現場動平衡技術在生產中的應用
現場動平衡技術在生產中的應用
現場動平衡技術是運用專業的儀器和技術以及豐富的實踐經驗，可以準確查找轉子的不平衡量和不平衡相位,并加以校正以消除其不平衡量,使其在旋轉時,不致產生不平衡離心力的平衡工藝。
所謂轉子不平衡是指轉子的中心不在其幾何中心軸線上，這樣旋轉時由于離心力的作用，轉子除了自轉以外，還會以一定偏心距為半徑，以幾何中心為圓心，做公轉擺動轉子的不平衡振動是在周期性離心力干擾下產生的強迫振動，轉子每旋轉一周，離心力經過轉子或軸承上的某一測點處產生一次擾動，在該測點出就有一次振動響應，因此它的振動頻率就是轉子的轉速頻率，其主要特征表現為徑向振動大于軸向振動，且在轉子徑向測點上得到的頻譜圖，轉速頻率成分有突出的峰值。
造成轉子不平衡的主要原因：制造幾何尺寸不夠精確或質量分布不均勻；運輸或存放時引起軸彎曲、變形等；使用過程中的積灰、磨損、腐蝕或損壞等。
一．概述
自從2005年12月份設備狀態監測工作開展以來，對煉鐵廠2＃抽風機實施跟蹤監測后，發現其振動值有緩慢增長趨勢，尤其是風機的水平振動（圖1為受控模型圖），其間曾多次對葉輪進行清灰處理，振動值雖有所下降，但效果并不明顯，尤其是在4～7月之間其水平振動值有明顯增長趨勢（圖2、3、4為4～7月2＃風機周期檢測速度有效值數據及其振動趨勢圖），經進一步的檢測與分析，認為引起風機振動超標的主要原因為風機葉輪在長期的運行過程中發生嚴重磨損導致葉輪本身動平衡不良即風機轉子不平衡，故決定對其做現場動平衡校正。
二、現場動平衡校正
1.簡介
現場動平衡校正是通過加速度傳感器拾取振動信號，由測速傳感器所提供的鑒相器脈沖信號作為振動相位的參考基準，將兩組信號所測得的數據輸入數據采集儀，利用該儀器提供的現場動平衡應用軟件進行數據處理，最終得出校正結果。
2.前期工作
2006年7月27日，在2＃抽風機停機前又對其作了一次檢測以進一步確定其故障所在（圖5、圖6為動平衡前所測數據和風機水平振動頻譜）。
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設備
名稱 |
測點及方向 |
速度有效值mm/s |
位移峰峰值μm |
|||
|
上次值 |
本次值 |
上次值 |
本次值 |
|||
|
煉
鐵
2＃
抽
風
機 |
電機自由側（測點1） |
測點垂直 |
1.33 |
1.60 |
18.00 |
22.00 |
|
測點水平 |
4.13 |
5.22 |
68.00 |
85.00 |
||
|
測點軸向 |
3.03 |
3.96 |
60.00 |
66.00 |
||
|
電機負荷側（測點2） |
測點垂直 |
2.50 |
3.30 |
39.00 |
52.00 |
|
|
測點水平 |
6.51 |
7.24 |
110.00 |
122.00 |
||
|
測點軸向 |
3.20 |
3.77 |
38.00 |
49.00 |
||
|
風機負荷側（測點3） |
測點垂直 |
1.67 |
2.29 |
22.00 |
34.00 |
|
|
測點水平 |
8.20 |
9.00 |
111.00 |
133.00 |
||
|
測點軸向 |
1.83 |
2.44 |
37.00 |
41.00 |
||
|
風機自由側（測點4） |
測點垂直 |
0.43 |
0.44 |
3.00 |
3.00 |
|
|
測點水平 |
1.68 |
1.77 |
27.00 |
29.00 |
||
|
|
|
測點軸向 |
0.56 |
0.44 |
5.00 |
4.00 |
我們可以看出風機的負荷側和自由側即測點3和測點4速度和位移值均有所上升，說明風機振動有進一步增長趨勢，而從圖6的頻譜分析圖中可以看出風機振動主要以一倍轉頻為主，說明風機轉子即葉輪存在一定的不平衡量。
3.動平衡校正主要步驟（圖7為動平衡示意圖）
（1）粗算加重
停機待轉子靜止后，在風機的轉軸“S”處貼上光標紙來確定零相位，開機運行后在風機負荷側的軸承座上用加速度傳感器拾取振動信號（因為風機的負荷側最能反映風機的振動特征故采集該點的振動信號）由測速傳感器所提供的鑒相器脈沖信號作為振動相位的參考基準，將兩組信號所測得的數據輸入數據采集儀，利用該儀器提供的現場動平衡應用軟件進行數據處理，得出初始相位α＝37°，振幅為A＝5.6 um。根據風機原始振幅值、轉子重量、轉速等數據，通過公式
得出試加重量P≈238g
注：
A0－原始振幅（um）
R－加重半徑（mm）
