一、轉(zhuǎn)子平衡概念

1. 轉(zhuǎn)子不平衡

質(zhì)量不平衡一般定義為：轉(zhuǎn)子的質(zhì)量相對(duì)旋轉(zhuǎn)中心線分布不均勻，或者按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義：“…以離心力的形式作用于轉(zhuǎn)子軸承上的激振力或運(yùn)動(dòng)”。

調(diào)整轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布，使其質(zhì)心偏移回轉(zhuǎn)中心的距離減小，這個(gè)過程稱為平衡。

2. 高點(diǎn)

高點(diǎn)是指轉(zhuǎn)子產(chǎn)生最大振動(dòng)位移時(shí)的角位置。具體為，當(dāng)轉(zhuǎn)子和振動(dòng)探頭之間的距離最近時(shí)，轉(zhuǎn)子上與振動(dòng)探頭所對(duì)應(yīng)的那一點(diǎn)任一時(shí)刻的角位置；也就是當(dāng)振動(dòng)探頭產(chǎn)生正的振動(dòng)峰值信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)子與振動(dòng)探頭對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置。高點(diǎn)會(huì)隨轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性的變化而移動(dòng)。

3. 重點(diǎn)

重點(diǎn)是指在某一斷面處轉(zhuǎn)子不平衡向量的角位置。重點(diǎn)實(shí)際上就是轉(zhuǎn)子質(zhì)心的角位置。重點(diǎn)與轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布有關(guān)，當(dāng)有異物附著在轉(zhuǎn)子上以及轉(zhuǎn)子上有物件脫落或滑移時(shí)，重點(diǎn)會(huì)發(fā)生改變；但是，重點(diǎn)不隨轉(zhuǎn)速變化。

4. 機(jī)械滯后角

重點(diǎn)和高點(diǎn)之間的夾角稱為機(jī)械滯后角。對(duì)應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速，會(huì)有不同的機(jī)械滯后角。在剛性轉(zhuǎn)子上高點(diǎn)和重點(diǎn)基本是重合的。臨界轉(zhuǎn)速時(shí)滯后角等于90°；遠(yuǎn)高于第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，滯后角接近180°。

5. 振動(dòng)影響系數(shù)

在轉(zhuǎn)速一定情況下，在轉(zhuǎn)子的某一加重平面加上單位重量，引起某軸承的某個(gè)方向振動(dòng)的變化，稱為在該轉(zhuǎn)速時(shí)這一平面加重對(duì)這一軸承這一方向的振動(dòng)影響系數(shù)。影響系數(shù)反映了轉(zhuǎn)子的不平衡靈敏度。

6. 低速動(dòng)平衡與高速動(dòng)平衡

低速動(dòng)平衡一般在平衡臺(tái)上完成，通常平衡轉(zhuǎn)速為50～400r/min；在工作轉(zhuǎn)速下的平衡，稱為高速動(dòng)平衡。在現(xiàn)場(chǎng)平衡工作中的闡述略有不同，對(duì)于臨界轉(zhuǎn)速以下的平衡泛指低速平衡，而高于臨界轉(zhuǎn)速的平衡為高速平衡。

7. 轉(zhuǎn)子振型

對(duì)剛性轉(zhuǎn)子，兩端軸承振動(dòng)相位同相為圓柱形振動(dòng)，反相為圓錐形振動(dòng)。對(duì)撓性轉(zhuǎn)子，兩端軸承振動(dòng)相位同相為一階振型、三階振型、…，反相為二階振型、四階振型、…。

二、不平衡量單位

1. 不平衡量表示方法

不平衡導(dǎo)致的振動(dòng)可以用振動(dòng)位移、速度或加速度的單位來度量，實(shí)際的不平衡量單位通常用不平衡質(zhì)量乘以它距離轉(zhuǎn)軸中心線的距離或半徑。例如，在半徑20厘米位置上有個(gè)6克的不平衡質(zhì)量，不平衡量就是120 克·厘米（6g×20cm=120g·cm）。

2. 不平衡振動(dòng)表示方法

便攜式振動(dòng)分析儀并不直接顯示不平衡大小，而是用振動(dòng)位移（μm）、速度（mm/s）或加速度的單位（m/s²）來度量不平衡振幅。因?yàn)椴黄胶饬颗c不平衡振動(dòng)幅值成正比，所以用振幅就可以表示不平衡量大小。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)平衡時(shí)，測(cè)量不平衡引起的振幅，一般低速下用位移，高速下使用速度或加速度。因?yàn)?/span>當(dāng)支撐動(dòng)剛度一定的時(shí)候，轉(zhuǎn)子位移是轉(zhuǎn)子不平衡力的單值函數(shù)，所以采用位移振幅效果最佳。

