旋转机械设备动平衡故障与分析.ppt

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1、旋转机械设备动平衡故障与分析旋转机械设备动平衡故障与分析徐光增徐光增 DH5901分析系统 （讲座讲座讲座讲座）统计指出，旋转机械设备发生的振动故障，统计指出，旋转机械设备发生的振动故障，统计指出，旋转机械设备发生的振动故障，统计指出，旋转机械设备发生的振动故障，60%60%60%60%以上是由以上是由以上是由以上是由于旋转部件质量于旋转部件质量于旋转部件质量于旋转部件质量不平衡不平衡不平衡不平衡造成的。这些信息的统计来源于以造成的。这些信息的统计来源于以造成的。这些信息的统计来源于以造成的。这些信息的统计来源于以下三个方面：下三个方面：下三个方面：下三个方面：新新新新建造设备建造设备建造设备

2、建造设备振动振动振动振动故障故障故障故障监测监测监测监测统计统计统计统计；等级计划修理等级计划修理等级计划修理等级计划修理后的设备后的设备后的设备后的设备振动振动振动振动监测故障统计监测故障统计监测故障统计监测故障统计；设备日常运行维护过程中发生的振动设备日常运行维护过程中发生的振动设备日常运行维护过程中发生的振动设备日常运行维护过程中发生的振动故障统计故障统计故障统计故障统计。第一节第一节 概述概述1.11.1 轴系质量不平衡振动故障率统计轴系质量不平衡振动故障率统计 某某2#2#系统设备系统设备 20032003年年1010月小修后，监测设备月小修后，监测设备6060台，诊断振动故障台，诊

3、断振动故障1111台，设备故障台，设备故障 率率18.318.3。其中。其中 动平衡故障动平衡故障 8 8台台 7373；轴承故障轴承故障 1 1台台 9 9；对中故障对中故障 1 1台台 9 9；其他故障其他故障 1 1台台 9 9。20042004年年9 9月，日常维护监测设备月，日常维护监测设备5555台台(组组)，诊断故障机器，诊断故障机器6 6台（组），台（组），故障率故障率10.910.9。其中。其中 不平衡故障不平衡故障 4 4台台 6767 ；轴承轴承 故障故障 2 2台台 3333第一节第一节 概述概述 某某3 3号系统设备号系统设备 20062006年年2 2月振动监测设备

4、月振动监测设备6565台，故障设备台，故障设备6 6台，故障率台，故障率9.2%9.2%，其中，其中：不平衡故障设备不平衡故障设备5 5台台 占故障设备占故障设备 83%83%；不对中不对中故障设备故障设备1 1台台 占故障设备占故障设备 16%16%，某某4 4号系统设备号系统设备 20062006年振动年振动监测设备监测设备6969台，故障设备台，故障设备2222台，台，其中其中不平衡不平衡不平衡不平衡故障故障设备设备1313台台，占占故障故障设备的设备的 59%59%；某某9 9号系统设备号系统设备 20082008年，振动监测设备年，振动监测设备5 52 2台，故障设备台，故障设备1

5、13 3台，台，不平衡不平衡不平衡不平衡故障故障10101010台，台，台，台，7 7 7 76 6 6 6.9 9 9 9%第一节第一节 概述概述不平衡故障的平均故障率为：不平衡故障的平均故障率为：第一节第一节 概述概述 当然，不同类型的故障率当然，不同类型的故障率当然，不同类型的故障率当然，不同类型的故障率，与设备管理的科学性、状态监测技术，与设备管理的科学性、状态监测技术，与设备管理的科学性、状态监测技术，与设备管理的科学性、状态监测技术 的正确选择以及故障诊断水平都有密切关系。的正确选择以及故障诊断水平都有密切关系。的正确选择以及故障诊断水平都有密切关系。的正确选择以及故障诊断水平都有

6、密切关系。多数行业的统计信息具有可比性，特殊行业的不平衡故障率甚至多数行业的统计信息具有可比性，特殊行业的不平衡故障率甚至 还高，例如冶金、水呢等；还高，例如冶金、水呢等；1.21.2 轴系质量不平衡故障的影响轴系质量不平衡故障的影响 设备振动超标、噪音增大；设备振动超标、噪音增大；设备振动超标、噪音增大；设备振动超标、噪音增大；破坏轴系的对中联结破坏轴系的对中联结破坏轴系的对中联结破坏轴系的对中联结；损坏轴系密封损坏轴系密封损坏轴系密封损坏轴系密封；轴承动反力增大加速损坏轴承动反力增大加速损坏轴承动反力增大加速损坏轴承动反力增大加速损坏；轴系运转部件磨损量增大轴系运转部件磨损量增大轴系运转部

