浅谈电机转子的平衡技术

上海大中型电机　浅谈电机转子的平衡技术　沈春满　上海电机厂有限公司　摘要：介绍了电机转子质量不平衡的振动特性、动平衡方法以及导致转子不平衡的各种因素。希望　对相关技术人员和工人师傅的动平衡技术的提高有所帮助。文中介绍的一次启动判断加重位置的方法　能提高挠性转子动平衡的效率和转子的平衡质量。　关键词：动平衡；临界转速；挠性转子　ｌ前言　图２中定性地显示了转子的振动规律，图中的曲线　引起电机振动的因素很多，但是在现场发生的　是表示图ｌ中某一测点（Ａ点或Ｂ点，可以是轴振，　电机振动过大的情况，有一半左右是通过转子的动　也可以是座振）的振幅与转速的关系曲线。图中曲　平衡而得到控制的－】．２］。因此提高动平衡技术及转　线０是刚性不平衡引起的振幅，曲线ｌ、２是一阶、二　子的平衡质量，对减小电机在运行中的振动、确保电　阶不平衡引起的。曲线Ａ转子上不平衡引起转子　机的安全运行有重大意义。　的振动幅值。　２电机转子的质量不平衡的振动特性及动平衡　通常的电机转子是二支承的，转子搁置在二轴　承上如图１所示。当转子旋转，转子上存在的不平　衡质量将有一个离心力作用在转子上，引起转子及　其轴承座的振动。该离心力是与转子旋转频率相同　的谐和激振力，它的幅值与转速的平方成正比。　１　２　３　４　一阶　二阶　Ａ　　Ｉ１　Ｂ　图２振幅与转速的关系曲线图　图３是我公司生产的ＪＫＺ３２００　ｋＷ电动机，在某　化工厂起动时齿轮箱端轴承座垂直方向座振的升速　波德图，图中虚线就是在升速过程中与转子旋转频　图１转子系统图　率相同的振动振幅与转速的曲线。　根据转子动力学知识［　］可知，如图ｌ所示的转　子系统，它存在一阶、二阶……Ｉ临界转速。转子上存　品　笔墨　晶　暑：：　　．钾　二一一　Ｄ…’ｘ　ＩＲＥｕＮｃｏＭＰ～ＣＴ　１ｔ。８４　．６／ｑ．　９ｒ　在的任何质量不平衡都可以将它们看作刚性不平　衡，一阶不平衡、二阶不平衡……的叠加。任何质量　不平衡引起转子的振动也是刚性不平衡，一阶不平　耋｛　衡、二阶不平衡……分别引起转子振动的叠加，振动　譬　１　频率与转子旋转频率相同。刚性不平衡引起的振动　与转速平方成正比。当转速升到一阶、二阶……临　界转速附近时，对应阶的不平衡将引起大的振动，在　图３升速波德图　一３２一　维普资讯 http://www.cqvip.com

浅谈电机转子的平衡技术　转子动平衡就是通过在转子上适当的地方加上　适当的重量使该转子在升速过程中和工作转速范围　内，由转子上残余不平衡质量引起转子的振动在期　望值以下。对于一般容量不大的电动机转子的工作　转速往往较多地低于转子的一阶临界转速，因此不　必考虑一、二阶质量不平衡对转子振动的影响。对　这种转子只需作转子的刚性平衡。一般只需在低速　平衡机（或摆架上）进行转子的平衡（即刚性的静平　衡和偶平衡）。　对于一些大型电动机和双水内冷６０　ＭＷ发电　机转子，它们的工作转速已高于（或接近）转子的一　次临界转速，因此必须考虑一阶质量不平衡对转子　振动的影响。仅在低速动平衡上校转子的刚性平衡　已不能解决该类转子上存在质量不平衡引起的振动　问题。这类转子称为挠性转子。它们必须进行挠性　转子的动平衡。下面介绍第一阶临界转速低于工作　转速的一些大型电动机和双水内冷６０　ＭＷ发电机　转子的平衡方法。　