炼油厂大型旋转机组动设备转子动平衡技术详解
炼化企业旋转机组不断地运转，转子可能会产生噪声与振动，这是由转子的不平衡引起的，当其超过允许界限时，必会影响企业的生产效率，从而引发一系列的安全事故。据统计，在旋转机械中约四分之三的机组故障都是由于转子不平衡引起的，所以定期为转子进行动平衡的校正显得非常重要。不但确保了设备的正常运行，而且提高了工作效率，为企业创造更大的效益。
转子动平衡技术的原理和特点
通过对存在故障的转子进行检测，得到对应不平衡量的大小与角度，并采用校正以消除其不平衡量，从而使转子在转动时没有产生不平衡离心力的平衡工艺叫做动平衡。
根据力学特性与工作状态的不同，转子可分为挠性转子和刚性转子。其中，前者定义条件为：其临界转速低于工作转速，且转子运行的各项参数都在允许范围之内；后者定义条件为：临界转速高于工作转速，且转子运行的各项参数都在允许范围之内。
在实际应用中，转子类型可根据工作转速与一阶临界转速的比值来确定，如果工作转速与一阶临界转速的比值大于或等于0.7则为挠性转子，比值小于0.5则为刚性转子，之间数值则为准刚性转子。针对转子的平衡校正试验，1940年国际标准化组织制定了ISO1940平衡等级，并将其分为11个等级，从高到低分别为：G0.4，G1，G2.5，G6.3，G16……G4000，单位为g.mm/kg，其等级指的是不平衡量对于转子轴心的偏心距离。
一
转子动平衡原理
转子动平衡技术起源于旋转设备零部件，随着离心风机、泵、发动机等旋转设备的广泛使用，从此动平衡技术便逐步得到了重视与发展。对转子进行受力分析，其原理为：假设转子质量为M，角速度为w，O为坐标原点，转轴为Z。对其内部任一质点
图片
坐标轴各方向矢量为a、b、c，如果质点H的矢量为rH，那么
图片
则质点H的离心力为：
图片
转子产生不平衡量，是因为转子旋转轴线与中心惯性轴发生偏差，为了校正转子不平衡量，关键要消除转子对轴承的动压力，让旋转轴线与其中心惯性轴相重合。
为了设备安全运行、防止事故的发生，对于出现振动故障的转子，技术人员必须及时对其进行动平衡校正。转子动平衡技术校正的工作原理为：根据转子转动产生的振动信号，利用光传感器将其信号传送到测量装置，通过信号的转换，得出该转子产生的不平衡量大小，以及对应的角度。最后，通过对转子进行动平衡校正与修复，让其达到符合工业安全生产的标准。
二
转子动平衡技术的特点
这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动、产生噪声和加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命。对于旋转设备的转子存在不平衡量，根据平衡机检测的数据对其进行校正，可改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此，平衡机是减小振动、改善性能和提高质量必不可少的设备。通常，转子的动平衡包括不平衡量的检测和校正两个步骤，平衡机主要用于不平衡量的检测，而不平衡量的校正则需要借助钻床、铣床和电焊机等辅助设备，或用手工方法完成。由于转子的种类非常多，对于不同类型的转子，要综合考虑其结构与平衡的特点，选取合适的校正装置、修复方式与平衡方法。
转子进行动平衡校正前，首先应确定平衡面，一般将与转子轴线垂直的平面作为平衡面。假设L为转子的长度，D为转子的外径尺寸，那么：
（1）对于长轴类的转子，也就是长度L/外径D＞5，那么该类转子平衡可称为多面平衡、双面平衡或动平衡，因为其校正是要选取两个或两个以上的平衡面；
（2）对于薄盘类的转子，也就是长度L/外径D≤5，那么该类转子平衡可称为静平衡或单面平衡，因为其校正只需选取一个平衡面就可以了；
（3）对于曲轴类的转子，平衡校正时应选用专门的曲轴动平衡机上进行修复；
（4）对于振动大、初始不平衡量过多类的转子，平衡校正时一般先对其进行单面静平衡，然后再对其进行动平衡校正。
转子动平衡技术的方法
转子的不平衡力产生的主要原因为：
（1）转子制造时的原始不平衡量；
（2）转子长期运转摩擦发热造成的弯曲；
（3）转子运行时产生渐发性的不平衡量；
（4）转子受到外界的变化影响从而生产转子弯曲。
针对转子的不平衡问题，通常采用离线动平衡校正方法和在线动平衡校正方法。前者通常将设备的转子拆卸下来，然后送至平衡机上进行校正；后者与前者最大的区别就是转子不用拆卸，而是直接在现场对其进行不平衡量修复。
一
离线动平衡校正法
