高速转子的低速动平衡.docx

高速转子的低速动平衡锦西化工机械（集团）有限责任公司 （辽宁!#$!）王 芹 徐大伟 郑国英【摘 要】 介绍了高速转子的分类、低速动平衡的评定标准，分别以压缩机转子和汽轮机转子为例，介绍了高速转子的低速动平衡方法。【关键词】 刚性转子 挠性转子 动平衡不平衡量一、高速转子的分类及动平衡方法! 高速转子的分类按国际标准 !#$%&柔性转子的机械平衡的分 类，这些机组的刚性转子属于一类转子，挠性转子属于 二类转子，其中，离心压缩机挠性转子属于 () 类转子， 汽轮机挠性转子属于 (* 类转子。表 + 中列出了几个转 子的转速和质量。表 ! 高速转子的转速和质量子（准刚性转子）用改进的刚性转子的平衡工艺来平衡。但在实际上，这些机组中转子的平衡，不都是用低 速动平衡的方法，也有采用高速动平衡方法的。对于一 个转子来说，是用低速动平衡还是用高速动平衡，要根 据实际情况分析决定。一般说来，如果低速动平衡能满 足要求的，应该采用低速动平衡的方法，因为在目前情 况下，低速动平衡比较经济也很方便。二、高速转子低速动平衡的评定标准! $%& 的精度等级和评定标准（+）低速动平衡的精度等级划分一般情况下，转子质量越大，许用剩余不平衡量也就越大，许用剩余不平衡量与转子质量之比，称为许用剩余比不平衡量，它 相当于许用剩余不平衡偏心距。（+）!?/ a ?/ , #式中?/ 许用剩余不平衡量，单位为.0；#转子质量，单位为 -.；!?/许用剩余比不平衡量，单位为 .00 , -.。 转子剩余重心的旋转线速度：$ a !?/ b! a （ !?/ b %） , :$&式中 !转子旋转角速度，单位为 /cd , e；%转子最大连续转速，单位为 / , 012；（(）# 高速转子的动平衡方法高速转子的动平衡有两种方法：一种是低速动平 衡，另一种是高速动平衡。不管采用哪种方法，其目的 都是要达到使转子在现场平稳、安全、可靠地运转。国际标准 !#$%& 推荐采用低速动平衡方法，并提 出了转子最终平衡品质的初步规范，指出一类刚性转子用一般的刚性转子的平衡工艺来平衡，二类挠性转$转子剩余重心旋转线速度，单位为 00 , e。国际标准 !#+:%&刚性转子的平衡品质按转子 剩余重心的旋转线速度来划分精度等级。（表 ( 中列出 其中的五个等级）!*#( 年第 ) 期名称位号转子 质量, -.最大 连续 转速（, / , 012）一阶 临界 转速（, / , 012）二阶 临界 转速（, / , 012）汽 轮 机 转 子+&3456+&3476+&(4686+$&3%&93(%33%9%+& 9$&+& 9$&+& 9$&+& (:$ ;& %&$ (& &+3 &+3 &+% &+3 &压 缩 机 转 子+&34=+&(4=3(% (9+%&:%+:+& 9$&+& 9$&+& +9$+& +9$ &$ (;&% 39& +9&+$ +&+$ 9&+3 $&+ 9&技术与应用制造技术与工艺 !#$%&$()#* +,&-#./.*),0 1 2(.&,00,0表 !高速转子的平衡精度等级在最大连续转速下，轴颈处的不平衡力，即由许用剩余不平衡量产生的离心力为：*% !*+,#&（$）) $式中!*+,许用剩余不平衡偏心距，单位为!0；*%轴颈处分配的转子质量，单位为 0 . 1&当轴颈处的不平衡国力等于该轴颈处静载荷的 %5时，即：（&）低速动平衡的评定准则 国际标准 234)$)评定柔性转子平衡的准则中规定，任何一个完全装配好 的挠性转子的剩余不平衡量，不应超过在 234%/$刚 性转子的平衡品质中推荐用于相当刚性转子的许用剩 余不平衡量。也就是说，二类挠性转子进行低速动平衡 时，精度等级不能超过 !& # 级。动平衡理论与实践中推荐，对刚性转子与挠性转子 进 行 低 速 动 平 衡 时， 许 用 剩 余 不 平 衡 量 采 用234%/$ 标准中许用剩余不平衡量的 5 。 高速转子的原制造厂，对离心压缩机转子和汽轮机转子进行低速动平衡时，一般采用 !