风机动平衡及静平衡

1、1,静平衡及动平衡,编写: 李士勇,2,一、概述: 理想转机的转子，其轴延长度每一段的重心均于轴的几何中心重合。但实际上，制造加工不可能完全精确。材料的质量分布也不是绝对均匀，在装配过程中也有一定程度的误差，再如检修过的转子，对磨损的叶轮可能进行过焊补等。均会造成转子不平衡，因此转子往往是不平衡的。转动机械运转是否正常，一般可以从转机轴承的振动大小来判断。引起转机振动的原因很多，转子不平蘅，常常是转机振动的原因之一。不平衡的转子在转动时会产生离心力，此力周期性地冲击着轴承，迫使轴承振动。,3,二、转子不平衡产生的离心力计算公式 转子不平衡产生的离心力F按下式计算： F=M1*r1*2/g-（1

2、-1） 式中 M1-仅仅是转子不平衡部分的重量 r1- M1所在位置偏离轴心的距离; 转子找静平衡就是要找到M1所在的方向,并在它的反方向上比较方便的位置上加一块适当重量M2,并使: M1*r1=M2*r2-（1-2） 式中 M2-找静平衡时加上的重量, r2- M2所在位置偏离轴心的距离; 根据转子质量分布的不同,转子不平衡情况可分为三种:,4,1、静不平衡 图一所示为一根很窄的转子（如排粉机转子、轴加风机转子）。静止时转子的不不平衡重量M1所在位置总是转到最低位置的现象，称为静不平衡。,r,图一,M1,5,图2所示为一很宽的转子（如多级离心式水泵的转子）， 它的不平衡重量可认为半个转子的不

3、平衡重量为M1，另半个转子的不平衡重量为M2，且M1和 M2在同一平面和在轴心的同一侧，M1和 M2共同作用的结果也是当转子静止时它们所在的位置有转向最低位置的趋势，这种不平衡现象也称为静不平衡。,M1,M2,图二,6,2、动不平衡 在图3中，加上平衡重块M3之后即静平衡了，但如果M3没有加在M1所决定了的垂直轴心的平面内，则在转动时，M1和 M3分别形成的离心力不但不能互相抵消，反而形成不平衡力偶，将引起振动，这就是动不平衡。如图4所示。,M3,M1,图四,r1,r3,M1,M3,图三,7,3、动静混合不平衡 如图5所示，当转子的不平衡重量M1和 M2既不在通过轴心线的同一平面上，也不在轴线

4、的同一侧，将动不平衡重量分解后即属同时存在上述两种不平衡，这种情况最多，称为动静混合不平衡。,M2,M1,图五,8,转子不平衡对机械设备的影响,运转噪音及振动大 轴承易高温、损坏 机械轴封寿命减短 联轴器寿命减短 基础易松动变形 设备结构强制损坏 润滑油泄漏,9,三、转子找静平衡 以风机转子找静平衡方法为例。新制造的风机转子，或者在检修时补焊过的转子，必须在安装前先找静平衡。 1、找静平衡的工具 如果风机是单吸式悬臂转子，在找静平衡前应按叶轮孔径车一根假轴，轴的长度应使其每端露出叶轮300mm左右。对双吸式风机转子,就不需要制假轴了，可以利用本身的轴.转子找静平衡是在平衡架上进行的。它是由两根

5、截面相同的平行导轨和可调整高度的支架组成的，如图6所示。,10,导轨常见的断面形状有圆形、圆缺形、菱形、矩形和梯形等，如图7所示。,圆形,圆缺形,菱形,矩形,梯形,b,b,b,b,图六,图七,支架,导轨,转子,11,圆形断面的导轨精度最高，而且容易制作，但刚度较低，易变形，所以只能用于重量较轻的转子。矩形和梯形断面的导轨刚度较高，可用于重量比较大的转子。菱形断面的导轨则可用于重量中等的转子。 导轨由高碳钢制成，导轨表面的光洁度应不低于8。支架上的导轨应在同一水平面上，水平面允许误差为0.05mm/m，两导轨应保持平行，允许误差为2 mm/m，导轨长度不应小于7d(d为轴颈的直径或假轴的直径)。

6、,12,导轨工作面的宽度b可按下式计算 b 0.36 G*E2*d cm 式中 G1/2转子重量，N； E导轨材料的弹性模数，对于淬火钢E=0.2*106Mpa； 导轨和转轴材料的许用挤压应力，淬火钢可采取700800 Mpa； d转轴轴颈的直径，cm。 在实际应用中，导轨的平面宽度，常按转子的重量近似的确定：当转子的重量小于4905N时，b=68mm；当转子的重量小于7358N时，b=10mm；当转子的重量小于19620N时，b=30mm。,13,2、转子找静平衡方法 1）找显著静平衡 将转子轻轻的放在预先校正好的导轨的平衡架上（之前要检查两导轨在同一水平面且平行度在标准范围内），并延导轨全

