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 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（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 “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，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 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）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 960um960um 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 2m2m2m2m2 = = = = 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 0x 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 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。G2.5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，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、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，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 单转子动平衡后总是存在一定的剩余质量，在多转子组合成为单转子动平衡后总是存在一定的剩余质量，在多转子组合成为一个轴系后，这种剩余质量既会相互抵消也会正向叠加，或许一个轴系后，这种剩余质量既会相互抵消也会正向叠加，或许会形成新的不平衡会形成新的不平衡“力偶距力偶距”，进而激励起轴系的不平衡振动。，进而激励起轴系的不平衡振动。当轴系存在不对中特别是平行不对中状况时，联轴器的不对中偏移量当轴系存在不对中特别是平行不对中状况时，联轴器的不对中偏移量就会折射、等效为轴系的不平衡质量，从而产生或者增大不平衡振动就会折射、等效为轴系的不平衡质量，从而产生或者增大不平衡振动当轴系部件存在装配间隙时（如轴承游隙当轴系部件存在装配间隙时（如轴承游隙/ /耦合间隙大、松动等），就耦合间隙大、松动等），就会发生转频振动，如不能及时消除隐患，会导致轴系弯曲；会发生转频振动，如不能及时消除隐患，会导致轴系弯曲； 三三三三 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 2 2 2 2 设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题A A A A 工件的动平工件的动平工件的动平工件的动平 衡方法错误衡方法错误衡方法错误衡方法错误 B B B B 工件的技术状工件的技术状工件的技术状工件的技术状 况不满足规范况不满足规范况不满足规范况不满足规范 标准要求标准要求标准要求标准要求 理论分析和实践经验告诉我们，一般情况下，都要把泵组的电机转子和泵轴视为一个理论分析和实践经验告诉我们，一般情况下，都要把泵组的电机转子和泵轴视为一个“整体整体”进进行整轴系动平衡，只有在经过严谨的振动分析并确认有较大把握的情况下，才可做分体动平衡。行整轴系动平衡，只有在经过严谨的振动分析并确认有较大把握的情况下，才可做分体动平衡。 