大學實驗室內教學設備對現場動平衡檢測的應用

大學實驗室內教學設備對現場動平衡檢測的應用

運行中的轉子出現不平衡是必然的。

瓦倫尼安PT300機械故障模擬實驗臺

    特別是高速回轉的機械振動，轉子不平衡是主要激振力； 如風機、水泵電機、汽輪發電機組等，其振動主要原因是轉子不平衡，因此轉子不平衡是消除現場運行振動的一項重要措施；

      過去人們習慣于轉子離機平衡，即在專門的動平衡機上進行平衡。這樣做需要揭蓋、拆卸、運輸轉子等工序。檢修時間長，工序復雜，費用高，對大型轉子尤其困難。
      因此，人們普遍推崇機上平衡：

現場動平衡帶來的效益：縮短檢修時間，降低修理費用，減少停機損失。

一臺燒結風機（轉子7噸重）的動平衡。在平衡機上平衡需要三天時間。而現場動平衡只需三個小時，節約修理費用和減少停機損失約近百萬元。

在平衡機上平衡，多數是剛性轉子做低速平衡（一般1000rpm以下）；

    按照ISO1940《機械振動——剛性轉子平衡品質的要求》用剩余不平衡量來檢驗平衡的精度。而機器運行是用振動的大小評價機器運行狀態的。對于剛性轉子按照ISO1940標準驗收，一般能夠滿足機器運轉要求；

    對于撓性轉子，就不一定能滿足機器運行的要求。需要做額定工作轉速范圍的高速動平衡，大型高速動平衡需要昂貴的動平衡設備（往往是上千萬元人民幣）并且平衡機的支承剛度等安裝環境與機器實際運轉狀態不可能，而造成相當大的誤差。

一臺離心式風機，轉子重11噸，直徑為2.7米，工作轉速為1350rpm。
開始在低速平衡機上平衡。總是無法滿足機器運轉的要求，后來在價值為5千萬人民幣的真空動平衡設備上做1500rpm范圍內的平衡，每次平衡費用5萬元人民幣；
平衡后兩端軸承振動在1500rpm范圍內均小于10µm，而機器安裝后，在額定工作轉速1350rpm下工作，其振動在30—40µm之間。

    現場動平衡不僅能在額定工作轉速范圍內平衡，而且還可以在帶負荷等多種工況下做平衡。

一臺軸流風機，轉子重16噸，工作轉速6000rpm，
在只能達到3600rpm的真空動平衡設備上平衡。

真空動平衡后                           3600 rpm 
                                     振動值 一端  16µm   另一端  10µm
現場動平衡前（裝機帶負荷） 6000 rpm 
                                      振動值 一端 105µm  另一端  37µm
現場動平衡后（裝機帶負荷） 6000 rpm  
                                      振動值 一端   36µm  另一端  25µm

較典型和普遍的是轉子軸系平衡的問題。
如圖所示：

     一臺由德國進口的高精密組合機床上的15kW 的電機附近振動大影響機床主軸高速精密旋轉。在安裝調試中，打斷了許多進口刀具，該機床無法投入生產。
      
     經過現場動平衡，在電機與機床連接部位上校正平衡，使原來5767rpm下的振動 7.2µm 降到 0.3µm 后，該機床運行良好。

1、產生不平衡的原因

剛性轉子和柔性轉子的概念：

剛性轉子：工作轉速低于0.5倍的一階臨界轉速的轉子
          即：n<0.5nc  

柔性轉子：工作轉速大于0.7倍的一階臨界轉速的轉子
          即：n>0.7nc

線性系統：

剛性轉子的平衡方法：

三點作圖法：

兩點作圖法：

1、在坐標紙上以半徑R = 原始振動A0畫圓

2、在O1點加重P后，測試加重量P后的振動A1；
3、以半徑R=A1，以O1為圓心畫圓

4、在O2點加重P后，測試加重量P后的振動A2；
5、以半徑R=A2，以O2為圓心畫圓