7、长滚动转子，检查导轨是否有弯曲现象。转子的轴心线应与导轨垂直，如不垂直，转子滚动时将跑偏。 （1） 将转子在平衡架的导轨上往复滚动数次，转子在滚动时，不平衡重量所在的位置自然是垂直向下的。如果转子的停止位置始终不变，也就是转子垂直向下这一半径位置几次试验都一样。它就是偏重的一侧，可在转子上做上记号。,14,（2）在偏重的对侧（即停止时正好朝上方的半径上）试加重块，试加重块的重量根据反复试验确定。直到转子能够在任何位置停住。 （3）称出试加重块的重量，选取等重量的铁块焊在所确定的位置上。这就是找显著静不平衡所要加的平衡重量。 上述所加的重量和位置不一定准确，只能说是消除了转子的显著静不平衡，但转

8、子还有一部分剩余静不平衡。,15,2）找剩余静平衡 1） 在叶轮上划一配重圆，将圆周分八等分，按顺序在等份点上编号1、28。 （2） 先使1点和轴心共处于一条水平线上，并在1点试加重量，逐渐增加，直到转子失去平衡，并在导轨上开始滚动为止。并把试转子开始转子开始失去平衡的重量计下来。其它各点都照样作一遍。 （3）把八个点所加重量的记录，用坐标表示出来，如下图8所示；,16,1,2,3,4,5,6,7,8,图八,17,（4）从曲线上找出最大配重W最大和最小配重W最小，从而计算出转子的剩余静不平衡重量W余 W余=（W最大-W最小）/2， （5）从曲线上找出配重圆上最大配重点的位置（它不一定是八个等分

9、点当中的一个点），就在这个位置上加平衡重量W余，以消除剩余静不平衡。 消除剩余静不平衡时，可用电焊把平衡重块固定在转子上，也可用减重法消除，即在配重圆上最小配重点处，用磨或钻的方法去掉转子上的金属，使其等于W余。,18,转子的动平衡,经过静平衡校验的转子，在高速旋转时往往仍发生振动。因为所加上或减去的平衡重量，不一定能和转子原来的不平衡重量恰好在垂直于转轴的同一平面上。因此风机转子经静平衡校验之后，必须再做动平衡校验。动平衡分为平衡机动平衡法和在线动平衡法 。,19,顾名思义，此平衡法系以平衡机进行转动件的平衡校正，此方法与静平衡法都较为一般人所知，通常转动件在制造或维修完成后，都会先以平衡机

10、进行平衡校正，以确保出厂质量。由于实施平衡机平衡校正时，都必须把整个转动件拆下来，一起送出去校正，因此较为耗费工时与校 正费用并且通常无法使用实际工作转速进行校正。另外搬运及安装过程易使平衡状况变差。,平衡机动平衡法,20,转子的在线动平衡,转子的在线动平衡是在工作转速下进行的。如对锅炉风机转子找动平衡、密封风机转子找动平衡等，一般就在原设备上，以工作转速进行。转子动平衡状况可以通过振动表测量轴承上的振动间接地指示出来。现将找动平衡的基础知识及在线找动平衡的几种方法介绍如下：,21,找动平衡的基础知识,1、力的三要素:大小、方向、作用点； 2、矢量加减法：平行四边形法 OA+OB=OC,O,C

11、,B,A,22,3、余弦定理 c2=a2+b2-2abCOS,C,b,a,23,4、滞后角 滞后角是一种物理现象对每个已定型的转子，如转速、轴承结构、转子结构均不改变，其滞后角是一定值。滞后角表示在机械振动中，由于惯性效应的存在，振幅始终滞后于引起振动的扰动力一个角度，该角度和振动系统的自振频率及系统阻尼有关，滞后角是一个未知数，在做动平衡时并不需要测出滞后角，而是根据滞后角是一定值的特性进行找动平衡工作。,24,一、 画线法找动平衡 1）在振动较大的轴承附近的轴上，选择一段，长约5060mm。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）启动风机至工作转速，用磨尖的铅笔或画

12、线针在涂白粉水的一段轴上画出几条弧线，各弧线间的间距为56mm（如图9）。在铅笔或画线针接触轴表面时，动作要轻微迅速，以尽量使画出的弧线短一些。共画十条左右。在画弧线的同时，用振动表测出轴承的振动值Soa,并做好记录。 3)、停止运行设备，在轴上找出各段弧线的中心，连接成一条线A-A，这条线表示了在这个方向上轴心偏移值为最大。,25,轴承,轴,弧线（间距5-6mm）,图九,26,4)、做转子动平衡的记录图。在画弧线一侧的叶轮处画一配重圆，在圆周上标出A点的位置。 A点位置的确定：延长A-A线与配重圆相交，该交点即为A点，并将测得的振动值Soa按一定比例沿OA向作出振动向量oa ，如图10所示：

