风机动静平衡及找正方法.docx
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风机动静平衡及找正方法
风机动静平衡及找正方法
转子找平衡
一、静平衡与动平衡
通风机转子的平衡校正，分为静平衡校正和动平衡校正两种。
一般的要求是：
经过静平衡校正后，还须再作动平衡校正。
但对于符合某些条件的罢转子，也可仅作静平衡校正。
须作动平衡校正或仅作静平衡校正，取决于通风机的转速n，以及通风机叶片最大长度L与叶轮外圆直径D之比L／D的大小。
这种关系示于图5-8。
图中a线的下方为静平衡适用范围；b线的上方为动平衡适用范围；在a线和b线之间的区域，对于重要设备配套的通风机须作动平衡，对于一般通风机仅作静平衡即可。
必须指出，图中的规定只是概略值，实际上只要方法正确，在某些条件下以精密静平衡校正来代替动平衡校正，是可以取得良好的结果的。
例如，对于叶轮直径不大于0．6～1米，叶轮宽度小于直径一半的转子的动不平衡度是不大的，在检修中采用简单的动平衡校正方法，很难获得满意的结果，若作精密的静平衡校正，反可获得良好的结果。
作精密的静平衡校正时，是将叶轮、皮带轮等分别作平衡校正，如果通风机有两个叶轮，也分别作校正。
待全部校正部件装配后，再作最后一次的静平衡校正。
图5-8静平衡与动平衡的分界
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?
应该说明，在任何情况下进行平衡校正以前，必须先测量一下叶轮的径向跳动和端面跳动。
只有在跳动符合要求时，方可进行平衡校正工作。
通风机的许用不平衡度M（克力·厘米）是以所平衡的转子重量G（公斤力）和精密度ρ（微米）的乘积来表示的。
因此，许用不平衡度也叫做“重径积”。
这种关系如下式所示。
式中下角字母j表示静平衡，d表示动平衡。
例如，如时G=60公斤力，ρj=50微米
则Mj=0．1X50X60=300克力·厘米
通风机许用不平衡度的合理制定，需要考虑很多因素，一般都由通风机的设计者确定。
对于检修部门来说，如果没有通风机产品证明书所规定的数值，可参考图5-9，查得精密度ρ后，用公式（6-1）或公式（6-2）计算出许用不平衡度。
二、静平衡的校正方法
转子的静不平衡度是以精密度ρj，来衡量的。
静平衡机所能校正的最大ρj值称为静平衡机的灵敏度。
简单的静平衡机中，以轨道平衡机的灵敏度较高，而且结构也很简单，应用最为普遍。
下面将这种平衡机的结构加以说明。
图5-20轨道平衡机
轨道平衡机由两条轨道固定在两个支架上组成，如图5-10所示。
轨道断面有圆形、梯形或棱形等多种形状，由高碳钢制成，平顶表面要求硬度很高。
圆形轨道的直径D=50～60毫米，常用以平衡重量不大于100公斤力的小机件。
具有平顶宽度b的轨道，用以平衡较大的重物。
b值可按下式近似选取：
式中：
G——转子的重量（公斤力）；
d——放置轨道上的轴颈直径（毫米）。
轨道平衡机的平顶表面光洁度不低于▽8，安装后两轨道的平顶不水平度（用水准仪测量）允差为0．05毫米／米，轨道间的不平行度允差为2毫米／米，轴颈d的径向跳动允差为0．005～0．01毫米。
轨道平衡机的轨道长度L应不小于7d。
当d<170～200时，通常取L=1．2～1．5米。
转子放在轨道平衡机上，必须保持水平位置。
若转子两端轴径粗细不同时，应设法加上轴套，使其两端的水平位置一样。
装有滚动轴承的转子，可直接在通风机的轴承箱上进行静平衡。
这种方法不适用于两端轴颈不同的转子，对于悬臂式转子的重心在两轴承外的转子，更为有利。
所谓静平衡校正法，是以试加配重来找出机件或转子所需的静平衡重量的大小和位置的方法。
这种方法通常包括三个步骤：
平衡、检查、校正。
但是，实际上并不一寂都要经过这三个步骤。
例如，对于n>700转／分的转速较高的转子，由于必须进行修正，故必进行检查；对于n≤700转／分的转速较低的转子，如经检查合格，就不需要再进行修正。