３挠性转子动平衡　３．１通常的振形平衡法　Ｊ　３．１．１平衡转速和加重平面的选择　对于工作转速高于一阶临界转速的转子作动　平衡时一般要选取二个平衡转速，一个是在第一　临界转速附近（多数取０．９　Ｋ１，ｎＫ１表示第一次临　界转速）平衡平面可取图１中的１、４平面或２、３　平面。经过下面“３．１．２”的平衡步骤使转子在该　转速下振动达标。另一个平衡转速是工作转速，　平衡平面取１、２、３、４平面，四个平面上相对加重　量和位置组合要不影响或少影响转子的一阶不平　衡。　３．１．２在每一平衡转速下，平衡操作步骤如下：　第一步：当转子升速到平衡转速后，测出电机的　最大振幅和相位。　第二步：选择合适的试加重，测取加试重后的振　幅和相位。　第三步：通过作矢量图计算出应加重量和位　置。　另外，在平衡的操作过程中应注意：相位的计量　方向迎着旋转方向看，试重是否可用的判断及相应　措施【　Ｊ见表１。　表１判断试重是否可用及相应措施表　加试重前后　幅值差＜２５％　幅值差＞２５％　相位差＜２５￣　增大／移动试重　移动试重　　ｌ相位差＞２５。　测量值可用　测量值可用　３．１．３　ＪＫＺ３２００　ｋＷ电动机转子的动平衡　２００５年１１月在某化工厂，对我公司生产的ＪＫＺ　３　２００　ｋＷ电动机转子就是按上述方法进行平衡，平　衡过程见表２。　表２现场平衡数据表　（双幅）　２　２００　ｒ／ｍｉｎ垂直座振　３　０００　ｒ／ｒａｉｎ垂直座振　启动次数　轴伸端　非轴伸端　轴伸端　非轴伸端　首次启动　７５　ｌ３５。　６ｏ　ｌ３　６ｏ　２６０￣　４８　２６０ｐ　试加重１号、４　号各加１９５　ｇ在　３６　１３８ｏ　２８　１３５ｏ　一３０￣．后启动　试加重１号、４　号各加３２５　ｇ在　１８　１３５ｏ　１５　１３５。　ｌ９　２７３ｏ　ｌ８　２６５。　３０￣，后启动　３．２实用的平衡方法　３．２．１平面转速和加重平面　对于一些电动机，由于动平衡设备和仪器的限　制，电动机起动后，转速直接升到工作转速。对这样　的一次临界转速低于（或较少地高于）工作转速的挠　性转子，我们只能选择一个平衡转速即工作转速。　加重平面也只取图１中的１、４平面。　３．２．２平衡操作步骤　同“３．１．２”。　３．２．３下面举二个实例　例１：由我公司高速电机分厂生产的型号为　ＹＫ５２００—２工号１６Ｋ４１２９转速３　０００　ｒ／ｍｉｎ高速电　机，在出厂试验中，轴伸端的振动超限。经判断是转　子不平衡引起的振动问题，校平衡过程见表３。　表３现场平衡数据表　ｍｍ／８（振速）　启动次数　３　０００　ｒｐｍ　轴伸端１号　非轴伸端４号　初始振动　４．７／２９５。　１．８　３２６￣　试加重１号加１位置５０　ｇ在９０￣　４．８／２９３。　１．８　３２６￣　，后启动　变化不明显，再加３７５　ｇ．后启动　　４．５／３２４；ｏ　２．３／３１６ｏ　通过作矢量图得７　，去掉　前试重，在１６０￣￣５２５　ｇ，　３．６　２９６￣　１．４／３３３。　后启动　再加７５　ｇ，后启动　１．９／２８４￣　０．５／３０２。　一３３—　维普资讯 http://www.cqvip.com

