现场动平衡技术在生产中的应用
现场动平衡技术在生产中的应用
现场动平衡技术是运用专业的仪器和技术以及丰富的实践经验，可以准确查找转子的不平衡量和不平衡相位,并加以校正以消除其不平衡量,使其在旋转时,不致产生不平衡离心力的平衡工艺。
所谓转子不平衡是指转子的中心不在其几何中心轴线上，这样旋转时由于离心力的作用，转子除了自转以外，还会以一定偏心距为半径，以几何中心为圆心，做公转摆动转子的不平衡振动是在周期性离心力干扰下产生的强迫振动，转子每旋转一周，离心力经过转子或轴承上的某一测点处产生一次扰动，在该测点出就有一次振动响应，因此它的振动频率就是转子的转速频率，其主要特征表现为径向振动大于轴向振动，且在转子径向测点上得到的频谱图，转速频率成分有突出的峰值。
造成转子不平衡的主要原因：制造几何尺寸不够精确或质量分布不均匀；运输或存放时引起轴弯曲、变形等；使用过程中的积灰、磨损、腐蚀或损坏等。
一．概述
自从2005年12月份设备状态监测工作开展以来，对炼铁厂2＃抽风机实施跟踪监测后，发现其振动值有缓慢增长趋势，尤其是风机的水平振动（图1为受控模型图），其间曾多次对叶轮进行清灰处理，振动值虽有所下降，但效果并不明显，尤其是在4～7月之间其水平振动值有明显增长趋势（图2、3、4为4～7月2＃风机周期检测速度有效值数据及其振动趋势图），经进一步的检测与分析，认为引起风机振动超标的主要原因为风机叶轮在长期的运行过程中发生严重磨损导致叶轮本身动平衡不良即风机转子不平衡，故决定对其做现场动平衡校正。
二、现场动平衡校正
1.简介
现场动平衡校正是通过加速度传感器拾取振动信号，由测速传感器所提供的鉴相器脉冲信号作为振动相位的参考基准，将两组信号所测得的数据输入数据采集仪，利用该仪器提供的现场动平衡应用软件进行数据处理，最终得出校正结果。
2.前期工作
2006年7月27日，在2＃抽风机停机前又对其作了一次检测以进一步确定其故障所在（图5、图6为动平衡前所测数据和风机水平振动频谱）。
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设备
名称 |
测点及方向 |
速度有效值mm/s |
位移峰峰值μm |
|||
|
上次值 |
本次值 |
上次值 |
本次值 |
|||
|
炼
铁
2＃
抽
风
机 |
电机自由侧（测点1） |
测点垂直 |
1.33 |
1.60 |
18.00 |
22.00 |
|
测点水平 |
4.13 |
5.22 |
68.00 |
85.00 |
||
|
测点轴向 |
3.03 |
3.96 |
60.00 |
66.00 |
||
|
电机负荷侧（测点2） |
测点垂直 |
2.50 |
3.30 |
39.00 |
52.00 |
|
|
测点水平 |
6.51 |
7.24 |
110.00 |
122.00 |
||
|
测点轴向 |
3.20 |
3.77 |
38.00 |
49.00 |
||
|
风机负荷侧（测点3） |
测点垂直 |
1.67 |
2.29 |
22.00 |
34.00 |
|
|
测点水平 |
8.20 |
9.00 |
111.00 |
133.00 |
||
|
测点轴向 |
1.83 |
2.44 |
37.00 |
41.00 |
||
|
风机自由侧（测点4） |
测点垂直 |
0.43 |
0.44 |
3.00 |
3.00 |
|
|
测点水平 |
1.68 |
1.77 |
27.00 |
29.00 |
||
|
|
|
测点轴向 |
0.56 |
0.44 |
5.00 |
4.00 |
十大禁片APP。可以看出风机的负荷侧和自由侧即测点3和测点4速度和位移值均有所上升，说明风机振动有进一步增长趋势，而从图6的频谱分析图中可以看出风机振动主要以一倍转频为主，说明风机转子即叶轮存在一定的不平衡量。
3.动平衡校正主要步骤（图7为动平衡示意图）
（1）粗算加重
停机待转子静止后，在风机的转轴“S”处贴上光标纸来确定零相位，开机运行后在风机负荷侧的轴承座上用加速度传感器拾取振动信号（因为风机的负荷侧最能反映风机的振动特征故采集该点的振动信号）由测速传感器所提供的鉴相器脉冲信号作为振动相位的参考基准，将两组信号所测得的数据输入数据采集仪，利用该仪器提供的现场动平衡应用软件进行数据处理，得出初始相位α＝37°，振幅为A＝5.6 um。根据风机原始振幅值、转子重量、转速等数据，通过公式
得出试加重量P≈238g
注：
A0－原始振幅（um）
R－加重半径（mm）
W－转子重量（kg）