下面将在轨道平衡机上进行转子静平衡校正的三个步骤分别加以说明。
1．平衡
平衡的一般程序是：
1）将转子轻放在轨道上，使转子的水平轴线垂直于轨道轴线，并将转子沿轨道全长上滚几次，使表面能互相吻合。
2）在叶轮的一侧面（选定作加配重块的一侧面）靠近外圆周处，划一如图5-1l所示的配重圆。
图5-11静平衡配重位置
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对于单吸叶轮一般在叶轮圆盘端面上划配生圆；对于双吸叶轮可在选定的一盖盘端面上划配重圆。
3）使转子能自动停稳，用粉笔在配重圆上的最低点作一记号，并标以A（如图5-1la中所示）。
最低点A的找法是，首先轻推转子沿轨道滚动，等停止滚动后，在所划圆的最低点作记号。
然后在相反方向上重复上述操作，如此反复3～4次，取各记号的平均点就是最低点A的位置。
4）将转子滚动90○角，使A点滚到和轴心处在同一水平中心线的位置上（如图5-11b所示）。
5）在A点直径的对称位置的配重圆上的B点，安放一个试加配重块W（克力）。
W值由试验来确定其大小，直到使转子保持不向任一方向滚动的平衡状态为止。
试加配重块W可用铁块，也可用油腻或油泥粘土。
6）将转子继续转60○，120○，1800，240○，及360○，确定转子在所有这些位置上是否都能处于相同的平衡状态。
如果不能达到相同的平衡状态，则应分别挪动或增减试加配重块的位置或重量，直到获行转子转动到任何位置都能及时停止为止。
2．检查
检查上述平衡结果是否符合要求，是用检查块2W0来进行的。
W0由下式求出：
（克力）（5-4）
式中pj——转子的静平衡精确度（微米），可由图5-9查得；
r——试加配重圆半径（毫米）；
G——转子的重量（公斤力）。
检查的方法是，将配重圆周分为八等分点，并分别作上记号。
在八等分点的每—点上，轮流上同一检查块2W0，试验转子开始转动的情况。
转子的检查块的作用下，如果每点都能开始滚动，找平衡工作就算完成。
如果不是每点都能开始滚动，并且滚的角度也不相同时，就必须进行修正操作，来作最后的校正。
3．校正
校正的一般程序是：
1）在配重圆的八等分点上，按顺序分别标上1、2、3、……、8，并使1点滚到和轴心处在同一水平中心线的位置上，如图5-12。
2）将稍大于2Wo的试加配重块固定在1点上，此时应增加或减少配重块重量，一直到转子由平衡位置开始滚动时为止。
然后取下并称出其重量W1（克力），记于l点附近。
3）将2、3、……、8、等各点分别置于轴心水平中心线上，重复上述作法，求出并记不各点的重量W2、W3、……、W8。
在进行试加配重块时应注意：
在每一点上加配重块时，转子的流动轴颈都应地轨道上的同一位置（作记号）上开始滚动；加配重使转子开始滚动时的各点上，旋转角度应大致相等，方向相同。
4）将所得的各点上的W值，用直角坐标系作出光滑有曲线图如图5-]2。
图中纵坐标表示开始滚动重量W（克力），横坐标表示配重圆周的等分点。
由图可见，精确平衡结果所作出的曲线是正弦曲线。
5）曲线最高点（图6-12中的M点），即平衡配重的位置；曲线最低点（图中的K点），即平衡重量的位置。
6）平衡配重的重量P（克力）由下式求出：
式中Wmax——曲线上的最高点（M点）值（克力）；
Wmin——曲线上的最低点（K点）值（克力）。
7）如果不进一步找动平衡，则应用加重法或去重法来消除静不平衡度。
找多级转子的每一个叶轮的静平衡时，应先消除静不平衡度，再找动平衡。
三、动平衡的校正方法
通风机的动平衡校正方法通常有下列两种：
1）把转子转速降低到临界转速的条件下进行动平衡校正；
2）在工作转速的情况下进行动平衡校正。
第一种平衡法，平衡校正的精度较高，需要在专门的动平衡机上进行。
动平衡机结构、制造复杂，操作也行依靠专业人员进行。
因此，此法一般只使用在通风机制造厂家，而使用、检修通风机的工厂很少采用。