7、件磨损量增大轴系运转部件磨损量增大；使轴系运转紊乱使轴系运转紊乱使轴系运转紊乱使轴系运转紊乱；第一节第一节 概述概述前前前前摆摆摆摆头头头头后后后后摇摇摇摇尾尾尾尾中间紊乱中间紊乱中间紊乱中间紊乱1.21.2 轴系质量不平衡故障的影响轴系质量不平衡故障的影响20032003年对某系统两台汽轮发电机组进行状态监测，由于年对某系统两台汽轮发电机组进行状态监测，由于1#1#发电机存在发电机存在严重的不平衡振动，使整个机组振动超标严重的不平衡振动，使整个机组振动超标,并导致机组轴系处于并导致机组轴系处于“紊乱紊乱”运行状态，在相同工况下，运行状态，在相同工况下，1#1#机组比机组比2#2#机组的运行噪

8、声高出机组的运行噪声高出8db8db。第一节第一节 概述概述V V 1010 mm/sA A 3030 m/s2A A 200200 m/s2D D 8080 um不平衡振动使整个轴系的基准间隙发生形变不平衡振动使整个轴系的基准间隙发生形变1.21.2 轴系质量不平衡故障的影响轴系质量不平衡故障的影响轴承使用寿命与设备振动的基本关系轴承使用寿命与设备振动的基本关系第一节第一节 概述概述H H 轴承有效使用寿命（小时）轴承有效使用寿命（小时）c c 轴承静负荷轴承静负荷 （N N）L L 轴承动负荷（轴承动负荷（N N）M M 相对振动部件的重量相对振动部件的重量（KGKG）v v 测量振动值（

9、测量振动值（mm/smm/s）振动频率（振动频率（r/minr/min）第一节第一节 概述概述c c c c 轴承静负荷轴承静负荷5000 5000（N N）L L 轴承动负荷（轴承动负荷（100,000 100,000 N N）M M 部件重量（部件重量（6000 6000 千克力）千克力）rpm rpm 1800(r/min 1800(r/min）1.02.03.04.05.06.07.08.07.03.001.02.04.05.06.08.09.010111213141516V mm/s H（年）8.465.443.72.631.941.471.14第一节第一节 概述概述不平衡作用力对轴

10、系不平衡作用力对轴系“密封密封”部件部件性能的损伤远大于轴承器件，尤其性能的损伤远大于轴承器件，尤其对对“介质泄漏介质泄漏”有严格要求的设备有严格要求的设备对此更应该引起足够的重视对此更应该引起足够的重视第一节第一节 概述概述1.31.3 研究不平衡振动故障的目的研究不平衡振动故障的目的认识设备不平衡故障的认识设备不平衡故障的认识设备不平衡故障的认识设备不平衡故障的高故障率高故障率高故障率高故障率重视不平衡振动故障的重视不平衡振动故障的重视不平衡振动故障的重视不平衡振动故障的高危害性高危害性高危害性高危害性熟悉不平衡振动故障的熟悉不平衡振动故障的熟悉不平衡振动故障的熟悉不平衡振动故障的故障机理

11、故障机理故障机理故障机理掌握诊治不平衡故障的掌握诊治不平衡故障的掌握诊治不平衡故障的掌握诊治不平衡故障的技术方法技术方法技术方法技术方法弄清产生不平衡振动的弄清产生不平衡振动的弄清产生不平衡振动的弄清产生不平衡振动的工程原因工程原因工程原因工程原因2.1 2.1 设备产生不平衡振动的原因设备产生不平衡振动的原因第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析M Me eeM M0 0通俗的讲，不平衡振动的根本原因就是旋转体上存在者多余的质量。使通俗的讲，不平衡振动的根本原因就是旋转体上存在者多余的质量。使通俗的讲，不平衡振动的根本原因就是旋转体上存在者多余的质量。使通俗的讲，不平衡振动的根本

12、原因就是旋转体上存在者多余的质量。使转子质量转子质量转子质量转子质量中心和旋转中心线之间存在偏心距，中心和旋转中心线之间存在偏心距，中心和旋转中心线之间存在偏心距，中心和旋转中心线之间存在偏心距，当当当当转子旋转时转子旋转时转子旋转时转子旋转时便便便便形成形成形成形成了了了了周期性的离心力干扰，周期性的离心力干扰，周期性的离心力干扰，周期性的离心力干扰，并通过并通过并通过并通过“转子转子转子转子 轴承轴承轴承轴承”系统，在支承上产生动载荷（动反力），系统，在支承上产生动载荷（动反力），系统，在支承上产生动载荷（动反力），系统，在支承上产生动载荷（动反力），进而迫进而迫进而迫进而迫使机器使机器使

13、机器使机器产产产产生生生生左右摇摆的左右摇摆的左右摇摆的左右摇摆的“不平衡不平衡不平衡不平衡”振动。振动。振动。振动。第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析e2.2 2.2 怎样消除不平衡振动怎样消除不平衡振动M Me em mr r0 0满足平衡的条件满足平衡的条件第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析2.2 2.2 怎样消除不平衡振动怎样消除不平衡振动e e 偏心距。是转子重心偏离中心的距离，为转子单位质量的不偏心距。是转子重心偏离中心的距离，为转子单位质量的不 平衡矢量平衡矢量，表征不平衡程度高低的物理量。表征不平衡程度高低的物理量。（um=g.mm/kg）U U

