适的平衡精度等级。根据国标标准化组织颁发的“典型刚性转子的平衡精度等级”，一般鼓风机、通风机、泵等产品选择G6.3等级。

5、一般来说，若转子系统没有异常（如严重的非线性，显著的非不平衡引起的同频振动等），振动的测量和计算是正确的话，一两次加重就可以达到满意的结果。如果平衡出现反常和困难，就有必要校验试重与测点振动值之间的线性关系是否良好，相位关系有没有重复性，平衡转速下转子是否己有明显的挠曲变形以及参与振动的质量有无变化等等。必要时还有可能要更改校正平面或测振点的位置，重新进行平衡。

三、风机现场动平衡实例。

1、动力厂混压站焦3＃风机。型号：AI(M)345-1.1543/1.0463；流量：345米³/分；进口压力：10463*9.8Pa；出口压力：11543*9.8Pa；功率：76.8KW；转速：2908转/分。故障：运行时振动过大，轴承损坏较快，检修频繁。

2、平衡前振动：以下振动测量值均为速度（单位：mm/s）

振动分析：该风机刚更换轴承，叶轮经过仔细清灰。通过频谱分析，主要是一倍频振动且谐波非常小；叶轮侧轴承座水平、垂直位置交叉相位相差约90°；振动幅值和相位稳定；振动幅值随转速增加有明显变化。故可判断该叶轮存在明显不平衡。

3、平衡过程：

1）振动测点：叶轮侧轴承座水平位置。测得振动初始矢量：16@228°。

2）试重质量计算：其中AO＝186um；M＝300kg；g＝9.8m/s2；r＝0.65m；ω＝2*3.14*2900/60＝300rad/s；s＝100~150um/rad2故P＝AOMg/rω2s＝0.06～0.093kg。根据以上计算，结合风机基础刚度正常，故选择试重块重量94克，相位178°。

3）叶轮加试重后测振：试重矢量10.3@245°，与振动初始矢量16@228°相比较，虽然相位只变化了17°，但速度幅值从16mm/s降低到10.3mm/s,变化了35.6％，故可判定试重有效，可以根据此次数据计算配重质量和相位。

4）采取去试重方法，按照影响系数法计算。一次配重：218g@204°,二次配重218g@204°，最后风机空试振动达到0.98mm/s，效果非常好。

平衡后振动：

四、结论

风机现场单面动平衡采用影响系数法，该方法关键在于一是先做全面检查，排除松动、轴承损坏等原因，做好不平衡特征判断；二是正确试重，使振动幅值变化超过25%或者相位角度变化超过25°，这是计算影响系数是否准确的依据，其中，幅值变化又是最重要的指标，变化越大，算出的影响系数越准确，平衡效果越明显。