第二种平衡法，一般在使用现场进行，操作简单，容易掌握，不需要漆制专用平衡设备。
虽然其平衡校正的精度够高，所费的时间也较长，但由于简单易行，又能满足检修的要求，切合实用，因此在通风机检修中广泛采用。
采用第二种平衡法，即在通风机机体上找动平衡时，应该注意下列事项：
1）在找动平衡之前，转子上的零件必须全部装上，盖上轴承盖并固定好，并取出机壳中的密封装置。
如果将机壳上部盖上时，对于一般通风机，气体管道阀门必须打开1/3～1/4；对于煤气通风机，气体管道阀门必须关严，将通向大气的旁路阀门全打开，以免在机壳内产生气体涡流，影响平衡工作的正确性。
2）测量振动应该每开车一次测量一次，且须在转数稳定后由专人负责测量。
3）必须用可拆卸的连接方法，把试加配重牢固地固定于平衡槽或特制平衡孔内，以免高转速时飞出伤人或损坏设备。
4）进行转子动平衡时，有时只须在转子的一端进行校正即可（如联轴器传动的悬臂式转子）；有时需要分别在转子的两端进行校正；当第二端校正好了，再在第—端进行校正，如此反复数次，直到两端都符合要求为止。
因此，按这些简单方法校正动平衡时，有时需要开动十几次到几十次。
在通风机机体上进行动平衡校正的常用方法有：
周移配重法，标线法和综合法。
1．周移配重法找动平衡
首先在工作转数下测量通风机轴承中的最大振幅SAO对于悬臂式转子，一般靠近叶轮一端的轴承振幅最大。
如果是在纵向、横向和轴向等三个方向测量轴承振动时，则应取纵向或横向中的最大值。
通风机停机后，在靠近振动最大的轴承一侧的轮盘上划一个配重圆。
如图5-13所示。
将所划的圆分成六等分（或八等分），并按顺序在各等分点上标以l、2、……、6等号码。
然后，按下列经验公式近似地求出试加配重W（克力）；
≤
式中SA——未加配重时的最大初振幅（毫米）；
G——转子的重量（公斤力）；
D——配重圆直径（毫米）；
n——转子公称转（转／分）。
将所求得的试加配重W（不许用软金属），用可卸的、牢固可靠的方法固定在1点上。
注意不允许固定在叶片上。
这时，启动通风机，测出并记录轴承的振幅Sl。
按照这种办法，依次将W移至其余各点，测出并记录每点的轴承振幅S2、S、……、S6，最后取下W。
根据测量振幅的记录，以振幅S为纵坐标，以配生圆等分点为横坐标，在直角坐标上绘制一光滑曲线（见图5-14）。
可见，精确测量结果所作出的曲线为正弦曲线，且Smax和Smin应在转子直径的对称位置上。
图5-14周移配重的振幅曲线
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如果采用加重法，则曲线上的Smin（图中的M点）为加平衡配重的位置；如果采用去重法，则Smax点（图中的K点）为除去不平衡重量的位置。
试加配重量件完以后，再件配重。
为求出平衡配重P1（克力），需按下式先求出平均振幅SP（毫米）：
当SP≤SA时
当SP＞SA时
取P1和稍大或稍小于P1的若干块不同的重量的配重P1、P2、P3……Pn。
每开动一次转子，轮流地将各配重固定在图5-13的M点上，并测量加各个配重时的振幅S1、S2、S3、……Sn。
然后以配重P为横坐标，以振幅S为纵坐标，绘出如图5-15的曲线。
由图可见，两直线的交点S处的配重Ps和振幅Ss即为所求的平衡配重和振幅。
图5-15平衡配重与振幅
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如所求的振幅Ss符合要求时，应按上述操作程序在另一端反复操作，一直到转子两端的轴承上的振幅都同是符合要求为止。
下面通过一个例题来说明试加配重与平衡配重及其振幅的求法。
[例题]己知某通风机转子重G=500公斤力，配重圆直径D=1000毫米，转子转速n=3000转／分，初振幅SA=毫米。
试用周移配重法找动平衡。
解：
由公式（5-6）计算出试加配重W为：
（克力）
将试加配重40克力置于各点后，所测得的振幅绘于图5—14，由图中查得Smin=0.03毫米，Smax=0.48毫米。