14、 “质径积质径积”。工程上习惯称为不平衡量，是指向半径方向上。工程上习惯称为不平衡量，是指向半径方向上 的一个矢量，表征了不平衡量的大小，（的一个矢量，表征了不平衡量的大小，（g mmg mm）M M 转子质量，（转子质量，（kgkg）。）。通过调整配重通过调整配重m m或平衡半径或平衡半径r r来减小来减小平衡的实质就是减小质量中心的偏心距平衡的实质就是减小质量中心的偏心距提高和控制设备装配质量的重要性提高和控制设备装配质量的重要性2.3 2.3 不平衡的三种基本类型不平衡的三种基本类型 静不平衡静不平衡静不平衡静不平衡(力不平衡）力不平衡）力不平衡）力不平衡）第二节第二节 不平衡振动机理分

15、析不平衡振动机理分析C C C C主惯性轴线C C旋转轴线A AB B刚性转子静不平衡轴心涡动轨迹刚性转子静不平衡轴心涡动轨迹力不平衡就是力不平衡就是离心惯性力只作用在转子重心离心惯性力只作用在转子重心C C所在的径向平面上所在的径向平面上、转子转子质量中心线等距平行于轴几何中心线的一种不平衡状态。质量中心线等距平行于轴几何中心线的一种不平衡状态。静不平衡的静不平衡的静不平衡的静不平衡的特点：特点：特点：特点：主惯性轴线与回转轴线平行；主惯性轴线与回转轴线平行；转子只存在离心惯性力，即静不平衡力，转子只存在离心惯性力，即静不平衡力，不存在不存在力偶；力偶；静不平衡在两轴承上静不平衡在两轴承上存

16、在着存在着大小相等的对称作用力大小相等的对称作用力；静不平衡在静止状态下可以观察到，并在重心平面内的反方向施加单静不平衡在静止状态下可以观察到，并在重心平面内的反方向施加单 个配重后可进行校正。个配重后可进行校正。因转子重心线平行偏于轴线一侧，轴线涡动的轨迹呈现出圆柱形，这因转子重心线平行偏于轴线一侧，轴线涡动的轨迹呈现出圆柱形，这 种振动也称为圆柱振动种振动也称为圆柱振动旋转轴线主惯性轴线ACB第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析讨论讨论讨论讨论第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析o oM Mc ce e（1 1）力不平衡使力不平衡使转子的动能增加、扰动力增大转子

17、的动能增加、扰动力增大圆盘转子的振动能量圆盘转子的振动能量MMM（2 2）力不平衡的静态观察特征力不平衡的静态观察特征有工程指导意义有工程指导意义有工程指导意义有工程指导意义aC C由惯性由惯性由惯性由惯性力偶力偶力偶力偶引起的不平衡称为力偶不平衡引起的不平衡称为力偶不平衡引起的不平衡称为力偶不平衡引起的不平衡称为力偶不平衡。旋转轴与中心主惯性轴旋转轴与中心主惯性轴旋转轴与中心主惯性轴旋转轴与中心主惯性轴 A-BA-BA-BA-B相交于转子质量重心相交于转子质量重心相交于转子质量重心相交于转子质量重心c c c c，并并并并成一夹角，此即为偶不平衡状态成一夹角，此即为偶不平衡状态成一夹角，此即

18、为偶不平衡状态成一夹角，此即为偶不平衡状态。第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析 偶不平衡偶不平衡偶不平衡偶不平衡A AC CB BA AB B刚性转子偶不平衡产生的园锥型轴线涡动轨迹 偶不平衡的特点偶不平衡的特点偶不平衡的特点偶不平衡的特点 在在在在转子转子转子转子两端两端两端两端存在大小相等、方向相反的不平衡力偶存在大小相等、方向相反的不平衡力偶存在大小相等、方向相反的不平衡力偶存在大小相等、方向相反的不平衡力偶；力偶不平衡的合力为力偶不平衡的合力为力偶不平衡的合力为力偶不平衡的合力为0 0 0 0，力偶矩不等于，力偶矩不等于，力偶矩不等于，力偶矩不等于0 0 0 0，即，即

19、即，即 第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析 偶不平衡的特点偶不平衡的特点偶不平衡的特点偶不平衡的特点 不平衡力偶矩使不平衡力偶矩使不平衡力偶矩使不平衡力偶矩使转子转子转子转子产生产生产生产生“摇摆型摇摆型摇摆型摇摆型”振动振动振动振动；两端支承水平（或垂直）方向相位相差两端支承水平（或垂直）方向相位相差两端支承水平（或垂直）方向相位相差两端支承水平（或垂直）方向相位相差1801801801800 0 0 0（晃动相反晃动相反晃动相反晃动相反）严重的严重的严重的严重的力偶不平衡有时会产生显著的轴向振动；力偶不平衡有时会产生显著的轴向振动；力偶不平衡有时会产生显著的轴向振动；力偶