转子离线动平衡，又叫工艺动平衡。它是把待检测转子装在平衡机上，将传感器对准贴在转子上的反射标签，并将产生的信号反馈到平衡机上，技术人员通过平衡机上显示的不平衡量大小与角度，对其进行适当的校正与修复。其主要过程为：
首先，将旋转设备停机并取出故障的转子；接着把转子送至动平衡机上并确定转子轴承位；此时，固定好转子、设置好参数并启动平衡机；
然后将待测转子的周期性振动信号转化成电感信号，测出转子校正面对应的不平衡量与相位；最后通过去重或加重的方式加以校正与消除其不平衡量，从而达到安全生产的要求。
总的来说，离线动平衡校正法是一种使转子本身整体达到平衡的方法。
二
在线动平衡校正法
在线动平衡，又叫现场动平衡或整机动平衡，顾名思义就是在现场对设备在工作转速下进行检测并完成动平衡操作。在线动平衡是指不拆卸机组，在其正常运行情况下对转子进行动平衡，使振动降低的方法。在线动平衡技术指的是通过对传感器采集到转子的振动信号，将其不平衡量、相位进行计算与分析，以及利用相关控制系统输入量的变化来消除其不平衡量。具体是通过传感器对转子振动信号的检测，以设备机座作为平衡机底座，转子和轴承的振动为线性系统，引起的振动为线性叠加，将采集的振动信息进行处理，确定转子各平衡校正面的不平衡量与角度，最后进行加重或去重的方法来消除不平衡量，从而达到校正的目的。所以说，在线动平衡校正方法具有避免因拆卸与安装引起的误差、减少不必要的人力、操作方便、易于自动化、确保机组安全有序地运行等优点。因此在线动平衡是消除设备振动的一项重要措施，同时这也是我国石化行业、机械设备等行业以后的发展趋势。
总的来说，在线与离线转子动平衡都能够对转子进行不平衡量校正，两者的校正精度都很高，修复后都符合安全生产的要求。因此，对一个转子进行动平衡时，我们要结合实际对其效率、成本等方面进行综合分析，判断在线或离线动平衡哪个适合，然后选择最恰当的方法进行操作。一方面可以大大提高效率；另一方面对转子动平衡操作的精度也有帮助。但是，由于设备支承结构与转子的多样性，在线动平衡比离线动平衡复杂很多，加上在线要求在最短的时间内达到标准的动平衡效果，其难度很大。因此在线与离线动平衡的区别为：
（1）两者所使用的测试仪器不一样；
（2）在线动平衡能够使用的校正面比离线的少；
（3）在线动平衡操作时人数较多；
（4）两者的平衡标准不一样；
（5）两者在经济与时间要求不同。
三
校正方式
转子的不平衡量校正方式包括转子动平衡与转子静平衡两种。对于不同类型的转子，根据实际情况综合考虑选取合适的校正方式。目前，转子动平衡的主要校正方法为加重校正法与去重校正法。
①加重校正法
对于转子动平衡的加重校正法，其原理为通过转子偏心量的反面配上恰当的质量块，到达平衡的作用。加重法比去重法实用范围更广，具有优良的可操作性。具体实施步骤如下：测量不平衡量、调整平衡量、检测调整后的剩余不平衡量、紧固平衡块。其中，加重校正法主要分为：焊接与加螺丝、垫片两种。
a）焊接加重法，如图1所示。
图片
对于转子叶轮、平衡盘等厚度比较薄，或者叶轮不适宜磨削，或者不平衡量较大时，应采用焊接的方法。但需要注意的是，焊接材料跟叶轮、平衡盘等要一致；焊接时不能造成转子的损坏；一般焊接前要预先用胶泥进行配重。
b）加螺丝、垫片加重法，如图2、图3所示。
图片
图片
对于转子叶轮不能进行加工时，且平衡盘有螺纹孔或者预留可以装垫片的柱子，此时应采用加螺丝、垫片的方法。在转子动平衡修复时，转子加重校正法相对比较简单、速度快、成本低等，所以在机械领域中应用广泛。然而，转子正常工作时，由于工作环境处在高温、转速高、磨损、腐蚀、周期长等影响因素，可能会出现转子平衡块变形、敲击与掉落等结果。
②去重校正法
对于转子动平衡的去重校正法，其原理为通过转子校正面上去掉多出的质量，达到平衡的作用。其中，去重校正法主要分为：磨削与钻孔两种。
a）磨削去重法，如图4所示。
图片
对于转子叶轮、联轴器比较厚，且磨削对其结构不会有影响，平衡量不大时，应采用打磨机进行磨削的方法。但需要注意的是，若其直径较大、厚度较厚时，打磨角度范围在15°左右；若其直径较小、厚度较薄时，打磨角度范围在30°左右，确保减少打磨厚度保证转子的结构强度不受破坏。
b）钻孔去重法，如图5所示。
图片
对于转子的叶轮、对轮等无法进行磨削、加重，或其不平衡量较大时，应采用对其进行钻孔。但注意的是，钻孔前要先用较小的钻头定位；要确定材料的材质进行合理的选择钻头；尽量选择在其根部、厚度较厚处进行钻。去重校正法，总体来说操作面广、简单、容易调整，有效达到平衡效果，节约了生产成本。但是，该方法对于厚度比较薄的转子并不适用。