52DSB电机泵轴系结构图 总重65KG （图比例：1：10)295267985: 185G: 65KG 52DSB电机泵轴系结构图 总重65KG （图比例：1：10)2952679857311: 185G: 65KG多宗轴系动平衡不合格的根本原因是多宗轴系动平衡不合格的根本原因是联轴器磨损，对中状况不符合规范要联轴器磨损，对中状况不符合规范要求以及轴系跳动超标等，其动平衡结求以及轴系跳动超标等，其动平衡结果必然满足不了运行要求果必然满足不了运行要求 0.030.05 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 2 2 2 2 设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题C C 轴系轴系轴系轴系连接部位连接部位连接部位连接部位 发生发生发生发生相对相对相对相对周向周向周向周向 位移变化位移变化位移变化位移变化 作为一项维修工艺原则：作为一项维修工艺原则：工件平衡前、后工件平衡前、后，轴系之间，轴系之间的的连接位置必须是固定的，连接位置必须是固定的，不论是刚性联轴器连接还不论是刚性联轴器连接还是弹性联轴器连接，是弹性联轴器连接，这是保证这是保证整体轴系整体轴系平衡质量的基平衡质量的基本要求。本要求。一般做法：要对联轴器作标记一般做法：要对联轴器作标记 主凝水泵结构示意图451号主凝水泵为2轴系、柱销弹性联轴器连接、两级电动离心泵，如图210所示。因故更换电机后，电机上端转频振动位移40um，逐对泵组进行现场动平衡调整，在电机风扇部位做单面动平衡校正，加重24g930，电机上端转频振幅减小到7um。 因检修泵轴封，电机作整体移位，复装后，电机同一部位的转频振幅由7 7um飙升到127127um。做现场动平衡调整，补偿重量81g19581g1950 0，转频振幅减小到4um。轴系发生的不平衡变化，就是因为半联轴器之间的周向相对位置变更造成的。 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 2 2 2 2 设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题D D 轴系轴系轴系轴系大叶轮组合部大叶轮组合部大叶轮组合部大叶轮组合部 件件件件出舱出舱出舱出舱制制制制约的影响约的影响约的影响约的影响刚性刚性刚性刚性转子转子转子转子是一个线性部件，是一个线性部件，是一个线性部件，是一个线性部件，旋转产生的不平旋转产生的不平旋转产生的不平旋转产生的不平衡，是所有组合件不平衡响应的衡，是所有组合件不平衡响应的衡，是所有组合件不平衡响应的衡，是所有组合件不平衡响应的矢量矢量矢量矢量叠加叠加叠加叠加， 在在GB /T9239.1GB /T9239.120062006（ISO1940ISO19401 1：20032003） 恒态（刚性）转子平衡品质要求恒态（刚性）转子平衡品质要求 第一部分：第一部分： 规范与平衡允差的检验规范与平衡允差的检验 标准中指出标准中指出：对组装转子，处理转子中所有不平衡量和对组装转子，处理转子中所有不平衡量和对组装转子，处理转子中所有不平衡量和对组装转子，处理转子中所有不平衡量和每一工序相关的装配间隙的最好方法是将每一工序相关的装配间隙的最好方法是将每一工序相关的装配间隙的最好方法是将每一工序相关的装配间隙的最好方法是将转子作为一个转子作为一个转子作为一个转子作为一个整整整整体体体体来平衡来平衡来平衡来平衡。 在计划修理任务中，在计划修理任务中，在计划修理任务中，在计划修理任务中，7070% % % %的的的的主变流机组主变流机组主变流机组主变流机组存在修后不平衡振动，原因就是在转子部件存在修后不平衡振动，原因就是在转子部件存在修后不平衡振动，原因就是在转子部件存在修后不平衡振动，原因就是在转子部件重新组合后又改变了轴系的平衡质量分布。重新组合后又改变了轴系的平衡质量分布。重新组合后又改变了轴系的平衡质量分布。重新组合后又改变了轴系的平衡质量分布。