20、不平衡有时会产生显著的轴向振动；在静态在静态在静态在静态下下下下力偶不平衡力偶不平衡力偶不平衡力偶不平衡是是是是平衡平衡平衡平衡的，的，的，的，只有在动态状况下只有在动态状况下只有在动态状况下只有在动态状况下其不其不其不其不 平衡特征平衡特征平衡特征平衡特征才有可观察性，才有可观察性，才有可观察性，才有可观察性，旋转轴线呈旋转轴线呈旋转轴线呈旋转轴线呈圆锥形圆锥形圆锥形圆锥形涡动轨迹；涡动轨迹；涡动轨迹；涡动轨迹；根据根据根据根据“力偶力偶力偶力偶必须用力偶平衡必须用力偶平衡必须用力偶平衡必须用力偶平衡”的原则，力偶不平衡的原则，力偶不平衡的原则，力偶不平衡的原则，力偶不平衡需要需要需要需要

21、在垂直回转轴线的两个校正平面内在垂直回转轴线的两个校正平面内在垂直回转轴线的两个校正平面内在垂直回转轴线的两个校正平面内分别分别分别分别进行校正。进行校正。进行校正。进行校正。第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析不平衡仿真振动真实的揭示了不平衡力在支承轴承上产生的动反力响应不平衡仿真振动真实的揭示了不平衡力在支承轴承上产生的动反力响应为什么不平衡振动会强力干为什么不平衡振动会强力干扰转子支承轴承的运行寿命扰转子支承轴承的运行寿命？第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析力偶不平衡的动态观察特征力偶不平衡的动态观察特征动不平衡是转子的旋转轴线与主惯性轴动不平衡是转子的旋转

22、轴线与主惯性轴（A AB B）即不平行即不平行又不又不重合重合的状态，它由静不平衡和力偶不平衡两种状态叠的状态，它由静不平衡和力偶不平衡两种状态叠加而成加而成。第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析aC CA AB BC CA AB B 动不平衡动不平衡动不平衡动不平衡刚性转子动不平衡产生的园锥型轴线涡动轨迹 第二节第二节 不平衡振动机理分析不平衡振动机理分析 动不平衡的特点动不平衡的特点动不平衡的特点动不平衡的特点 不平衡离心力不平衡离心力不平衡离心力不平衡离心力F F F F和和和和不平衡力偶不平衡力偶不平衡力偶不平衡力偶aFaFaFaF1 1 1 1（aFaF2 2）都）都）

23、都）都不等于零；不等于零；不等于零；不等于零；在在在在静态状况静态状况静态状况静态状况下，动不平衡也具有一定的可观察性；下，动不平衡也具有一定的可观察性；下，动不平衡也具有一定的可观察性；下，动不平衡也具有一定的可观察性；两端支承径向或水平向振动相位在两端支承径向或水平向振动相位在两端支承径向或水平向振动相位在两端支承径向或水平向振动相位在0 0 0 01801801801800 0 0 0之间，纯动不平衡之间，纯动不平衡之间，纯动不平衡之间，纯动不平衡 故障，振动相位稳定；故障，振动相位稳定；故障，振动相位稳定；故障，振动相位稳定；动不平衡通常可用在两个任意平面上的等效不平衡矢量表示。动不平

24、衡通常可用在两个任意平面上的等效不平衡矢量表示。动不平衡通常可用在两个任意平面上的等效不平衡矢量表示。动不平衡通常可用在两个任意平面上的等效不平衡矢量表示。所以，动不平衡所以，动不平衡所以，动不平衡所以，动不平衡也也也也需要在垂直于轴线的两个平面内校正需要在垂直于轴线的两个平面内校正需要在垂直于轴线的两个平面内校正需要在垂直于轴线的两个平面内校正。动不平衡的旋转轴线同样为动不平衡的旋转轴线同样为动不平衡的旋转轴线同样为动不平衡的旋转轴线同样为“锥形锥形锥形锥形”涡动轨迹，但在轴向和涡动轨迹，但在轴向和涡动轨迹，但在轴向和涡动轨迹，但在轴向和 径向都不具有对称性。径向都不具有对称性。径向都不具有

25、对称性。径向都不具有对称性。3.1 3.1 3.1 3.1 转子分类转子分类转子分类转子分类 工作转速低于转子的第一阶临界转速工作转速低于转子的第一阶临界转速工作转速低于转子的第一阶临界转速工作转速低于转子的第一阶临界转速n n1 1刚性转子刚性转子挠性转子挠性转子n n2 2 刚性转子动平衡不考虑转子变形问题刚性转子动平衡不考虑转子变形问题刚性转子动平衡不考虑转子变形问题刚性转子动平衡不考虑转子变形问题第三节第三节 转子转子动平衡原理动平衡原理 工作转速高于转子的第一阶临界转速工作转速高于转子的第一阶临界转速工作转速高于转子的第一阶临界转速工作转速高于转子的第一阶临界转速 挠性转子动平衡必须