3. 不平衡力

不平衡可以產(chǎn)生破壞性的力和振動(dòng)。不平衡產(chǎn)生的力大小取決于不平衡量和設(shè)備旋轉(zhuǎn)速度（RPM）。

從計(jì)算公式中可以看出，不平衡力與轉(zhuǎn)速平方成正比，轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍，產(chǎn)生的不平衡力就變?yōu)樵瓉淼? 倍。說明有時(shí)很小的不平衡質(zhì)量，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生巨大的、甚至具有破壞性的力。

三、確定加重位置

1. 單軸系剛性轉(zhuǎn)子加重平面確定

當(dāng)轉(zhuǎn)速<1800轉(zhuǎn)/分、長徑比(L/D)≤0.5，或轉(zhuǎn)速<900轉(zhuǎn)/分時(shí)，離心慣性力偶很小，可認(rèn)為轉(zhuǎn)子處于靜不平衡狀態(tài)。因此只需一個(gè)平衡平面即可滿足平衡要求。

當(dāng)轉(zhuǎn)速>900轉(zhuǎn)/分、長徑比(L/D)>0.5，或轉(zhuǎn)速>1800轉(zhuǎn)/分時(shí)，必須在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下、在兩個(gè)平衡平面上進(jìn)行校正處理。事實(shí)上相對(duì)較窄的轉(zhuǎn)子在較高轉(zhuǎn)速下，如3000轉(zhuǎn)/分，進(jìn)行單面平衡依然可取的較好的平衡效果。

2. 多軸系單轉(zhuǎn)子平衡適用范圍

2.1相鄰兩轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速有明顯的間隔

2.2軸系中只有1個(gè)或2個(gè)轉(zhuǎn)子存在明顯不平衡

2.3相鄰轉(zhuǎn)子質(zhì)量差別比較大

2.4兩個(gè)不平衡轉(zhuǎn)子中間有一個(gè)平衡良好的轉(zhuǎn)子相隔。

3. 多軸系加重平面依據(jù)

3.1聯(lián)軸器加重：相鄰兩軸承效應(yīng)應(yīng)相同

3.2在轉(zhuǎn)子外伸端加重：在一階臨界轉(zhuǎn)速附近，振動(dòng)響應(yīng)不大，但在工作轉(zhuǎn)速下可以產(chǎn)生較大效應(yīng)，主跨轉(zhuǎn)子兩軸承應(yīng)效應(yīng)相同。

3.3在轉(zhuǎn)子主跨內(nèi)加重：當(dāng)軸承座自振頻率小于工作頻率，加一階平衡重量，在一階臨界和工作轉(zhuǎn)速（此時(shí)為三階）下，支撐轉(zhuǎn)子兩軸承效應(yīng)是同相；加二階重量，工作轉(zhuǎn)速下支撐轉(zhuǎn)子兩軸承振動(dòng)效應(yīng)反向

3.4若一階平衡良好，工作轉(zhuǎn)速下兩軸承反相，則在轉(zhuǎn)子兩個(gè)端面加二階平衡重量；若工作轉(zhuǎn)速下兩軸承同相，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子外伸端不平衡或三階不平衡。

3.5加重后主要振動(dòng)點(diǎn)（最大振幅處）大幅度下降說明平面選擇正確；若反應(yīng)不靈敏及與其它軸承交叉反應(yīng)矛盾突出則試重面不合理。

4. 多軸系不平衡位置

4.1當(dāng)轉(zhuǎn)子在相應(yīng)臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)顯著振動(dòng)時(shí)，即可斷定該轉(zhuǎn)子存在顯著的相應(yīng)階不平衡。

4.2工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化不大，第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化十分顯著。平衡變化是發(fā)生在轉(zhuǎn)子中部，或沿轉(zhuǎn)子長度均布。

4.3工作轉(zhuǎn)速和第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化均較大。當(dāng)平衡變化發(fā)生在轉(zhuǎn)子一端，或兩端不對(duì)稱，轉(zhuǎn)子外伸端平衡變化是由轉(zhuǎn)子撓曲增大引起的，外伸端轉(zhuǎn)軸碰磨，也會(huì)產(chǎn)生這種振動(dòng)特征。