1712130 直流机转子 重850KG 820图2-12 主变流机组直流机转子结构示意图14 励磁机 交流机 220KW122434445464图2-11 主变流机组基本结构与振动测量布置示意图 直流机 220KW875 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 2 2 2 2 设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题设备在维修环节中出现的质量问题 E E E E 轴系或轴系部件焊接维修轴系或轴系部件焊接维修轴系或轴系部件焊接维修轴系或轴系部件焊接维修的的的的影响影响影响影响 5U190-4J02-H-81/L355Kw/3000r/min 6.56.58.28.2mm/s ; 45 ; 45 5151mu 7.07.0mm/s ; 63 ; 63um4.5cm疲劳裂缝部位 案例一：案例一：案例一：案例一：20042004年年3#3#系统系统2#2#主滑油泵振动异常，故障特征为主滑油泵振动异常，故障特征为 振动值大小变化；振动值大小变化； 50Hz50Hz、100Hz100Hz谱峰交替变化。谱峰交替变化。 现场检查，轴系不存在异常晃动间隙。现场检查，轴系不存在异常晃动间隙。故障诊断故障诊断: : 联轴器不良；轴系对中不好。联轴器不良；轴系对中不好。维修建议：维修建议：检查、检修联轴器，轴系找对中检查、检修联轴器，轴系找对中。检检 查：查：螺杆泵轴颈侧半联轴器的一个虎爪螺杆泵轴颈侧半联轴器的一个虎爪 根部有长度约为根部有长度约为4.54.5cm的裂纹裂纹。mm/s500Hz100200300400处处 理：理：承修单位对部件裂纹焊接后复装。承修单位对部件裂纹焊接后复装。复复 测：测：振幅不稳定特征消失；呈不平衡特征。振幅不稳定特征消失；呈不平衡特征。技技 措：措：更换联轴器，设备恢复良好状态。更换联轴器，设备恢复良好状态。结结 论：论：裂纹导致动刚度发生变化和非线性振动；裂纹导致动刚度发生变化和非线性振动； 部件焊缝影响到轴系的平衡状态。部件焊缝影响到轴系的平衡状态。 1.41.4mm/s ; 10 ; 10um 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 2 2 2 2 设备在维修过程中出现的质量问题设备在维修过程中出现的质量问题设备在维修过程中出现的质量问题设备在维修过程中出现的质量问题 E E E E 轴系或轴系部件焊接维修的轴系或轴系部件焊接维修的轴系或轴系部件焊接维修的轴系或轴系部件焊接维修的影响影响影响影响 案例二：案例二：案例二：案例二：20022002年年6 6月月1010日，日，3 3号系统号系统4 4号海水泵运号海水泵运行中有风哨声，经检查，电机风轮一个行中有风哨声，经检查，电机风轮一个叶翅的外端开裂，裂缝约叶翅的外端开裂，裂缝约3cm,3cm,随后对裂随后对裂缝进行铝焊，电机的不平衡振动增大：缝进行铝焊，电机的不平衡振动增大： 焊接前：焊接前：V=2.0mm/s D=18um;V=2.0mm/s D=18um; 焊接后：焊接后：V=6.0mm/s D=54umV=6.0mm/s D=54um 故障处理故障处理 电机转子出舱做动平衡。电机转子出舱做动平衡。上端：上端：40g36040g3600 0 1.5g 120 1.5g 1200 0 下端：下端： 6g3456g3450 0 2.0g 20 2.0g 200 0 电机复装后振动值：电机复装后振动值： V=1.0V=1.0mm/s D=9 D=9um 讨论：讨论： 案例案例1 1： r，但，但m（钢材焊接）, F 案例案例2 2： m(铝材焊接），但，但rr, F F=Me2=mr2 案例案例案例案例1 1 1 1、2 2 2 2：轴系部件实施焊接维修后，轴系部件实施焊接维修后，轴系部件实施焊接维修后，轴系部件实施焊接维修后， 必然会影响到轴系的平衡状态，因此，必须必然会影响到轴系的平衡状态，因此，必须必然会影响到轴系的平衡状态，因此，必须必然会影响到轴系的平衡状态，因此，必须 对组合对组合对组合对组合 了焊接部件的轴系进行动平衡处理。了焊接部件的轴系进行动平衡处理。了焊接部件的轴系进行动平衡处理。了焊接部件的轴系进行动平衡处理。 