26、考虑转子的形变位移挠性转子动平衡必须考虑转子的形变位移挠性转子动平衡必须考虑转子的形变位移挠性转子动平衡必须考虑转子的形变位移n n0 0r/minr/minc cGoeM25%30%40%3.2 3.2 3.2 3.2 关于转子挠度关于转子挠度关于转子挠度关于转子挠度 第三节第三节 转子转子动平衡原理动平衡原理令令O O 轴承中心C C 圆盘几何中心G G 圆盘质量中心 转轴挠度e e 偏心距k k 转轴在中心的刚度系数l l 轴承间距 第三节第三节 转子转子动平衡原理动平衡原理讨论讨论讨论讨论初始振动幅值初始振动幅值 带负荷、热态工况，带负荷、热态工况，3 3瓦水平振幅瓦水平振幅 960u

27、m960um 1501500 0增压风机结构与振动测点布置示意图增压风机结构与振动测点布置示意图风机油润滑系统234 DH5901分析系统 冷却系统1动平衡后振幅动平衡后振幅 空负荷、冷态工况，空负荷、冷态工况，3 3瓦水平振幅瓦水平振幅 68um 68um 10100 0动平衡后振幅动平衡后振幅 带负荷、热态工况，带负荷、热态工况，3 3瓦水平振幅瓦水平振幅 30um 30um 6 60 0 静力的分解静力的分解静力的分解静力的分解根据理论力学原理，一个力可以分解根据理论力学原理，一个力可以分解根据理论力学原理，一个力可以分解根据理论力学原理，一个力可以分解成成成成与其相平行的两个与其相平行

28、的两个与其相平行的两个与其相平行的两个分分分分力力力力 第三节第三节 动平衡原理动平衡原理3.3 3.3 3.3 3.3 刚性转子的平衡分析刚性转子的平衡分析刚性转子的平衡分析刚性转子的平衡分析振动的实质是什么？就是力的作用和力的变化，不平衡振动同样是由力而振动的实质是什么？就是力的作用和力的变化，不平衡振动同样是由力而振动的实质是什么？就是力的作用和力的变化，不平衡振动同样是由力而振动的实质是什么？就是力的作用和力的变化，不平衡振动同样是由力而生，这种力称之为惯性离心力，是由两种类型的力组成的，一种是静力，生，这种力称之为惯性离心力，是由两种类型的力组成的，一种是静力，生，这种力称之为惯性离

29、心力，是由两种类型的力组成的，一种是静力，生，这种力称之为惯性离心力，是由两种类型的力组成的，一种是静力，产生静不平衡；另一种是力偶，产生了偶不平衡和动不平衡。所以对不平产生静不平衡；另一种是力偶，产生了偶不平衡和动不平衡。所以对不平产生静不平衡；另一种是力偶，产生了偶不平衡和动不平衡。所以对不平产生静不平衡；另一种是力偶，产生了偶不平衡和动不平衡。所以对不平衡振动的分析，必须由衡振动的分析，必须由衡振动的分析，必须由衡振动的分析，必须由 “力力力力”着手。着手。着手。着手。刚性转子是由若干个薄圆盘组合在一起的等效体，刚性转子是由若干个薄圆盘组合在一起的等效体，因此，可以用刚体力学的因此，可以

30、用刚体力学的方法来处理其存在的不平衡问题方法来处理其存在的不平衡问题 出差出差这样在把空间力系的平衡转化为两个平面汇交力系的平衡问题后，在选定的这样在把空间力系的平衡转化为两个平面汇交力系的平衡问题后，在选定的（A A、B B）平衡面离心力汇交点上施加等效的校正力）平衡面离心力汇交点上施加等效的校正力-F FA A和和-F FB B，使两平面内，使两平面内的惯性力之和分别为零，该转子即达了新的平衡状态，的惯性力之和分别为零，该转子即达了新的平衡状态，第三节第三节 动平衡原理动平衡原理 空间不平衡力系与平面会交力系的转化空间不平衡力系与平面会交力系的转化空间不平衡力系与平面会交力系的转化空间不平

31、衡力系与平面会交力系的转化 5 5 刚性转子的平衡方法刚性转子的平衡方法特殊环境机械设备做动平衡遇到的问题特殊环境机械设备做动平衡遇到的问题特殊环境机械设备做动平衡遇到的问题特殊环境机械设备做动平衡遇到的问题 大机组大机组大机组大机组转子出厂做平衡困难；转子出厂做平衡困难；转子出厂做平衡困难；转子出厂做平衡困难；牵连工程大、维修周期长、工作效率低牵连工程大、维修周期长、工作效率低牵连工程大、维修周期长、工作效率低牵连工程大、维修周期长、工作效率低 轴系平衡问题无法解决；轴系平衡问题无法解决；轴系平衡问题无法解决；轴系平衡问题无法解决；大直径叶轮不能随转子移动导致平衡失效大直径叶轮不能随转子移动