于是，由公式（5—7）可计算出平均振幅SP，
（毫米）
因Sp≤SA，由公式（5—8）可求平衡配重P1，
（克力）
取P2=50克力，P3=52克力，P4=54克力，P1=56克力，P5=58克力，P6=60克力，P7=62克力，测得的振幅S绘于图5-15，两直线的交点S处的配重55克力的振幅0.04毫米即为所结果。
将55克力加于图5-13的M点上，然后启动通风机验证振幅值是否符合要求。
2．标线法找动平衡
标线法找动平衡时，首先在振动较大的轴承附近的轴上，选择长约60毫米一段光滑的裸露轴，检查这一段轴的椭圆度和径向跳动，如过大，应予修好，并清除光洁，然后涂一层均匀面临稀薄的白垩水（或粉笔水）。
启动通风机，将转子转到正常工作的转速。
这时，用磨尖的绘图铅笔（或划线针）在已涂白的一段轴上划出8～12条标线。
标线之间的距离为5～7毫米。
划线时须遵守下列要求：
1）铅笔和手均须支持在与通风机隔离的，受振动影响很小的固定大支架上（图5—17）；2）铅笔尖应沿水平方向对准轴心线缓慢移动，使笔尖轻轻地角到涂白的轴表面上，以便在转动的轴上划出尽可能短的弧线，这些弧线称为标线。
图5-17划标线装置
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找出各个标线的各个中点，并在轴心线的方向划出各中点的平均中线AA（见图5—16），这条横线就是转子的最大跳动位置。
同时，记下标线的平均弧长LA。
在轴上标线一端的轮盘上，靠近外缘处划一个配重圆如图5-18所示。
利用下列经验公式近似地求出试加配重WA（克力）。
式中D———配重圆直径（米）；
n———转子的公称转速（转／分）；
K———系数，可由图5—19中查得。
在求平衡配重的近似位置之前，需先确定转子的相位补角γA。
180°—α
a角是转子的相位角。
所谓相位角，是转动由的不平衡度位置不在偏移位置上，而是沿角速度方向超前的一个角度。
如图5-20中的K超前A的角度是a。
对于某一转子，如转速n一定，则相位角a也是一固定值。
相位角a可以在0○～180○之间变化。
相位角a与转子的转速n和临界转速nk之比有关。
对于只有两个支承轴承的通风机转子，若nnk，相位角a可在100○～130○的范围内选取。
如果不知道转子的临界转速时，相位角可取a=90○。
对于n图中a线和b线之间为相位角a的经验数据范围。
相位角根据上述原则选取之后，便可利用公式（5-11）求出相位补角γA。
这时，从标线的平均中点A起，沿转子旋转的相反方向作∠AOC=∠γA（见图5-18），交配重圆于C点，然后将试加配重WA可靠地固定于C点上。
图5-18由标线确定平衡位置的图解
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在原先涂白垩水的轴上重新加涂白垩水（但平均中线AA不涂掉），重复上述求平均中线的操作，求出新的平均中点B，同时记下标线的平均长度LB。
之后，按下列方法作图，求出平衡配重的近似位置M点（见图5-18）。
1）以标线圆直径d和配重圆直径D作同心圆，并在相应位置标出A点和B点；
2）联结AO和BO，作∠AOC=∠γA，OC线交配重圆于C点；
3）用同一比例T，在0A上取0E=TLA，在0B上取OF=TLB，并联结EF；
4）按照从E到F的方向，从圆心0作EF的平行线，且OD与EF同向，与配重圆相交于D点，则∠COD=∠αA；
5）从0A线起，依转子旋转方向作一角∠AOK=∠αA，0K交配重圆于K点；
6）延长K0交配重圆的另一侧于M点。
该M点即为试加配重位置。
第二次的试加配重的近似重量，可由下式求得：
（克力）
从C点取下WA，将WB可靠地固定在M点以及先后轮流移放M点两侧附近的若干点上，分别重复找标线的操作，直到找出一点N的标线比其它各点所划的标线较长为止，则N即为平衡配重的位置。
图5-18中的∠AON=∠γ称为该转子的实际相位补角。