F m、r 34 34 34 34海水泵裂缝铝焊部位海水泵裂缝铝焊部位海水泵裂缝铝焊部位海水泵裂缝铝焊部位2002200220022002年年年年6 6 6 6月月月月10101010日日日日转子做台架动平衡质量调整部位转子做台架动平衡质量调整部位转子做台架动平衡质量调整部位转子做台架动平衡质量调整部位 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 3 3 3 3 设备在设备在设备在设备在平衡操作平衡操作平衡操作平衡操作过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题 B B B B 轴颈键配置不当轴颈键配置不当轴颈键配置不当轴颈键配置不当 这种情况多发生在由传动轴拖动的动平衡机上，在实施工件平衡时，对轴这种情况多发生在由传动轴拖动的动平衡机上，在实施工件平衡时，对轴这种情况多发生在由传动轴拖动的动平衡机上，在实施工件平衡时，对轴这种情况多发生在由传动轴拖动的动平衡机上，在实施工件平衡时，对轴颈配合键进行了过补偿或浅补偿，在设备复装后，工件的平衡力系又发生变化，颈配合键进行了过补偿或浅补偿，在设备复装后，工件的平衡力系又发生变化，颈配合键进行了过补偿或浅补偿，在设备复装后，工件的平衡力系又发生变化，颈配合键进行了过补偿或浅补偿，在设备复装后，工件的平衡力系又发生变化，这完全是因为操作这完全是因为操作这完全是因为操作这完全是因为操作过程过程过程过程不严谨造成的。不严谨造成的。不严谨造成的。不严谨造成的。1 不平衡测量分析系统2 万向节电机拖动系统5 可移动支承摆架6 平衡部件7 传感器3 万向联轴节234565121g35050g1550AB878 光电式相位传感器动平衡机基本结构及其检测平衡模式4 拖动电机以螺栓代替轴颈配合键，存在不良匹配以螺栓代替轴颈配合键，存在不良匹配 =195 G=405050 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部位 / 方向HA A V Dm/s2 m/s2 mm/s um电机上端 0 9 2.7 460 9 2.7 46电机下端 1 7 2.4 382.4 38泵体下端 0 6 2.0 37 3 3 3 3 设备在设备在设备在设备在平衡操作平衡操作平衡操作平衡操作过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题轴颈键配置不当轴颈键配置不当轴颈键配置不当轴颈键配置不当实例实例实例实例部位 / 方向 HA A V Dm/s2 m/s2 mm/s um电机上端 0 10 0 10 3.9 9 70 70 下负荷端 1 6 3.4 613.4 61 泵体下端 0 8 3.2 60602009052620090804 联轴器端 风扇端平衡前： 12.5g1740 7.0g10平衡后： 1.8g2661.8g2660 2.6g300 联轴器端 风扇端复 测： 7.35g617.35g610 0 3.6g3180 平衡后： 1.5g3410 2.5g3460螺栓质量33g =195 G=4050503.631807.35610AB32调节油泵基本结构1500r/min 30 30KW配键重65g 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 3 3 3 3 设备在设备在设备在设备在平衡操作平衡操作平衡操作平衡操作过程中出现的问题过程中出现的问题过程中出现的问题过程中出现的问题 C C C C 平衡方法、部位错误平衡方法、部位错误平衡方法、部位错误平衡方法、部位错误 某些某些某些某些泵组泵组泵组泵组平衡时，平衡时，平衡时，平衡时，不是对轴系做整体平衡，而只对在轴申端不是对轴系做整体平衡，而只对在轴申端不是对轴系做整体平衡，而只对在轴申端不是对轴系做整体平衡，而只对在轴申端安装了半联轴器安装了半联轴器安装了半联轴器安装了半联轴器的电机转子实施平衡；并且的电机转子实施平衡；并且的电机转子实施平衡；并且的电机转子实施平衡；并且在在在在不允许不允许不允许不允许进行进行进行进行平衡质量操作的转子组合部件上作平衡质量操作的转子组合部件上作平衡质量操作的转子组合部件上作平衡质量操作的转子组合部件上作了错了错了错了错误的去重操作，误的去重操作，误的去重操作，误的去重操作，不仅损不仅损不仅损不仅损坏了坏了坏了坏了转子转子转子转子部件部件部件部件的基本功能，也破坏了的基本功能，也破坏了的基本功能，也破坏了的基本功能，也破坏了轴系的平衡状况。