W－轉子重量（kg）
n－風機轉速：（r/min）
（2）估算加重方位
相位反映的是振動信號高點滯后于相位信號的角度，即根據相位可找出振動高點P；由振動原理可知，不平衡力總是超前振動高點一個滯后角，故由高點P 順轉一個滯后角，即可找到不平衡所在位置Q，而Q+180°即為應加平衡配重的位置?，F振動相位α＝37°，振動高點即為-37°，取其滯后角為90°（滯后角大小的選取與轉子的材質、剛度等因數有關，同時還需要大量的實踐經驗來準確定位），可得不平衡所在的位置Q＝-37°+90°，即53°，故實際加重位置應為53°+180°，即按轉軸相位標記旋轉至233°處；停機,打開人孔，將238g試重塊點焊在233°上（即葉輪前盤棱緣處）， 蓋好人孔；開機，待轉速平穩后，在分析儀上輸入試加重量和位置，通過計算得出實際配重重量和角度，分別為260g 和245°，由于試加的重量、方位與計算值非常接近，一開機振動速度有效值便由之前的9mm/s下降為0.92mm/s，位移峰峰值由之前的133μm下降為24μm，風機負荷側水平振動頻譜中的一倍轉頻值也隨之下降，相位由原來的37°，變為343°，說明所加重量與角度已達到預期的效果，二次停機,打開人孔，直接將試重塊焊牢，蓋好人孔，正常開機運行,至此完成了2＃抽風機的現場動平衡校正。（若二次開機振動仍偏大，則可以根據當前取得數據重復步驟1、2直至達到平衡要求，因此試加重量的大小和加重方位至關重要，它有利于減少機組平衡啟停次數，縮短平衡時間，這與實踐經驗的積累分不開）
（圖9-10為動平衡之后的速度、位移值及風機負荷側水平振動頻譜圖）
|
設備
名稱 |
測點及方向 |
速度有效值mm/s |
位移峰峰值μm |
|||
|
動平衡前 |
動平衡后 |
動平衡前 |
動平衡后 |
|||
|
煉
鐵
2＃
抽
風
機 |
電機自由側（測點1） |
測點垂直 |
1.60 |
1.77 |
22.00 |
28.00 |
|
測點水平 |
5.22 |
2.91 |
85.00 |
44.00 |
||
|
測點軸向 |
3.96 |
3.47 |
56.00 |
51.00 |
||
|
電機負荷側（測點2） |
測點垂直 |
3.30 |
1.90 |
52.00 |
26.00 |
|
|
測點水平 |
7.24 |
2.69 |
122.00 |
37.00 |
||
|
測點軸向 |
3.77 |
2.37 |
49.00 |
28.00 |
||
|
風機負荷側（測點3） |
測點垂直 |
2.29 |
0.50 |
34.00 |
5.00 |
|
|
測點水平 |
9.00 |
0.92 |
133.00 |
24.00 |
||
|
測點軸向 |
2.44 |
1.15 |
41.00 |
19.00 |
||
|
風機自由側（測點4） |
測點垂直 |
0.44 |
0.43 |
3.00 |
4.00 |
|
|
測點水平 |
1.77 |
0.52 |
29.00 |
6.00 |
||
|
測點軸向 |
0.44 |
0.37 |
4.00 |
4.00 |
||
三、結束語
此次煉鐵廠2＃抽風機葉輪在線動平衡校正試驗的成功打破了傳統的維修模式，其意義在于：
1.縮短停機時間，提高生產效率
按照傳統的維修模式，風機葉輪動平衡校正需經分廠申請，裝備部審核，造價組審價等一系列手續之后再由外委單位運出去進行動平衡校正，從葉輪的拆卸到動平衡校正之后的安裝試行最快需要48小時；而利用先進的儀器和技術進行在線動平衡校正，只需2小時左右，另外在線動平衡校正不需大量的拆卸工作，只需打開風機的入孔，避免了因拆卸的大意造成機組其他組件精密度的下降。
2.降低維修費用，減少生產成本
據了解，風機葉輪外委做一次動平衡校正所需的費用（來回運輸費，動平衡校正費等）大約在3000元左右，而這還不包括葉輪拆裝所耗的人力和物力；而利用先進的儀器和技術在線做動平衡校正,不僅節省了外委動平衡校正所需的費用，而且減少了維修人員費用的支出,并為提前生產贏得了寶貴時間。
此次風機葉輪現場動平衡校正試驗的成功和設備狀態在線監測技術的積累以及大量數據的統計與分析是分不開的，故我們將繼續對在線運行的重要設備進行監控與監測，運用先進的儀器和技術對機械設備故障預報的準確性方面進行更為深入的探討和研究，確保設備的正常運行，以便更好地為生產服務。
參考文獻
《設備故障診斷》、《化學工業出版社》、《動平衡原理解析》
- 上一條專用平衡機機械系統的設計與實現
- 下一條轉子振動的原因