对于转速固定的某个转子来说，它的相位补角γ也是固定的。
当γ0求出以后，在再次找该转子的转平衡时，就可直接采用γA=γ。
图5-19试加配重系数K值曲线
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在N点上再增加或减少WB的重量，并分别重复上述划线操作，直到标线最长或接近于圆形为止，此时的重量PS，即为平衡重量。
将平衡重量PS以加重法或去重法进行不平衡度的消除。
3、综合法找动平衡
所谓综合法，就是综合标线法和周移配重法来找转子的动平衡。
综合法找动平衡可有初次找动平衡和再次找动平衡两种作法。
初次找动平衡的一般程序是：
1）按照标线法找出各个标线的中点，划出平均中结AA，确定转子的最大跳动位置A点（见图5-18）。
2）按照周移配重法确定平衡配重PS及其配重位置M点（见图5-13）。
3）确定转子的振幅S的变化与配重W之间的关系，作出曲线图如图5-22。
4）根据点A和点N，量出相位补角γ10，γ10=∠AON。
5）将平衡配重Ps按加重法或减重法进行消除。
再次找动平衡的一般程序是；
1）按照标线法找出各个标线的中点，划出平均中线AA，确定转子的最大跳动位置A点（见图5-18）。
2）按照周移配法测量轴承的最大初振幅SA，并划一个配重圆。
3）根据已知相位补角γA，从A点起，依转子旋转相反的方向作∠AOC=∠γA（见图5-18），然后从要根据SA，从配重与振幅的关系曲线中查出试加配重W，并将W固定于C点上。
4）在原先涂白垩水的轴上，重新加涂白垩水（但平均中线AA不涂掉），重复标线法中找平均中线的操作，求出新的平均中点B，同时记下测量的振幅SB。
田5·xo00盘角坛临界摊雹的关氰
5）按照标线法中，求平衡位置的近似位置M点的方法作图，但应以TSA代替TLA，以TLB代替TLB，从而求出平衡配重的位置M点。
6）下列公式求出平衡配重PS（克力）：
7）将平衡配重PS按加重法或减重法进行消除。
图5-20相位角与临界转数的关系
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图5-21
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4．不平衡度的消除
消除不平衡度的方法有两种：
一种是加重法，即在轮上的平衡配重位置上，用相当于平衡配重的金属平衡块永久牢固地加以固定；另一种是去重法，即在轮上的不平衡重量位置上，去掉相当于平衡配重的轮盘上的金属。
对通风机来说，通常采用加重法，而去重法仅适用于锻造轮盘的叶轮。
消除动不平衡度时，不许将平衡配重件轴向移动，即不许将平衡配重从其垂直于轴心线的平面上移到另一平面上。
但在消除静不平衡度时，有时须将配重的一部分作合理的轴向移动。
例如，对于作过静平衡校正的双支承转子，应将振动较小一侧的叶轮上的一部分配重，轴向移动较大一侧的叶轮的对应位置上；对于作过静平衡校正的悬臂式转子，应将配重的一半，分别加在轮子的两侧的两个轴向对应位置上。
加重法常采用焊接、铆接和螺钉连接等方式。
其中螺钉连接仅用于铸铁的皮带轮；焊接仅适用于碳素钢叶轮上；只有铆接的应用范围较广，它可以用于合金钢叶轮、碳素钢叶轮以及其它各种材料制成的轮子上。
叶轮加重法应加在配重圆上，将2～4毫米厚度的钢板作成矩形或扇形，并将外侧边缘倒棱后，用电焊或沉头铆钉固定于平衡重量的位置上。
电焊焊接平衡块时，必须使平衡块与焊缝金属的重量之和，恰好等于平衡配重的重量。
铆接平衡块时，铆钉直么不应大于7毫米，且不大于2倍板厚，铆钉个数按剪切应力确定，但应少于4个。
如果平衡块不可能固定在平衡配重所在半径上，而须沿半径方向变动时，则平衡块重P1（克力）可按图5-24由下式求出：
如果平衡块不可能固定在平衡配重所在的半径上，而须固定的离开一个角度的配重圆上时，可根据具体情况，在选定的固定点上，用力的图解方法确定平衡块Pa和Pb的重量。