13、,A,B,C,图十,O,b,a,B,X,D,不平衡重,第一次标记,第二次标记,试加重量,转向,27,根据转子不平蘅重量产生的离心力与轴心偏离中心的最大值之间有一相位角的关系。可从配重圆A点延转子旋转的反方向转90至C点，在C点固定一试加重块，其重量MC由下式求得MC=K*G*g/（2*R） 式中G-1/2的转子重量，N; K-系数，一般取0.10.2; R-试加重量处的半径，m。,A 第一次标记,B 第二次标记,C 试加重量,图十,O,b,a,B,D,X,28,5）再次启动风机至工作转速,用上述相同方法在轴上画出新的弧线,并测出轴承的振动值Sob6）停止风机,用上述同样的方法画出BB线,并在配

14、重圆周上定出相应B点的位置。在OB线上按以上同样的比例作出,振动向量ob，由三角形 oab可知，向量ab是代表在转子C点加了试加重块后产生的，而向量ob是向量oa与向量ab相加的结果。过圆心O作平行于ob的线交配重圆周于B点。（OC与OB的夹角称为滞后角）,A 第一次标记,B 第二次标记,C 试加重量,O,b,a,B,D,X,29,从OA线按转子旋转方向作角AOX等于相位角COB。所得OX线即为转子不平衡重量所产生的作用在轴承上的离心力方向，它表示了在所选择的这个转子端面上不平衡重量位于半径OX上。OX反方向延长线与圆周交于D点，,A第一次标记,B第二次标记,C试加重量,图十,O,b,a,B,

15、X,D,30,OD既为转子真正要添加平衡重量的半径。如果添加平衡重量点的半径与试加重块点C的实际半径相等，侧平衡重量M由下市式求出：M=Mc*oa/ab， 式中oa是第一次启动时测量的振动值，ab是由三角形oab所求得振动值 7）将平衡重量M加在所确定的位置D上，然后启动风机进行验证。如振动合格，侧找动平衡工作结束，如不合格，侧重复上述工作。,31,二、两点法找动平衡 测得风机在工作转速轴承原始振动振幅，若A侧振动大（振动值为A0），则先平衡A侧在转子上某一点（作记号1）加上试加重量M，测得振动值为A1，按相同半径将试加重量M移动180（作记号2），测得振动值为A2。根据三次测得的振动值，并选

16、用适当的比例作图求出应加平衡重量的位置和大小，如图11所示，做三角形，使：= A0： A1/2： A2/2，延长MD至C，使CD=DM，连接OC；以O为圆心，OC为半径作圆O；延长CO与圆O交于B，延长MO交圆O于S，,32,O,则OC为试加重量M引起的振动值。平衡重量M0为M0=M*om/oc。由图中量得角COS为，则平衡重量应加在第一次试加重量位子1的逆转向或顺转向角处，具体方位由试验定。,M,C,D,S,S,B,图11,Q,2,1,Q,33,三、三点法找动平衡 此法与两点法的方法基本相同，只是用同一试加重量M按一定的加重半径在互为120的三个方位上，测得三个振动值记为A1、A2、A3作图

17、和计算方法如图12,以O为圆心,取适当比例以A1、A2、A3为半径画三段弧A、B、C用选择法在A、B、C三个弧上分别取a、b、c点，使三点间距离彼此相等。,图12,c,O,C,A,S,S,b,a,B,34,连接ab、bc、ca得等边三角形，并做三角形三个角的平分线交于S点，连接OS。以S为圆心，sa（sa=sb=sc）为半径作圆交OS于S点。点S即为平衡重量应加的位置;从图中看出，它在第一次和第二次加试块的之间，且更靠近第二次加试块的位置。 平衡块重量M0按下式计算： M0 =OS*M/Sa,C,A,图12,B,c,O,S,S,b,a,35,四、闪光法测相找动平衡 1、闪光法测相的原理 引起转

18、轮振动的干扰力就是不平衡重量产生的离心力。我们用仪器测出干扰力的最大振幅（振动值）及相位（角度）变化，就可以平衡它。运用相量计算可以知道平衡重量的大小和位置，在其相反的位置上加上相等的重量，就可以抵消由于不平衡重量产生的振动。用闪光法找平衡是设法把闪光灯是电源与振动联系在一起，使闪光灯的闪光时间直接受振动相位控制。当转轮的转速和闪光灯的闪光频率同步时，闪光灯每次闪光的时间正好是转轮到同一位置的时候，所以在闪光灯下看转轮就感到转轮好像静止不动一样。晶体管测振仪就是根据这一原理设计制造用作测振校平衡的仪器。,36,2、闪光法测相的步骤 1) 为了用闪光灯观察振动的相位角在轴头落出部分划上记号，在轴