n－风机转速：（r/min）
（2）估算加重方位
相位反映的是振动信号高点滞后于相位信号的角度，即根据相位可找出振动高点P；由振动原理可知，不平衡力总是超前振动高点一个滞后角，故由高点P 顺转一个滞后角，即可找到不平衡所在位置Q，而Q+180°即为应加平衡配重的位置。现振动相位α＝37°，振动高点即为-37°，取其滞后角为90°（滞后角大小的选取与转子的材质、刚度等因数有关，同时还需要大量的实践经验来准确定位），可得不平衡所在的位置Q＝-37°+90°，即53°，故实际加重位置应为53°+180°，即按转轴相位标记旋转至233°处；停机,打开人孔，将238g试重块点焊在233°上（即叶轮前盘棱缘处）， 盖好人孔；开机，待转速平稳后，在分析仪上输入试加重量和位置，通过计算得出实际配重重量和角度，分别为260g 和245°，由于试加的重量、方位与计算值非常接近，一开机振动速度有效值便由之前的9mm/s下降为0.92mm/s，位移峰峰值由之前的133μm下降为24μm，风机负荷侧水平振动频谱中的一倍转频值也随之下降，相位由原来的37°，变为343°，说明所加重量与角度已达到预期的效果，二次停机,打开人孔，直接将试重块焊牢，盖好人孔，正常开机运行,至此完成了2＃抽风机的现场动平衡校正。（若二次开机振动仍偏大，则可以根据当前取得数据重复步骤1、2直至达到平衡要求，因此试加重量的大小和加重方位至关重要，它有利于减少机组平衡启停次数，缩短平衡时间，这与实践经验的积累分不开）
（图9-10为动平衡之后的速度、位移值及风机负荷侧水平振动频谱图）
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设备
名称 |
测点及方向 |
速度有效值mm/s |
位移峰峰值μm |
|||
|
动平衡前 |
动平衡后 |
动平衡前 |
动平衡后 |
|||
|
炼
铁
2＃
抽
风
机 |
电机自由侧（测点1） |
测点垂直 |
1.60 |
1.77 |
22.00 |
28.00 |
|
测点水平 |
5.22 |
2.91 |
85.00 |
44.00 |
||
|
测点轴向 |
3.96 |
3.47 |
56.00 |
51.00 |
||
|
电机负荷侧（测点2） |
测点垂直 |
3.30 |
1.90 |
52.00 |
26.00 |
|
|
测点水平 |
7.24 |
2.69 |
122.00 |
37.00 |
||
|
测点轴向 |
3.77 |
2.37 |
49.00 |
28.00 |
||
|
风机负荷侧（测点3） |
测点垂直 |
2.29 |
0.50 |
34.00 |
5.00 |
|
|
测点水平 |
9.00 |
0.92 |
133.00 |
24.00 |
||
|
测点轴向 |
2.44 |
1.15 |
41.00 |
19.00 |
||
|
风机自由侧（测点4） |
测点垂直 |
0.44 |
0.43 |
3.00 |
4.00 |
|
|
测点水平 |
1.77 |
0.52 |
29.00 |
6.00 |
||
|
测点轴向 |
0.44 |
0.37 |
4.00 |
4.00 |
||
三、结束语
此次炼铁厂2＃抽风机叶轮在线动平衡校正试验的成功打破了传统的维修模式，其意义在于：
1.缩短停机时间，提高生产效率
按照传统的维修模式，风机叶轮动平衡校正需经分厂申请，装备部审核，造价组审价等一系列手续之后再由外委单位运出去进行动平衡校正，从叶轮的拆卸到动平衡校正之后的安装试行最快需要48小时；而利用先进的仪器和技术进行在线动平衡校正，只需2小时左右，另外在线动平衡校正不需大量的拆卸工作，只需打开风机的入孔，避免了因拆卸的大意造成机组其他组件精密度的下降。
2.降低维修费用，减少生产成本
据了解，风机叶轮外委做一次动平衡校正所需的费用（来回运输费，动平衡校正费等）大约在3000元左右，而这还不包括叶轮拆装所耗的人力和物力；而利用先进的仪器和技术在线做动平衡校正,不仅节省了外委动平衡校正所需的费用，而且减少了维修人员费用的支出,并为提前生产赢得了宝贵时间。
此次风机叶轮现场动平衡校正试验的成功和设备状态在线监测技术的积累以及大量数据的统计与分析是分不开的，故十大禁片APP。将继续对在线运行的重要设备进行监控与监测，运用先进的仪器和技术对机械设备故障预报的准确性方面进行更为深入的探讨和研究，确保设备的正常运行，以便更好地为生产服务。
参考文献
《设备故障诊断》、《化学工业出版社》、《动平衡原理解析》