% 6 ! # $ 级。我国 制造厂多采用 !% 级。除了限制剩余不平衡量之外，对于初始不平衡量的 轴向分布未知的转子，进行最终低速动平衡时，还要限 制初始不平衡量。也就是说，最终动平衡测出的初始不 平衡量小于其许用值时，可采用低速动平衡，并可在任 选的两个校正面上校正不平衡量。许用初始不平衡量按 234$( 标准附录 7 的公式计 算：& $ # % *% , -*% !*+,#!*+, $ # % - #& $ # / , %8 # & #$% 新版的评定标准（(）%/ 年版的 :;2(%8 和 :;2(%& 都规定，压缩机和汽轮机转子在进行低速动平衡时，许用剩余不平衡偏心距!*+, 9 () . 。式中 !*+,的单位为!0， 是转子最大连 续转速。这样就使计算简单化了，而且符合实际情况，低速动平衡时也不难达到。 三、高速转子的低速动平衡方法 刚性转子动平衡时，在任选两个校正面上校正不平衡量，使剩余不平衡量小于许用剩余不平衡量。把转子 的静力不平衡和力偶不平衡减少到许可的程度，使刚性 转子能在工作转速下满意地运行。这是一般的刚性转子 的双面校正的动平衡方法。挠性转子采用这种方法在任 选的两个校正面上校正不平衡量后，原来的不平衡量（初始不平衡量）和校正质量将形成振型不平衡量。当 振型不平衡量足够大时，转子通过临界转速或在工作转 速下运转，将激起挠曲振型，使转子产生不允许的振 动。所以这种转子需要用改进的刚性转子的平衡方法多校正面的低速动平衡方法来平衡，或采用高速动 平衡的方法进行校正。 离心压缩机转子的低速动平衡方法平衡挠性转子的理想目标，是把在每个单元长度上 的局部不平衡量就在该单元体上通过平衡加以校正，结 果，可以认为转子每个单元体上的重心都落在轴线上。 用这种方法平衡的转子，不仅把静力不平衡和力偶不平 衡减少到许可的程度，而且不平衡的振型分量也很小。 但是用这种方法平衡转子，其不平衡量的轴向位置必须 是已知的，而且，每次动平衡的不平衡量所在的轴向截!% # !*+, $/ # 8（( % % !&）（% & ）% !&#!&（)）式中!%许用初始不平衡偏心距，单位为!0；!*+,许用剩余不平衡偏心距，单位为!0。! 9 # %， % 是一阶临界转速， 9 & . ( 9 # & 6 $(转子弯曲刚度（在跨距中央）；轴承刚度（每个轴承）。式中! #$% 的评定标准美国石油协会标准 :;2(%8一般炼油厂用离心压缩 机和 :;2(%&炼油厂特种汽轮机中都规定，在转子 最大连续转速下，任意轴颈处的最大许用不平衡力应不 超过该轴颈静载荷的 %5 。()!() 年第 * 期!? 通用机械! # #$% # &精度等级 ! # $!%!& # !( # )!%(!*+, - . /. （00 . 1） # $%& # ( # )%(应用转子离心压缩机转子 汽轮机转子技术与应用制造技术与工艺 !#$%&$()#* +,&-#./.*),0 1 2(.&,00,0面不能超过两个。离心压缩机转子因为主轴的初始不平衡量很小，并 经过动平衡检查，然后主轴上每装两级叶轮就进行一次平衡校正，这就符合了上述条件，所以可以采用这种方法进行低速动平衡。现以合成气低压缸（!#$%&）转子 为例，介绍一下离心压缩机转子的平衡方法（如图 !）。图 ! !#$%& 转子!#$%& 转子由主轴、九个叶轮、平衡盘、止推盘和联轴节等组成。转子在组装前，各主要零件要单独进行 动平衡。内偶不平衡量，但由于叶轮经过单独动平衡，而且相邻叶轮的间距与两轴颈间距相比很小，因此不会对转子最 终动平衡品质产生不允许的影响。以后每装两级叶轮，就动平衡一次，在新装的叶轮 上校正不平衡量。转子上所有零件组装完后，最终动平 衡在首、末级叶轮上校正不平衡量。! 汽轮机转子的低速动平衡方法压缩机转子的不平衡量轴向位置是已知的，每个不 平衡量都可以在它本身的截面上给予校正。但汽轮机转 子的不平衡量轴向位置是未知的，确切地说，是主轴的 不平衡量的轴向位置是未知的。