32、导致平衡失效大直径叶轮不能随转子移动导致平衡失效大直径叶轮不能随转子移动导致平衡失效XX机组机组 泵组安装环境31712130L:320:320:350 350 直流机转子重850KG L:660:660 :460460 L:90 820 XX变流机组直流机转子结构示意图第五节第五节 刚性转子刚性转子动平衡技术动平衡技术 现场动平衡现场动平衡就就是在设备正常是在设备正常的支承和与运转的支承和与运转条件下，条件下，通过振动测量、分析、计算，对其不平衡状态通过振动测量、分析、计算，对其不平衡状态实施实施现现场校正的一种平衡技术。场校正的一种平衡技术。优点：优点：技术简练、高效快捷、经济实用；通常情

33、况下，有技术简练、高效快捷、经济实用；通常情况下，有技术简练、高效快捷、经济实用；通常情况下，有技术简练、高效快捷、经济实用；通常情况下，有3 35 5 5 5次次次次启停车操作即可把不平衡振动降低到安全水平启停车操作即可把不平衡振动降低到安全水平启停车操作即可把不平衡振动降低到安全水平启停车操作即可把不平衡振动降低到安全水平缺点：缺点：受到现场操作条件的制约受到现场操作条件的制约受到现场操作条件的制约受到现场操作条件的制约技术方法技术方法技术方法技术方法绘图法绘图法绘图法绘图法解析计算法解析计算法解析计算法解析计算法影响系数法影响系数法影响系数法影响系数法三元法三元法三元法三元法第一步第一步

34、第一步第一步 在轴承座的主方向测量初始振动在轴承座的主方向测量初始振动x x x x0 0 0 00 0 0 0第二部第二部第二部第二部 加试重加试重加试重加试重 原则上，“试重”可任意部位放置第三步第三步第三步第三步 测量加试重后的振动响应测量加试重后的振动响应 X X X X1 1 1 11 1 1 1第四步第四步第四步第四步 计算由计算由试重试重试重试重产生的振动响应产生的振动响应第五步第五步第五步第五步 计算影响系数计算影响系数 X X X X2 2 2 2=X=X=X=X1 1 1 1-X-X-X-X0 0 0 0X X X X2 2 2 22 2 2 2m m m m2 2 2 2

35、m2m2m2m2 =第六步第六步第六步第六步 计算校正重量计算校正重量X X X X0 0 0 00 0 0 0mmmm =0 0 0 00 0 0 0909090900 0 0 01801801801800 02702702702700 0 0 00 0 x x1 1x x0 0 m m m m2 2 2 2x x2 2-x x0 01801800 00 0 mm1801800 0+0 0-22x x2 2 单面单面单面单面动平衡（影响系数）计算法动平衡（影响系数）计算法动平衡（影响系数）计算法动平衡（影响系数）计算法1第四节第四节 现场现场动平衡技术动平衡技术2 m m m m0 0 0

36、03603603603600 0 0 0-2 2 精度等级 G(mm/s)转 子 类 型 举 例G630刚性安装的船用柴油机的曲轴驱动件；刚性安装的大型四冲程发动机曲轴驱动件。G250刚性安装的高速四缸柴油机的曲轴驱动件。G100六缸和多缸柴油机的曲轴驱动件。汽车、货车和机车用的（汽油、柴油）发动机整机。G40汽车车轮、箍轮、车轮整体；汽车、货车和机车用的发动机的曲轴驱动件。G16粉碎机、农业机械的零件；汽车、货车和机车用的（汽油、柴油）发动机个别零件。G6.3燃气和蒸气涡轮,包括海轮(商船)主涡轮刚性涡轮发电机转子;透平增压器；机床驱动件;特殊要求的中型和大型电机转子;小电机转子;涡轮泵。G

37、2.5海轮(商船)主涡轮机的齿轮;离心分离机、泵的叶轮；风扇；航空燃气涡轮机的转子部件；飞轮；机床的一般零件；普通电机转子；特殊要求的发动机的个别零件。G1磁带录音机及电唱机驱动件;磨床驱动件;特殊要求的小型电枢。G0.4精密磨床的主、磨轮及电枢、回转仪。8 8 刚性转子的平衡质量等级（品质）刚性转子的平衡质量等级（品质）二二 不平衡振动故障机理分析不平衡振动故障机理分析 9 9 刚性转子平衡残留质量计算刚性转子平衡残留质量计算根据机器设备的转速、功率、回转部件的尺寸、振动标准等基本条件根据机器设备的转速、功率、回转部件的尺寸、振动标准等基本条件选择设备的平衡等级（选择设备的平衡等级（G）计算

38、出设备允许残留的不平衡质量计算出设备允许残留的不平衡质量式中：式中：m m 允许残留的不平衡质量（允许残留的不平衡质量（g）M M 平衡部件质量平衡部件质量（k g)G 部件平衡品质部件平衡品质（mm/s)r 部件平衡半径部件平衡半径（mm）n 设备工作转速（设备工作转速（r/min）二二 不平衡振动故障机理分析不平衡振动故障机理分析 10 10 小结小结 不论转子的初始不平衡量沿轴线如何分布，总可以在预定的两个校正平不论转子的初始不平衡量沿轴线如何分布，总可以在预定的两个校正平 面内进行平衡补偿。面内进行平衡补偿。刚性转子的平衡与平衡转速无关，刚性转子的平衡与平衡转速无关，（一般平衡转速（一