轴系的平衡状况。轴系的平衡状况。轴系的平衡状况。291 机械密封380 31FHB-电机轴系重100KG图比例：1：101150阿r1=r2=80mm=210G=100方法错误方法错误方法错误方法错误破坏了轴系平衡的整体性破坏了轴系平衡的整体性破坏了轴系平衡的整体性破坏了轴系平衡的整体性去重部位错误去重部位错误去重部位错误去重部位错误损坏了轴系部件功能损坏了轴系部件功能损坏了轴系部件功能损坏了轴系部件功能轴系平衡状况又改变轴系平衡状况又改变轴系平衡状况又改变轴系平衡状况又改变 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 3 3 3 3 设备在设备在设备在设备在运行管理运行管理运行管理运行管理过程中出现的问题过程中出现的问题过程中出现的问题过程中出现的问题 A A A A 转子部件缺失转子部件缺失转子部件缺失转子部件缺失 设备在运行过程中出现部件缺失的情况多发生在设备在运行过程中出现部件缺失的情况多发生在设备在运行过程中出现部件缺失的情况多发生在设备在运行过程中出现部件缺失的情况多发生在09T09T09T09T通风系统中的通风系统中的通风系统中的通风系统中的“ “多叶翅多叶翅多叶翅多叶翅” ”的风机设备中，先是的风机设备中，先是的风机设备中，先是的风机设备中，先是由由由由风轮的个别风轮的个别风轮的个别风轮的个别“ “叶翅叶翅叶翅叶翅” ”松动松动松动松动开始开始开始开始，伴随设备的运行时间增加而伴随设备的运行时间增加而伴随设备的运行时间增加而伴随设备的运行时间增加而逐渐逐渐逐渐逐渐加重，最后加重，最后加重，最后加重，最后演变成演变成演变成演变成脱落、脱落、脱落、脱落、打碰、缺失情况发生。打碰、缺失情况发生。打碰、缺失情况发生。打碰、缺失情况发生。 这种情况先后在排气风机、空调风机、其它风机中多次发生。这种情况先后在排气风机、空调风机、其它风机中多次发生。这种情况先后在排气风机、空调风机、其它风机中多次发生。这种情况先后在排气风机、空调风机、其它风机中多次发生。 410mm 41kg 156210mm700mm 52风机轴系结构图 比例1：10一根支撑筋脱落; 4个小风叶断裂6号系统空调风机基本结构与测点布置示意图2 21 1：V=28mm/S;D=298um 日期：2003年5月电机后端外侧减震器损坏 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 3 3 3 3 设备在设备在设备在设备在运行管理运行管理运行管理运行管理过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题 B B B B 异常耦合、匹配间隙异常耦合、匹配间隙异常耦合、匹配间隙异常耦合、匹配间隙1 1 1 1 轴系中存在的轴系中存在的轴系中存在的轴系中存在的异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合间隙增大等异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合间隙增大等异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合间隙增大等异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合间隙增大等多项不良因素，都可激励起转频振动多项不良因素，都可激励起转频振动多项不良因素，都可激励起转频振动多项不良因素，都可激励起转频振动。 电机后端外侧电机后端外侧减震器损坏减震器损坏 泵组泵组泵组泵组的轴系的轴系的轴系的轴系风轮配合松动风轮配合松动风轮配合松动风轮配合松动 即电机的即电机的即电机的即电机的转子转子转子转子风轮轮毂与风轮轮毂与风轮轮毂与风轮轮毂与轴颈之间不是用键配合，而是轴颈之间不是用键配合，而是轴颈之间不是用键配合，而是轴颈之间不是用键配合，而是采用螺栓咬紧颈箍的方式，运采用螺栓咬紧颈箍的方式，运采用螺栓咬紧颈箍的方式，运采用螺栓咬紧颈箍的方式，运行中行中行中行中经常经常经常经常造成松动移位，使轴造成松动移位，使轴造成松动移位，使轴造成松动移位，使轴系平衡状发生变化系平衡状发生变化系平衡状发生变化系平衡状发生变化。