因为汽轮机转子的主轴 和轮盘是整锻在一起的，质量相对很大，大约占到转子 质量的 26 + 16 以上，轮盘与轴颈的直径相差很大。 由于加工过程中的尺寸和形位公差以及材质密度不均等 原因，使主轴产生不能忽视的不平衡量，而且无法测出 实际不平衡量的轴向位置。此外，组装叶片后，由于叶 片质量分配不均而产生的不平衡量对转子也有较大影 响。因此，用低速动平衡的方法是否可以达到期望的最终振型不平衡程度，主要判断转子的初始不平衡量是否 小于许用初始不平衡量。根据 578/3, 标准，如果转子的初始不平衡量小于 许用初始不平衡量，就可以用低速动平衡方法来平衡。 也就是说，可在任选的两个校正面上校正不平衡量，使 剩余不平衡量小于其许用值。不但静力不平衡和力偶不 平衡在允许之内而且剩余的振型不平衡也很小，可以保 证转子安装到现场后能满意地运行。现以合成气压缩机 低压缸驱动汽轮机（!#$9:）转子为例，介绍一下汽轮机转子的平衡方法（如图 -）。（!）组装前主要零件的动平衡主轴在精加工后，没加工键槽前进行动平衡检查。因为主轴除螺纹外，其他外径都是精磨加工的，所以主轴的初始不平衡量一般 很小。各级叶轮、平衡盘、联轴节在组装前也要单独进行 动平衡，其许用剩余不平衡量见表 #。叶轮在进行动平 衡前应先作静平衡，一般要达到随遇平衡。表 ! 各主要零件进行动平衡的参数（-）转子组装过程中的动平衡转子各主要零件单独进行动平衡后，开始组装转子，组装过程中的动平衡精度与最终动平衡精度相同。根据 4&5,!0 公式计算出最 终动 平 衡 时 每 个 校 正 面 上 的 许 用 剩 余 不 平 衡 量 为1/)*。 先组装中间的四级、五级、六级叶轮，然后进行动平衡，在四级和六级叶轮上校正不平衡量，使每个校正 面上的剩余不平衡量均小于其许用值（1/)*）。四级和六级叶轮上的校正量与五级叶轮上的不平衡量将形成 通用机械! . #$% . &零件名称质量 ()校正半径 *许用剩余不平衡量 （)*）! + , 级叶轮!,- . !#/ . -0 + 1 级叶轮!/-!/ . 1#平衡盘2 . -!-! . -!2 . 3联轴节3 . /,01 . 1技术与应用制造技术与工艺 !#$%&$()#* +,&-#./.*),0 1 2(.&,00,0图 ! #$%& 转子#$%& 转子有六级叶片，在叶轮两侧设计有配重带。根据 ()*+! 公式计算出最终动平衡时每个校正面上 的许用剩余不平衡量为 ,-./。根据式（$），取最保守的! ! ! # $ ! 0 。计算出每个校正面的许用初始不平的方法来平衡转子，而要采用高速动平衡的方法（轴承振动速度 )! 3 2/ 4 5）。四、低速动平衡品质的高速检验离心压缩机转子和汽轮机转子，进行完低速动平衡 之后，在制造厂的试验台上进行机械运转（使用机组轴 承）时，通过测定转子轴颈振动的方法，来验证低速动 平衡的品质，也就是对转子低速动平衡品质进行的高速 检验。转子机械运转后，还要做一次动平衡，检查转子在 高速运转后，动平衡品质是否有所改变。如果转子在高 速检验中，达到要求，可以认为转子在现场能满意的运 行，否则应分析原因，必要时应补做高速动平衡。（收稿日期：!#1 4 #- 4 !$）衡量为：% # ! !& ( # ! ! 12./ 。（）主轴加工过程中的动平衡方法主轴的初始不平衡量的大小是转子能否采用低速动平衡方法来平衡的决定因素，因此，在主轴加工过程中，要严格控制尺寸 公差和形位公差，从而减少主轴的初始不平衡量。主轴 精加工后，在没加工键槽和各叶根锁口之前进行动平衡 检查，校正面选取在首末级叶轮上，如果测出的初始不 平衡量小于其许用值（12./），可以采用低速动平衡 的方法校正不平衡量，否则要做高速动平衡。然后考虑 动平衡时测出的不平衡量位置，加工键槽及叶根槽锁口予以补偿。（!）转子组装过程中的动平衡方法在组装叶片前，要测定叶片质量，比较长的末两级叶片还要测定力矩，除去超差的叶片，将合格叶片的质量（或力矩）标