39、般平衡转速500500700rpm700rpm)即在即在 一定转速下取得平衡的转子，其剩余不平衡质量不随转速变化而改变。一定转速下取得平衡的转子，其剩余不平衡质量不随转速变化而改变。转子的平衡状态一般由静不平衡和动不平衡叠加组成，做动平衡时，可转子的平衡状态一般由静不平衡和动不平衡叠加组成，做动平衡时，可 以综合校正。以综合校正。挠性转子因为存在动挠度弯曲，需要在真空条件下做额定转速动平衡，挠性转子因为存在动挠度弯曲，需要在真空条件下做额定转速动平衡，如果过临界转速的振动峰值不可接受时，先进行各阶如果过临界转速的振动峰值不可接受时，先进行各阶“振型振型”平衡。平衡。二二 不平衡振动故障机理分析

40、不平衡振动故障机理分析 三三 轴系质量不平衡故障轴系质量不平衡故障原因原因四一四四一四网络网络分析分析 序言序言1 1对不平衡振动故障的全寿命认识过程对不平衡振动故障的全寿命认识过程 转子不平衡是转子不平衡是转子不平衡是转子不平衡是旋转机器中旋转机器中旋转机器中旋转机器中的一种的一种的一种的一种多发多发多发多发故障，故障，故障，故障，故障原因故障原因故障原因故障原因有多种因素，人们通过有多种因素，人们通过有多种因素，人们通过有多种因素，人们通过 社会实践，从不同环节总结出了很多可贵的经验社会实践，从不同环节总结出了很多可贵的经验社会实践，从不同环节总结出了很多可贵的经验社会实践，从不同环节总结

41、出了很多可贵的经验。在某系统中，。在某系统中，。在某系统中，。在某系统中，90%90%90%90%的机器是旋转的机器是旋转的机器是旋转的机器是旋转 设备，经过近设备，经过近设备，经过近设备，经过近20 20 20 20 年来的不断探索、疏理，对该系统不平衡故障的原因有了较清晰年来的不断探索、疏理，对该系统不平衡故障的原因有了较清晰年来的不断探索、疏理，对该系统不平衡故障的原因有了较清晰年来的不断探索、疏理，对该系统不平衡故障的原因有了较清晰 的认识。的认识。的认识。的认识。在上个世纪的在上个世纪的在上个世纪的在上个世纪的8 8 8 80 0 0 0年代，可以说对年代，可以说对年代，可以说对年代

42、可以说对某系统某系统某系统某系统机械设备不平衡振动故障的认识还非机械设备不平衡振动故障的认识还非机械设备不平衡振动故障的认识还非机械设备不平衡振动故障的认识还非 常有限，致使不少设备的振动故障处理走了弯路。如常有限，致使不少设备的振动故障处理走了弯路。如常有限，致使不少设备的振动故障处理走了弯路。如常有限，致使不少设备的振动故障处理走了弯路。如3 3 3 3号工程的号工程的号工程的号工程的1 1 1 1号汽轮发电机组号汽轮发电机组号汽轮发电机组号汽轮发电机组 振动故障，发电机振动故障，发电机振动故障，发电机振动故障，发电机的的的的最大振动位移超过最大振动位移超过最大振动位移超过最大振动位移超

43、过300um300um300um300um；励磁机的强迫振动响应已经达到励磁机的强迫振动响应已经达到励磁机的强迫振动响应已经达到励磁机的强迫振动响应已经达到 28mm/s28mm/s28mm/s28mm/s、500500500500 umumumum。由于缺乏专业知识，人们还企图从轴瓦间隙、轴系对中质量等。由于缺乏专业知识，人们还企图从轴瓦间隙、轴系对中质量等。由于缺乏专业知识，人们还企图从轴瓦间隙、轴系对中质量等。由于缺乏专业知识，人们还企图从轴瓦间隙、轴系对中质量等 方面找到故障原因。直到方面找到故障原因。直到方面找到故障原因。直到方面找到故障原因。直到90909090年代，随着对年代，随

44、着对年代，随着对年代，随着对故障诊断故障诊断故障诊断故障诊断技术的了解，才逐渐认识到什技术的了解，才逐渐认识到什技术的了解，才逐渐认识到什技术的了解，才逐渐认识到什 么是转子不平衡振动故障和故障发生的机理。并且初步分析发现，机械设备不平么是转子不平衡振动故障和故障发生的机理。并且初步分析发现，机械设备不平么是转子不平衡振动故障和故障发生的机理。并且初步分析发现，机械设备不平么是转子不平衡振动故障和故障发生的机理。并且初步分析发现，机械设备不平 衡振动故障的衡振动故障的衡振动故障的衡振动故障的原因，原因，原因，原因，贯穿到了贯穿到了贯穿到了贯穿到了设备的设备的设备的设备的建造、运行建造、运行建造

