转子平衡的原理和方法

转子平衡的原理和方法第一页，共四十页，2022年，8月28日转子不平衡的原因和危害转子不平衡的分类刚性转子和挠性转子平衡机

硬支承平衡机软支承平衡机本章内容刚性转子的平衡方法静平衡单面动平衡双面动平衡挠性转子的平衡方法振型平衡法影响系数法振型圆平衡法第二页，共四十页，2022年，8月28日一、不平衡的概念泵、压缩机、风机和汽轮机等化工机器振动的原因很多，但是转子的不平衡是主要原因之一。在电厂机器中，由于转子（以及其它旋转零部件）的材料密度不匀或者加工不均、装配误差大、使用中受腐蚀或者污垢沉积、异常温度影响变形或轴发生残余弯曲等，都可能是转子的重心与运行中心出现偏差，而转子在旋转时由上述因素的影响会产生很大的离心力，严重时将使机器产生振动，这就是转子的不平衡。第三页，共四十页，2022年，8月28日1、静不平衡

指回转体（转子）的重心不在它的转动轴线上，于是回转体旋转时，在转动平面中就会产生通过重心的离心力。旋转体上有不平衡量时，这不平衡量所产生的离心力或几个不平衡量产生的离心合力，因其通过旋转件的重心，所以，它不会使旋转件旋转时产生轴线倾斜的力矩。静不平衡是一种在静态的就显示出来的不平衡状态。只有当它的偏重在铅垂下方时，零部件或转子才能停止转动，而当其转动起来以后，就会产生很大的离心力，使机器振动，如图所示。第四页，共四十页，2022年，8月28日零件静不平衡情况如下图第五页，共四十页，2022年，8月28日

2、动不平衡指回转体的的重心虽然在它的转轴上，但当回转体转动时，却产生作用于回转轴线平面中的离心力力偶。转子等旋转部件上的各不平衡量所产生的离心力，如果形成力偶，则旋转件在旋转时不仅会产生垂直于旋转轴线方向的振动，而且还能使旋转轴线产生倾斜振动。动不平衡是一种在动态下才显示出来的不平衡状态，如下面图片所示的曲轴，由于没有平衡铁，即使静态下是平衡的，曲轴可随意静止（平衡），但是在动态下，左右两个离心力使曲轴受到力偶的作用，机器照样产生振动。这就是典型的动不平衡。第六页，共四十页，2022年，8月28日零件的动不平衡第七页，共四十页，2022年，8月28日二、动平衡1.动平衡的基本力学原理如图假设一转子存在两个不平衡量T1和T2,当转子旋转时,它们产生的离心力分别为P和Q.P和Q都垂直于转子的轴线,但不在同一轴向平面,P处于B1平面,Q处于B2平面上.为了平衡这两个力,可在转子上选择两个与轴线垂直的平面,作为动平衡的校正平面.T2T1T1QPB1B2第八页，共四十页，2022年，8月28日PT1

QT2ll2l1P2P1

Q2

Q1

F1

F2第九页，共四十页，2022年，8月28日

为了防止动平衡试验时因不平衡量过大而产生剧烈的振动,在低速动平衡前应先进行静平衡试验,而在高速动平衡试验之前进行低速动平衡试验.如上所述,动平衡发按平衡时所使用的转速不同可分为:低速动平衡和高速动平衡

若按使用的设备和方法不同可分为:平衡机平衡和在机体上平衡

第十页，共四十页，2022年，8月28日2.低速动平衡平衡转速较低的的动平衡过程,一般为转子工作转速的20%左右(150-500r/min;而低速动平衡机的转速部分为好几个档次).因为转子是刚性的,所以又称为刚性转子动平衡.动平衡试验,一般情况下是在动平衡机上进行.旋转件在旋转时,使动平衡机支承产生振动,依靠测振仪器测出振幅和相位,在通过一定的计算,便可进行平衡测试工作.第十一页，共四十页，2022年，8月28日3.高速动平衡高速动平衡是上世纪50年代发展起来的技术,是用高速动平衡机进行高试验转速的的动平衡,由于转速高,(国内有13400的转子),故均设计为挠性转子.第十二页，共四十页，2022年，8月28日

平衡精度转子经过动平衡试验后,不可避免的还会存留一些剩余不平衡量.平衡精度就是指转子经平衡试验后,允许存在的不平衡量.对于一台具体的机器,根据其结构特点，和工作条件不同,在保证它安全经济的运转的前提下,都规定有一个合理的平衡精度.平衡精度的表示方法有两种:

剩余不平衡力矩偏心速度第十三页，共四十页，2022年，8月28日

(1).剩余不平衡力矩剩余不平衡力矩M；

M=TR=We(g.mm)T----剩余不平衡量,g;R----剩余不平衡量所处的半径,mm;w----旋转件的重量,g;e-----旋转件的重心偏心距,mm.第十四页，共四十页，2022年，8月28日(2).偏心速度偏心速度Ue所谓偏心,就是旋转件的重心偏离旋转中心的距离,因此,偏心速度是指旋转件在旋转时的重心振动速度,即:Ue=eω/1000Ue---偏心速度,mm/s;ω----旋转件的角速度,(ω=2πn/60,1/s);e-----旋转件的重心偏心距,μm.第十五页，共四十页，2022年，8月28日

例1.某旋转件的重量为1000kg,工作转速为10000rpm,平衡精度等级为G1,则平衡后允许的偏心距e?

e=1000Ue/ω

=1000*Ue*60/(2πn)

=1000*1*60/(2*3.14*10000)

=0.95(μm)

偏心距e还可以换算出不平衡力矩M,即:

M=TR=We=1000*0.95=950g.mm

假定该旋转件上两个动平衡校正面的轴向是与旋转件的重心等距离的，则每一个面上允许的不平衡力矩可取M/2=475g.mm,这相当于在半径475处允许不平衡量为1g

第十六页，共四十页，2022年，8月28日

例2.尿素二部P108-C/D转子(包括叶轮,轴套轴,联轴节)总重量约为50kg,工作转速为2950rpm,平衡精度等级为G6.3,则平衡后允许的偏心距e?

e=1000Ue/ω

=1000*Ue*60/(2πn)

=1000*6.3*60/(2*3.14*2950)

=20.4(μm)

偏心距e还可以换算出不平衡力矩M,即:

M=TR=We=50*20.4=1020g.mm

这相当于半径280mm处3.64g第十七页，共四十页，2022年，8月28日3静动不平衡

它是一种静态和动态都会显示出来的不平衡。大多数转子都属于这种失衡状态。 既然零部件或者转子有不平衡状态，就应该设法去使它平衡。所谓平衡，就是减少零部件转动的失衡量，使机器运转平稳的一种工艺方法。 实践中的找平衡，是根据不同的转速和结构只选用静平衡法和动平衡法来进行的，通常的依据可参考下表：平衡方法 转子外径与长度之比 工作转速 静平衡 D/L大于等于5 任何转速 动平衡 D/L小于等于1 n>1000r/min 。

第十八页，共四十页，2022年，8月28日转子不平衡的原因和危害

不平衡的原因

转子结构不对称。材质不均匀，制造误差、安装误差。运行中零部件的变形、移位、结垢、破损。不平衡的危害

转子振动和应力大，运行不安全。恶化环境，浪费能源。产品数量和质量下降。第十九页，共四十页，2022年，8月28日转子平衡的方法和设备

刚性转子挠性转子

静平衡影响系数法。单面平衡

振型平衡法（模态平衡法）。双面平衡。其他综合方法。平衡设备平衡机：专用、通用，硬支承、软支承，卧式、立式，机电式、计算机化，等。现场平衡：平衡仪其他设备：平行导轨、滚轮架、平衡摇架等。

第二十页，共四十页，2022年，8月28日刚性转子与挠性转子n<0.5nc1称为刚性转子。

0.5nc1<n<0.7nc1称为准刚性转子。

n>0.7nc1

称为挠性转子。

其中,nc1为第一阶临界转速，n为转子的工作转速。刚性转子和挠性转子有完全不同的平衡方法。如能正确选择平衡平面和平衡转速，准刚性转子常可采用刚性转子的平衡方法。第二十一页，共四十页，2022年，8月28日刚性转子不平衡的形式静不平衡

离心惯性力系有合力动不平衡=静不平衡+偶不平衡离心惯性力系合成为一合力和一合力偶偶不平衡

离心惯性力系有合力偶第二十二页，共四十页，2022年，8月28日不平衡向两个平面的分解刚性转子的任意不平衡可以向两个平面内分解。故刚性转子都可以用两个校正质量来达到平衡。第二十三页，共四十页，2022年，8月28日oCoWC静平衡的布置W水平导轨滚轮架水平导轨转子转子滚轮架第二十四页，共四十页，2022年，8月28日滚轮架水平导轨第二十五页，共四十页，2022年，8月28日平衡机的原理幅值I相位II转速摆架A

幅值II相位I解算电路传感器传感器驱动电机摆架B

III第二十六页，共四十页，2022年，8月28日硬支承和软支承平衡机硬支承平衡机的摆架软支承平衡机的摆架第二十七页，共四十页，2022年，8月28日硬支承和软支承平衡机的对比第二十八页，共四十页，2022年，8月28日单面平衡的布置和方法1.选择加重平面、选择测点。画键相标记，逆转向画360º相位刻度盘。2.测得原始振动A0(幅值和相位)。3.在平衡平面内加试重Q，测得振动A1。4.计算影响系数5.按下式求得校正质量P。幅值相位转速A

第二十九页，共四十页，2022年，8月28日双面平衡的布置和方法幅值相位转速A

BI

II

A

B

1.测原始振动A0，B0。2.平面I内加试重Q1，测得振动A1，B1。3.计算影响系数4.平面II内加试重Q2，测得振动A2，B2。5.计算影响系数6.按下式求得校正质量P1，P2。第三十页，共四十页，2022年，8月28日单面平衡的作图解法

作A0和A1，求其差为A1-

A0。量A1-

A0和A0之间的夹角为。把试重Q按

的方向转动一

角，此即为校正重的正确方位。校正重P的大小为：KoQP相角正A0A1A1-A0o相角正第三十一页，共四十页，2022年，8月28日转子不平衡的真实分布不平衡的大小和方位沿轴线是随机分布的。需要无数个校正质量才能达到理想的平衡。这不可能，也是不必要的！第三十二页，共四十页，2022年，8月28日转子的不平衡

按模态分解

转子的任意不平衡可以按模态分解。然后，按模态逐阶平衡。由于模态的正交性，各阶模态的平衡不会相互影响。第三十三页，共四十页，2022年，8月28日挠性转子的模态平衡法根据转子的振型选择校正平面，对应各阶模态计算的各校正质量的比例。在第一临界转速附近，平衡转子的第一阶模态不平衡。在第二临界转速附近，平衡转子的第二阶模态不平衡，等。直到工作转速下那一阶为止。由于各模态的正交性，各阶模态的平衡不会相互影响。最后在工作转速下，作修正性平衡。有N平面平衡法和N+2平面平衡法两种。第三十四页，共四十页，2022年，8月28日为刚性转子影响系数法的直接推广。不同处在于：平衡