19、头周围的静止部分划好360度的刻度盘， 2）检查测量振动及相位的仪器完好，接好电源及仪器， 3）第一次启动转机，在轴承外壳上分别从垂直、水平、轴向三个方向测量振动值，取最大值作为平衡工作的计算数据，以后均以此方向测量。同时用闪光灯记录刻度盘上的度数， 4）在转轮任意位置试加平衡块（平衡块重量最好为整数、位置在顺转速方向超前第一次振动相位200度左右处）， 5）第二次启动转机，测量振动数据。如果振幅变化小于10%；相位角变化小于20度，说明试加重量太小，需要适当增加重量后再启动测量。,37,6）将两次测量的振幅和相位记录下来,然后进行向量图计算,求出应加平衡块的位置和重量; 7)拆除原试加重量,

20、将求出的平衡块重量加到应加的位置上; 8)第三次启动转机,此时测得振幅应小到转机允许的范围内.如果振幅还未降到规定的范围内,就将第三次启动测得的振幅和相位角当作第二次启动的数据;把加上的平衡块当做试加重量,再进行作图运算,以求出最佳平衡重块. 平衡工作结束后,平衡块一定要牢固地装在平衡槽内.无平衡槽的转轮应牢固焊接在转轮的适当部位,以防运行中脱落,损坏设备.,38,3.闪光法找动平衡实例,有送风机一台，转速1490r/min,要求振动不大于0.03mm.检修后启动测得叶轮端轴承的水平方向振动最大，达0.10mm。采用闪光法找平衡配重: 在电动机或风机主轴外圆上用白漆画一道白线记号，将白线分成3

21、6等份分别标记1、2、336； 选择156g平衡块一块作为试加重量； 第一次启动风机测得轴承外壳上水平方向的振动值OA1为0.1mm；用闪光灯测得白线处相位为5(50）;,39,停用风机,将事先准备好的试加重块固定在叶轮平衡槽的任意位置; 第二次启动风机测得水平方向振动值OA2为0.14mm;闪光相位角为11(110 ); 停用风机,将两次测得的记录进行向量作图运算,得出所加平衡重量的大小和位置.向量运算图如下图所示: 7)由作图法求出的试加重块所产生的振动值OA3为0.13mm;,40,41,8) 平衡重量的计算: 平衡重量=试加重量*0A1/0A3=0.10*156/0.13=120g;

22、9) 平衡块位置的确定:从上图中可以看出，将平衡块加到OA1的反向延长线上就可以抵消原来的不平衡重量，也就是在试加平衡块的位置上移过78到230的位置上。 10) 拆除原来的试加重量;将120g的平衡重块固定在230的位置上. 11) 第三次启动风机,测得最大振动值已降到0.01mm.,42,举例,平圩电厂1#炉A引风机动平衡 首次启动： 测振 A0=0.27mm 相位 8#7# 偏7# 第一次加重：P=2.25KG 相位 9# 10#之间 开启：测振 A1=0.22mm 相位 4# 计算出加重位置和平衡块重量？,43,解：计算：A0与A1之间的夹角=100 AB2=A02+A12-2A0*A

23、1COS AB=0.38mm K=AB/P=0.169 计算加重 Q=A0/K=0.27/0.169=1.6KG 加重位置的确定： COS=（AB2+A02A12）/2*AB*A0 =0.82 查表得=35 第二次实际加重：Q=1.6KG 相位 由9# 10#之间反向转动角（35）如图所示,44,示意图,首次加重2.25KG,平衡重量1.6KG,A0=0.27mm,A1=0.22mm,AB,夹角,夹角,45,4.找动平衡注意事项,1)、平衡过程中各轴承振动测量的正确性直接影响平衡工作的进行和质量,因此,振动值和相位角的测量应极细心,每次在轴承壳上的测量位置要固定不变,放置的方向也要固定; 2)

24、 、若叶轮上有加工出的装平衡块的平衡槽，就将平衡块装在平衡槽内相应的位置;若无平衡槽,配重块尽量加在轮毂边缘; 3)、所加重量包含焊条重量; 4) 、在转机高速下找平衡,由于外界因素的影响较大,往往给平衡工作带来一定的困难.很可能出现下列情况:,46,、振动不稳定,振动数难以读取,而且相位角变化也大.这主要是由于轴瓦或轴承座松动,或者就是转动部件上有零件为固定好,旋转时开始晃动; 振动相位不易改变,平衡块不论放在任何位置,相位不起变化或变化悬殊.这种现象是由于转轴发生挠曲或有较大的静不平衡.,47,ZXPC302型测振仪使用说明,一 用途及使用范围 ZXPC302型测振仪是一种便携式单通道测振