45、运行建造、运行和和和和维修的全部维修的全部维修的全部维修的全部寿命寿命寿命寿命过程中过程中过程中过程中。伴随伴随伴随伴随设备设备设备设备的的的的老化老化老化老化，故障率高的问题故障率高的问题故障率高的问题故障率高的问题将会将会将会将会十分突出，十分突出，十分突出，十分突出，认真认真认真认真总结机械设备的故障总结机械设备的故障总结机械设备的故障总结机械设备的故障 规律和故障原因，规律和故障原因，规律和故障原因，规律和故障原因，找到解决问题的技术措施，找到解决问题的技术措施，找到解决问题的技术措施，找到解决问题的技术措施，有效降低不平衡振动故障率，已经有效降低不平衡振动故障率，已经有效降低不平衡

46、振动故障率，已经有效降低不平衡振动故障率，已经 成为机械设备维修工程中需要解决的重点成为机械设备维修工程中需要解决的重点成为机械设备维修工程中需要解决的重点成为机械设备维修工程中需要解决的重点、难点问题。难点问题。难点问题。难点问题。三三 轴系质量不平衡故障轴系质量不平衡故障原因原因四一四四一四网络网络分析分析 序言序言序言序言2 2 2 2 机械设备不平衡故障机械设备不平衡故障机械设备不平衡故障机械设备不平衡故障四一四四一四四一四四一四分析网络设计分析网络设计分析网络设计分析网络设计从目前疏理情况看，设备不平衡振动故障率高的原因从目前疏理情况看，设备不平衡振动故障率高的原因从目前疏理情况看，

47、设备不平衡振动故障率高的原因从目前疏理情况看，设备不平衡振动故障率高的原因与以下四个方面、十四个环节有密切关系与以下四个方面、十四个环节有密切关系与以下四个方面、十四个环节有密切关系与以下四个方面、十四个环节有密切关系设备建造设备建造设备建造设备建造维修与装配维修与装配维修与装配维修与装配动平衡操作动平衡操作动平衡操作动平衡操作运行与管理运行与管理运行与管理运行与管理单单单单元元元元设设设设备备备备动动动动平平平平衡衡衡衡不不不不合合合合格格格格组组组组合合合合轴轴轴轴系系系系残残残残留留留留质质质质量量量量累累累累计计计计超超超超标标标标 存存存存在在在在部部部部件件件件装装装装配配配配间间

48、间间隙隙隙隙 工工工工件件件件的的的的技技技技术术术术状状状状况况况况不不不不满满满满足足足足规规规规范范范范标标标标要要要要求求求求 轴轴轴轴系系系系连连连连接接接接部部部部位位位位发发发发生生生生周周周周向向向向相相相相对对对对位位位位移移移移变变变变化化化化 大大大大叶叶叶叶轮轮轮轮组组组组合合合合部部部部件件件件制制制制约约约约影影影影响响响响工工工工件件件件的的的的动动动动平平平平衡衡衡衡方方方方法法法法错错错错误误误误 轴轴轴轴系系系系部部部部件件件件焊焊焊焊接接接接维维维维修修修修的的的的影影影影响响响响 选选选选择择择择的的的的平平平平衡衡衡衡品品品品质质质质等等等等级级级级低

49、低低低 轴轴轴轴颈颈颈颈键键键键配配配配置置置置不不不不当当当当平平平平衡衡衡衡方方方方法法法法、去去去去重重重重部部部部位位位位错错错错误误误误 转转转转子子子子部部部部件件件件缺缺缺缺失失失失 耦耦耦耦合合合合、匹匹匹匹配配配配间间间间隙隙隙隙异异异异常常常常 汽汽汽汽轮轮轮轮发发发发电电电电机机机机转转转转子子子子弯弯弯弯曲曲曲曲 三三 轴系质量不平衡故障轴系质量不平衡故障原因原因四一四四一四网络网络分析分析 1 1 设备在建造环节中出现的质量问题设备在建造环节中出现的质量问题A A 单元设备动单元设备动单元设备动单元设备动 平衡不合格平衡不合格平衡不合格平衡不合格 平衡方法、工艺不对平

50、衡方法、工艺不对 执行的执行的动平衡动平衡和振动和振动评价评价标准低标准低 主要问题是转子上的单元部件分别平衡，主要问题是转子上的单元部件分别平衡，尤其多叶翅设备，在新系统的尤其多叶翅设备，在新系统的1010台不平衡设备中，有台不平衡设备中，有8 8台是风机！台是风机！多数行业以多数行业以G6.3G6.3为标准为标准;V;Vrms6.0mm/sB B 组合轴系中残组合轴系中残组合轴系中残组合轴系中残 留留留留不平衡质量不平衡质量不平衡质量不平衡质量 累计超标累计超标累计超标累计超标 C C 轴系存在轴系存在轴系存在轴系存在装配装配装配装配 间隙间隙间隙间隙或不对中或不对中或不对中或不对中 单转