刚性转子动平衡转速的选择

李世针， 徐宏峰， 韩宁

（中国石油辽阳石油化纤工程有限公司，辽宁辽阳111003）

0 引 言

化工企业机组运行过程中，造成其振动超标的原因很多，为排除或降低机泵不平衡原因造成的机组运行振动超标，需要对机泵转子进行平衡校正。几百或上千台机泵转子的平衡校正费用十分巨大，为减少企业在转子全速动平衡校正费用方面的投入，本文进行了试验分析。

1 理论分析

转子在制造过程中，旋转的转子质心中线和转子的旋转中心线不可能完全重合，总会有一定的偏心量，当转子转动后会产生离心力，离心力就会引起转子的振动。当转子达到某一转速时，其扰动频率与机组固有频率（自由振动频率）相等或成比例时，机组就会产生共振，使振幅突然增大，机组发生剧烈振动。当转子偏离开这一转速数值时，振动会迅速减弱到恢复正常，使机组发生剧烈振动的转速，称为转子的临界转速。因此机组启动升速过程中需要迅速平稳地通过临界转速（加大升速率），而不应该在临界转速阶段停滞。化工装置对于机组的平稳运行无论从工艺角度还是经济角度都要求十分严格，需尽量避免瞬时波动过大造成振动超标的情况。而对于刚性转子而言，不论其实际工作转速还是平衡校正的转速，都要远远低于转子本身的临界转速，这样转子在正常运转时才能保持平稳。从这方面说，常见的化工单位的风机、水泵、电动机转子都属于刚性转子，并且是实际工作转速低于转子临界转速的刚性转子。

根据动平衡理论，转子的不平衡量和转速没有关系，不平衡量是一个绝对值，而转速只是将不平衡量转化为动载荷，平衡设备通过传感器将动载荷转变为电信号，通过放大器、滤波器等最终还原成不平衡量。转子架设在平衡机上做平衡校正时，传感器接收到旋转转子的离心力产生的信号，传感器灵敏度高就不需要放大离心力产生的不平衡信号，也就是不需要转子的转速更高。

通常情况下，在平衡机上平衡刚性（包括准刚性）转子在不同转速下差别是不大的，因为刚性转子的工作转速是低于其临界转速的，所以对于刚性转子，只要在其工作转速下任一转速下平衡校正是都能满足转子平稳工作需求的，所以在不同转速下平衡校正刚性转子的差别不大的。当然，如果是挠性转子，平衡结果就会随转速的升高而产生变化，这就需要做高速动平衡了。

转子平衡校正时转速的选择要合理，如果转速选择过高，则对平衡机而言启动功率、操作时间、润滑保养等均比低速时要求高。如果低速平衡能满足转子的使用和技术要求，则不建议用高速平衡，因此在保证精度的前提下，尽可能在低速下做平衡校正，这样对平衡机本身也是一种保护，也能延长其使用寿命。

2 实际操作

以某炼化装置一台水泵转子为例，转子位号为B1G，支撑轴颈/最大回转直径×长度为φ100 mm/φ760 mm×1620 mm，转子工作转速为970 r/min，转子类型为刚性转子，转子质量为428 kg，转子结构形式如图1所示。该转子允许水平振动数值≤4.5 mm/s，现在水平振动值为10 mm/s，该转子需要做平衡校正。平衡等级为G2.5，平衡后振动值为2.7 mm/s。

图1 转子结构简图

理论上，平衡转速的提高可以提高精度，但实际上由平衡机本身的振动特性和测量系统决定，为此必须按机器出厂时的规范选择转速。我们选择的平衡机，测量系统为激光感应器，灵敏度足够高。依据转子质量，叶轮外径和给定的转速计算数值Gn2和GD2n2均位于平衡机给定的限值范围内，选择300、500、900 r/min为测量转速分别进行平衡操作。

1）首先检查转子外观，叶轮有无裂纹，泵轴是否弯曲，叶轮与泵轴是否连接紧密，泵轴上的部件有无窜动等；根据转子结构，选择两端支撑的方法，用尺测量转子被支撑点（轴承部位）A、B之间的间距，调整平衡机支架距离与之相当；测量泵轴上A点与B点的轴颈，A点轴颈为φ100 mm，B点轴颈为φ100 mm，平衡机支架上支撑轮轴颈为φ110 mm，φ100 mm/φ110 mm在10%范围之内，支撑轮不可用，更换支撑轮尺寸为φ60 mm，使得轴颈比值在10%范围之外。用电动葫芦将转子吊到支架上，套好皮带，保证平衡机支撑轮正处于泵轴的A、B两点处，扳动气压扳手，绷紧皮带，锁紧平衡机各支撑及导轨部位；在对轮外圆合适位置粘贴好传感器荧光条。测量出A点与叶轮左侧面间距a=560 mm；B点与叶轮右侧面间距c=590 mm；叶轮厚度b=110 mm，依次将数值输入电控箱；因为工作转速970 r/min＜1800 r/min，只做静平衡即可，因此选择平衡方式为静平衡。

2）再次检查平衡机各部位是否锁紧，传感器感光良好。首先输入300 r/min转速，操作人员开始做缓慢加速，直到电控箱第一次显示出转子的不平衡量及相位（50.0 g、50°）；记录该数值，并在叶轮右侧面外圆相应位置处用记号笔标记出来。连续重新操作2次，观察数据是否稳定，得到50.2 g、49°和50.0 g、50°，由数据可确定泵轴各部件连接紧密，无窜动发生，数据基本无变化，取第一次的数值即可。停机后，重新设定转速为500 r/min，重复操作程序，依次得数为：50.1 g、49°；50.3 g、51°和50.2 g、48°。再次停机后，重新设定转速为900 r/min，重复操作程序，依次得到数据为：50.2 g、51°；50.3 g、50°和50.0 g、49°。3种转速下得到的数值基本相同。

此时根据900 r/min下得到的不平衡量进行校正，用角向磨光机直接磨削掉一定的质量，重新读数，做适当的微调，每次调整都要重新读数，直到转子的不平衡量达到许用范围合格为止。经多次调整，转子最终剩余不平衡量为2.67 g·mm，完全达到合格。

转子做完平衡校正后，由使用单位安装后，进行振动检测，水平振动数值为2.7 mm/s，完全达标。

3 结 语

刚性转子的不平衡量是一个绝对值，与转速没有关系，只要设备的传感器灵敏度高，就不需要放大离心力产生的不平衡信号，也就是不需要转子的转速更高。因此对于化工装置的刚性转子没有必要采取全速动平衡，只做低速动平衡就可以了。这样每台转子的平衡校正费用就可以节省万余元左右。