4.4工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化很顯著，第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化不大。平衡變化發(fā)生在轉(zhuǎn)子外伸端，從有關(guān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)變化量值大小，可直接判明平衡變化是發(fā)生在轉(zhuǎn)子外伸的哪一端。

4.5如果主跨轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速（空負(fù)荷、帶負(fù)荷）下和第二臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化不大，第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化十分顯著；外伸轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速和第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化較大。平衡變化發(fā)生在主跨轉(zhuǎn)子中部，或沿轉(zhuǎn)子長度均布。

4.6如果主跨轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速、第一、第二臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化較大；外伸轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速和第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化也大。平衡變化發(fā)生在主跨轉(zhuǎn)子一端，或兩端不對(duì)稱。

4.7主跨轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速、第二臨界轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)變化十分顯著，但第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化不大；外伸轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速下和第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化也十分顯著。則平衡變化發(fā)生在外伸轉(zhuǎn)子上。

四、轉(zhuǎn)子平衡試加重量

試加重的目的是改變?cè)疾黄胶鉅顟B(tài)，根據(jù)試加重造成的變化量，計(jì)算校正原始不平衡的加重量和位置。如果重量輕了，原始振動(dòng)變化不明顯；如果試加重太重，試加重產(chǎn)生的不平衡力可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備。試加重應(yīng)該使原始振動(dòng)幅值改變30％或相位改變30％，這會(huì)保證得到滿意的結(jié)果，但不可能取得單次加準(zhǔn)。下面幾個(gè)試重公式在相位正確情況下基本可以起到單次加準(zhǔn)的效果。

1. 轉(zhuǎn)子平衡試重一

一般確定試加重量的方法是，試加重量產(chǎn)生的不平衡力等于轉(zhuǎn)子軸承承受載荷力的10％。例如，兩軸承支撐的轉(zhuǎn)子質(zhì)量是2000 公斤，每個(gè)軸承的載荷則是1000 公斤，因此，轉(zhuǎn)子兩端配重面的試加重量產(chǎn)生的不平衡

力應(yīng)該為100公斤（10％×1000公斤）。        

式中：F～試加重質(zhì)量產(chǎn)生的力（公斤力）；W～試加重量（克）；R～加重半徑（cm）；RPM～平衡轉(zhuǎn)速

知道試加重產(chǎn)生的不平衡力后，還需要知道試加重半徑和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。假設(shè)試加重半徑為100cm，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速1500RPM，則試加重量應(yīng)為：

這個(gè)例子說明，對(duì)于2000公斤的轉(zhuǎn)子，100cm加重半徑處試加重量44克，轉(zhuǎn)速1500RPM時(shí)產(chǎn)生的離心力為100公斤力。但現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明該公式計(jì)算試加重量偏小，應(yīng)進(jìn)行修正。

該試計(jì)算結(jié)果，由多類風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)平衡試驗(yàn)所得，若相位正確，幅可下降70%以上，但如果相位加反則可引起較大振動(dòng)，因此適用于現(xiàn)場(chǎng)平衡經(jīng)驗(yàn)較豐富的技術(shù)人員。

2. 轉(zhuǎn)子平衡試重二

   下述現(xiàn)場(chǎng)平衡試重公式在50MW以下汽輪發(fā)電機(jī)組、一般電機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備上相對(duì)準(zhǔn)確，而對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組可對(duì)照表4-1-2選取

式中:  W－轉(zhuǎn)子某一側(cè)端面上試加重量，kg； A0－轉(zhuǎn)子某一側(cè)軸承的原始振幅，μm；r—加重半徑，m；ω－平衡時(shí)轉(zhuǎn)子角速度，rad/s； G－轉(zhuǎn)子質(zhì)量，kg；g-重力加速度，m/s2； S－靈敏系數(shù)。

表1   靈敏度系數(shù)S

表2   汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子試加重量

    中給出的轉(zhuǎn)子重量、容量和加重半徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子而言的，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子試加重量可按表中轉(zhuǎn)子重量來選；試加重量位置在轉(zhuǎn)子端部。試加重量的范圍根據(jù)支撐動(dòng)剛度選?。患又?cái)?shù)值為各個(gè)平面上加重的總和，當(dāng)支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承座動(dòng)特性相近、轉(zhuǎn)子軸向?qū)ΨQ時(shí)，平衡一、二、三階振動(dòng)，則要將表中相應(yīng)階試加重量除以2，同時(shí)加到兩個(gè)端面上