该类型故该类型故该类型故该类型故障多发生在障多发生在障多发生在障多发生在10kw10kw10kw10kw以下的液体泵以下的液体泵以下的液体泵以下的液体泵设备上，如设备上，如设备上，如设备上，如一代一代一代一代XTXTXTXT的副凝水的副凝水的副凝水的副凝水泵，泵，泵，泵，这这这这是设计缺陷是设计缺陷是设计缺陷是设计缺陷 ，但完全可但完全可但完全可但完全可以通过技术改造消除。以通过技术改造消除。以通过技术改造消除。以通过技术改造消除。1E-220型减震器2只E-120型减震器1只2320022002年年9 9月月1010日，日，3 3号号XT1XT1号副凝号副凝水泵，电机转子动平衡复装后，水泵，电机转子动平衡复装后，1 1端振动值端振动值V=1.8V=1.8mm/s、D=34D=34um，在合格范围内。出海运行在合格范围内。出海运行1010天，天，1 1端端V=5.2V=5.2mm/s、D=96D=96um 疑转子部件松动、移位疑转子部件松动、移位 风轮顺时针调整风轮顺时针调整120120度：度： V=1.1V=1.1mm/s、D=18D=18um 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 3 3 3 3 设备在设备在设备在设备在运行管理运行管理运行管理运行管理过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题 B B B B 异常耦合、匹配间隙异常耦合、匹配间隙异常耦合、匹配间隙异常耦合、匹配间隙2 2 2 2 轴系中存在的轴系中存在的轴系中存在的轴系中存在的异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合间隙增大等异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合间隙增大等异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合间隙增大等异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合间隙增大等多项不良因素，都可激励起转频振动多项不良因素，都可激励起转频振动多项不良因素，都可激励起转频振动多项不良因素，都可激励起转频振动。 风机群小叶轮配合松动风机群小叶轮配合松动风机群小叶轮配合松动风机群小叶轮配合松动 风机转子自由端的小叶轮风机转子自由端的小叶轮风机转子自由端的小叶轮风机转子自由端的小叶轮与转子轴颈的配合方式也是采与转子轴颈的配合方式也是采与转子轴颈的配合方式也是采与转子轴颈的配合方式也是采用螺栓咬紧轮箍的形式，伴随用螺栓咬紧轮箍的形式，伴随用螺栓咬紧轮箍的形式，伴随用螺栓咬紧轮箍的形式，伴随运行时间增加和受启、停设备运行时间增加和受启、停设备运行时间增加和受启、停设备运行时间增加和受启、停设备的惯性力影响，会产生配合松的惯性力影响，会产生配合松的惯性力影响，会产生配合松的惯性力影响，会产生配合松动，破坏转子的平衡状态。动，破坏转子的平衡状态。动，破坏转子的平衡状态。动，破坏转子的平衡状态。此此此此外，在维修装配时也容易发生外，在维修装配时也容易发生外，在维修装配时也容易发生外，在维修装配时也容易发生平衡位置偏移的情况。平衡位置偏移的情况。平衡位置偏移的情况。平衡位置偏移的情况。 原始振动值 ：4.1mm/s、38um ; 8.6mm/s、96um 小风叶移90度 ：4.1mm/s、39um ; 8.2mm/s、77um 小风叶移180度 ：2.5mm/s、23um ; 0.2mm/s、 8um 2006 2006年年7 7 月月2020日，日，6 6号号XTDC3XTDC3号空调风机振动号空调风机振动增大，经过两次对小风叶转动移位，实施现场动平增大，经过两次对小风叶转动移位，实施现场动平衡调整，振动值恢复到良好状态。衡调整，振动值恢复到良好状态。 