上海大中型电机　例２：我公司生产的型号Ｔ１２０００—４／１６５０工号　１７Ｔ４１２７７转速１　５００　ｒ／ｍｉｎ的电机，在出厂试验时测　得电机两端的振动都很大，经分析是转子不平衡引　起，校平衡过程如下表。　表４现场平衡数据表　ｍｍ／ｓ（振速）　１　５００　ｒｐｍ　启动次数　轴伸端１号　非轴伸端４号　初始振动　６．８Ｚ９７。　７．８Ｚ１０７。　试加重１号、４号各加　２２５　ｇ在一１１０￣，后启动　８．６Ｚｌ１４。　１０．１　ｌｌ７。　通过作矢量图得１２５。，去　掉前面试重，在＋１５。两端　１．８Ｚ１６７。　２．Ｏ／１８０。　各加６００　ｇ　３．３一次启动确定应加重位置　在现场用户希望作转子动平衡时启动转子的次　数越少越好。随着动平衡技术的进步，一次启动确　定应加重位置已成为可能，下面举一例子［　说明此　方法的可用性。　图４发电机转子的升速极坐标图　图４是发电机转子的升速极坐标图，从图中可　以推出，过发电ｅＬ－．次临界转速时，发电机前瓦　（３号瓦）的高点在１３５。左右，发电机后瓦（４号瓦）的　高点在３１５。左右。过临界转速时重点导前高点９０。，　决定在３号瓦处加重平面加在２２５￣，４号瓦加重平　面加在４５。，加重后效果很好，见表５。　转速　加重情况　发电机前瓦　发电机后瓦　（３号瓦）轴振　（４号瓦）轴振　３　０００　ｒｐｍ　未加重　１０３／８０￣　１３１　２６１。　３　０００　前瓦加１８０　ｇ在２２５。　ｒｐｍ　后瓦加１８０　ｇ在４５。　３６／２７９ｏ　４１　ｌ１８。　・。——３４・－——　４造成转子不平衡的各种因素　在有的情况下使用“３．２”中介绍的平衡方法，　有可能校平衡的效果不甚理想，转子的振动不能　达标。原因是我们仅对工作转速进行了平衡，其　它转速（包括转速在发电机一阶临界时）的振动大　小只能碰运气。因此用这种方法校平衡时转子的　原始不平衡不能太大。另一方面我们即使采用通　常的振形法校平衡，由于转子的限制，平衡平面的　加重也不能太大，因此也要求原始不平衡量不能　太大，为了使转子原始不平衡量不太大，故在转子　启动前充分消除造成不平衡的各种因素是很必要　的，我们将与电机转子关系比较密切的不平衡因　素　ｊ总结如下，仅供参考。　由于材质不匀，制造精度较差以及结构特点均　可造成转子的平衡问题。　由于安装不良造成偏心而导致不平衡。　由于配合松动而导致不平衡。　由于轴弯曲或轴变形（受热不匀，水平存放过　久）而导致不平衡。　由于转子运行过程中旋转零件的磨损、剥落、积　垢而导致不平衡。　由于旋转零件的断裂而导致的不平衡。　５结语　提高转子的平衡质量，减小或消除各种造成转　子不平衡的因素是很重要的。文中所介绍的平衡方　法是有效的和实用的，一次启动确定应加重位置平　衡方法的推广将提高平衡效率和精度。　参考文献　［１］郑州所．大型汽轮发电机现场动平衡［Ｒ］．１９７７．　［２］付汝辑．旋转的轴系振动监测及故障诊断技术［Ｍ］．机械电子工　业部强度与振动科技情报．１９９０．　［３］转子动力学讲义［Ｒ］．上海工业大学．１９８６．　【４ｊ上海电机厂．选频振形平衡法在大型发电机挠性转子校平衡中　的应用．上海电机工程学会优秀论文专辑［Ｄ］，１９８０．　［５］设备故障诊断技术［Ｒ］．ｊＥ京振通，２００３．　［６］邵亚声，耿文骥．汽轮发电机几个机械振动问题及处理．世博会　论文［Ｄ］，２００６．　［７］廖伯瑜．机械故障诊断［Ｍ］．冶金工业．１９９５．