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 3 3 3 3 设备在设备在设备在设备在运行管理运行管理运行管理运行管理环节中出现的质量问题环节中出现的质量问题环节中出现的质量问题环节中出现的质量问题 B B B B 异常耦合、匹配间隙异常耦合、匹配间隙异常耦合、匹配间隙异常耦合、匹配间隙3 3 3 3 轴系中存在的轴系中存在的轴系中存在的轴系中存在的异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合异常耦合、匹配间隙包括转子部件松动、过盈不足、磨损、配合间隙增大等多项不良因素，都可激励起转频振动间隙增大等多项不良因素，都可激励起转频振动间隙增大等多项不良因素，都可激励起转频振动间隙增大等多项不良因素，都可激励起转频振动。 电机后端外侧电机后端外侧减震器损坏减震器损坏 转轴键或键槽磨损转轴键或键槽磨损转轴键或键槽磨损转轴键或键槽磨损 “ “转轴转轴转轴转轴部件部件部件部件” ”配合键或键配合键或键配合键或键配合键或键槽磨损槽磨损槽磨损槽磨损、腐蚀等原因，使得配、腐蚀等原因，使得配、腐蚀等原因，使得配、腐蚀等原因，使得配合合合合间隙增大，旋转过程中轴系间隙增大，旋转过程中轴系间隙增大，旋转过程中轴系间隙增大，旋转过程中轴系部件产生松动和位移，改变了部件产生松动和位移，改变了部件产生松动和位移，改变了部件产生松动和位移，改变了轴系的平衡状况。轴系的平衡状况。轴系的平衡状况。轴系的平衡状况。 41kg 156210mm700mm410mm因键及键槽磨损、腐蚀等原因，导致部件与轴系的配合间隙增大因键及键槽磨损、腐蚀等原因，导致部件与轴系的配合间隙增大装配后检查，叶轮不应该有松动间隙装配后检查，叶轮不应该有松动间隙 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 3 3 3 3 设备在设备在设备在设备在运行管理运行管理运行管理运行管理过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题过程中出现的质量问题C C C C 电机转子弯曲电机转子弯曲电机转子弯曲电机转子弯曲 因转子弯曲而产生激烈不平衡振动因转子弯曲而产生激烈不平衡振动因转子弯曲而产生激烈不平衡振动因转子弯曲而产生激烈不平衡振动的情况基本都发生在汽轮发电机组发电的情况基本都发生在汽轮发电机组发电的情况基本都发生在汽轮发电机组发电的情况基本都发生在汽轮发电机组发电机轴系上，一代机轴系上，一代机轴系上，一代机轴系上，一代系统系统系统系统汽轮发电机组几乎汽轮发电机组几乎汽轮发电机组几乎汽轮发电机组几乎都发生并且有的机组多次发生了同类故都发生并且有的机组多次发生了同类故都发生并且有的机组多次发生了同类故都发生并且有的机组多次发生了同类故障。对轴系不平衡量作校正时，都是在障。对轴系不平衡量作校正时，都是在障。对轴系不平衡量作校正时，都是在障。对轴系不平衡量作校正时，都是在转子两端的同相位处补偿同样的重量。转子两端的同相位处补偿同样的重量。转子两端的同相位处补偿同样的重量。转子两端的同相位处补偿同样的重量。这种现象说明在转子的居中部位发生了这种现象说明在转子的居中部位发生了这种现象说明在转子的居中部位发生了这种现象说明在转子的居中部位发生了弯曲，旋转心（弯曲，旋转心（弯曲，旋转心（弯曲，旋转心（0 0 0 00 0 0 0）与质量中心之间）与质量中心之间）与质量中心之间）与质量中心之间不仅存在着偏心距不仅存在着偏心距不仅存在着偏心距不仅存在着偏心距 e e e e，还出现了，还出现了，还出现了，还出现了挠挠挠挠曲位曲位曲位曲位移移移移，由此产生，由此产生，由此产生，由此产生的的的的旋转离心力旋转离心力旋转离心力旋转离心力为为为为 F=M(F=M(F=M(F=M(e e e e+ + + +) ) ) )2 2 2 2这是一种不平衡强迫振动。发电机转子这是一种不平衡强迫振动。发电机转子这是一种不平衡强迫振动。发电机转子这是一种不平衡强迫振动。发电机转子弯曲的运动力学模型如图所弯曲的运动力学模型如图所弯曲的运动力学模型如图所弯曲的运动力学模型如图所示示示示mm1m2 发电机转子弯曲运动力学模型00M:M:3700kg2700 mm运行运行t停机时间停机时间 T运行运行发电机运行模式发电机运行模式矩形脉冲模式矩形脉冲模式 汽轮发电机组的运行管理存在可探讨的问题汽轮发电机组的运行管理存在可探讨的问题汽轮发电机组的运行管理存在可探讨的问题汽轮发电机组的运行管理存在可探讨的问题停机时间停机时间 T 运行运行t p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 3 3 3 3 设备在设备在设备在设备在运行管理运行管理运行管理运行管理过程中出现的问题过程中出现的问题过程中出现的问题过程中出现的问题 A V D m/s2 mm/s m 8.0 16 296 210 mm360 mm720 mm 泵叶轮端面轴向摆动1.2mm 轴颈径跳100um r 160mm220g2950 r 80mm240g2950轴系弯曲案例轴系弯曲案例轴系弯曲案例轴系弯曲案例2 220032003年年年年9 9月月月月5 5日，日，日，日，6 6号系统污凝水泵。号系统污凝水泵。号系统污凝水泵。号系统污凝水泵。振动特点：振动特点：振动特点：振动特点：振动幅值大小变化；抖动。振动幅值大小变化；抖动。振动幅值大小变化；抖动。振动幅值大小变化；抖动。25Hz25Hz转频激励转频激励转频激励转频激励; ;轴系特点：轴系特点：轴系特点：轴系特点：轴系长；泵的离心叶轮直径大。轴系长；泵的离心叶轮直径大。轴系长；泵的离心叶轮直径大。轴系长；泵的离心叶轮直径大。故障检查故障检查故障检查故障检查：轴系弯曲，离心叶轮作弓形回转轴系弯曲，离心叶轮作弓形回转轴系弯曲，离心叶轮作弓形回转轴系弯曲，离心叶轮作弓形回转结论：结论：结论：结论：对大叶轮、长轴系的维修，要严格质量控制对大叶轮、长轴系的维修，要严格质量控制对大叶轮、长轴系的维修，要严格质量控制对大叶轮、长轴系的维修，要严格质量控制500Hz25Hz 209m 7.0 7.1 131 JO2-42-4H 1500rpm 5.5KW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 小结小结小结小结动平衡故障处理应把握的几个问题动平衡故障处理应把握的几个问题动平衡故障处理应把握的几个问题动平衡故障处理应把握的几个问题 轴系组合部件要装配齐全轴系组合部件要装配齐全轴系组合部件要装配齐全轴系组合部件要装配齐全携带联轴器做（单端携带联轴器做（单端/两端）动平衡，装配完整，无遗漏两端）动平衡，装配完整，无遗漏不携带联轴器（单端不携带联轴器（单端/两端）动平衡，要对半键质量补偿两端）动平衡，要对半键质量补偿 L 520 500 转子重 660 KG802001400mm770mm 刚性联轴器连接的转子，多数情况下做刚性联轴器连接的转子，多数情况下做刚性联轴器连接的转子，多数情况下做刚性联轴器连接的转子，多数情况下做整轴系整轴系整轴系整轴系动平衡，且满足动平衡，且满足动平衡，且满足动平衡，且满足无法同步平衡的转子组合件，会影响组合后的平衡状态，无法同步平衡的转子组合件，会影响组合后的平衡状态，对中良好对中良好轴径跳动轴径跳动0.03三三 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 小结小结小结小结动平衡故障处理应把握的几个问题动平衡故障处理应把握的几个问题动平衡故障处理应把握的几个问题动平衡故障处理应把握的几个问题 轴系的去重部位要规范轴系的去重部位要规范轴系的去重部位要规范轴系的去重部位要规范一般把跨外不平衡量折算到跨内处理；一般把跨外不平衡量折算到跨内处理；在有关功能部件和功能部位上不允许作去重操作在有关功能部件和功能部位上不允许作去重操作平衡质量可补偿部位平衡质量可补偿部位380 31FHB-电机轴系重100KG图比例：1：101150阿r1=r2=80mm=210G=100291 机械密封不允许去重部位不允许去重部位 多支承组合轴系存在的不平衡问题只能在可操作的条件下做现场动平衡多支承组合轴系存在的不平衡问题只能在可操作的条件下做现场动平衡多支承组合轴系存在的不平衡问题只能在可操作的条件下做现场动平衡多支承组合轴系存在的不平衡问题只能在可操作的条件下做现场动平衡谢谢谢谢