例如，在图5-24中的N点为已知平衡块P的位置，现选定a点和b点为平衡块Pa和Pb的固定位置，联强0N，0a，0b，从N作NNa//0b用NNb//Oa，则Pa和Pb由下式求出
为了使Pa或Pb均小于P，故在确定a和b点的位置时，最好使∠aON印∠bON均小于600，而且愈小愈好。
这一点对于高速通风机极为重要，应十分注意。
图5-22试加配重与振幅关系曲线
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图5-23沿径向移动平衡配重的解图
旋转机械的联轴器找正
一、找正图示
1）S1=S2，a1=a2两半靠背轮端面是处于既平行又同心的正确位置，这时两轴线必须位于一条直线上。
2）S1=S2，a1≠a2两半靠背轮端面平行但轴线不同心，这时两轴线之间有平行的径向位移e=（a2-a1）/2。
3）S1≠S2，a1=a2两半靠背轮端面虽然同心但不平行，两轴线之间有角向位移α。
4）S1≠S2，a1≠a2两半靠背轮端面既不同心又不平行，两轴线之间既有径向位移e又有角向位移α。
联轴器处于第一种情况是我们在找正中致力达到的状态，而第二、三、四种状态都不正确，需要我们进行调整，使其达到第一种情况。
在安装设备时，首先把从动机（泵）安装好，使其轴线处于水平位置，然后再安装主动机（电机），所以找正时只需要调整主动机，即在主动机（电机）的支脚下面加调整垫面的方法来调节。
二、找正时测量调节方法
下面主要介绍在检修过程中常用的两种测量调整方法，根据测量工具不同可分为：
1）利用刀形尺和塞尺测量联轴器的不同心和利用楔形间隙轨或塞尺测量联轴器端面的不平行度，这种方法适用于弹性联接的低转速、精度要求不高的设备。
2）利用百分表及表架或专用找正工具测量两联轴器的不同心及不平行情况，这种方法适用于转速较高、刚性联接和精度要求高的转动设备。
注意：
1）在用塞尺和刀形尺找正时，联轴器径向端面的表面上都应该平整、光滑、无锈、无毛刺。
2）为了看清刀形尺的光线，最好使用手电筒。
3）对于最终测量值，电机的地脚螺栓应是完全紧固，无一松动。
4）用专用工具找正时，作好同一记号，为避免测量数据误差加大，并应把靠背轮均分为4-8个点，以便取到精确的数据。
5）作好记录使找正的重要一环。
加调整垫面时有以下方法：
1）直（感）观（经验加、减垫）因为在检修中，一些泵的找正并没有完全具备良好的条件和工具，在调整时，老师傅的经验会起到很大的作用（每次加、减垫都应考虑电机螺栓的松紧状况及其余量）。
2）计算法
Ⅰ原始状态
Ⅱ抬高Δh
Ⅲ调节后的轴心线
（1）先消除联轴器的高差
电机轴应向上用垫片抬高Δh，这是前支座A和后支座B应同时在座下加垫Δh。
（2）消除联轴器的张口在A、B支座下分别增加不同厚度的垫片，B支座加的垫应比A支座的后一些。
总的调整垫片的厚度为：
前支座A：
Δh+AC；后支座B：
Δh+BD。
联轴器找中心偏差标准（单位：
mm）
转速
刚性
弹性
≥3000
≤
≤
＜3000
≤
≤
＜1500
≤
≤
＜750
≤
≤
＜500
≤
≤
联轴器的端面距离
大型
8-12mm
中型
6-8mm
小型
3-6mm
三、质量不平衡
所谓不平衡即是质量和几何中心线不重合所导致的一种故障状态。
当转子旋转时，其"重心"产生一个离心力作用在轴承上，该力的大小随着转子的旋转而稳定的变化。
不平衡的类型有三种：
静不平衡或力不平衡、力矩不平衡或偶不平衡和动不平衡。
不平衡时频谱的表象：
波形为正弦波；轴心轨迹为圆或椭圆；1X频率为主；径向（水平和垂直）振动为主；振幅随转速升高而增大；过临界转速有共振峰；悬臂转子不平衡水平和垂直轴向振动都很大。
另外，如果滑轮、齿轮、轴承或转子的旋转中心偏离几何中心线就会出现偏心。
四、不对中
不对中的现象较为普遍，且非常重要，因为它而增加的旋转力会对轴承和密封件施加异常的应力。
不对中的类型有：
平行不对中、角度不对中、平行和角度不对中。
典型的不对中主要由以下原因引起：
原部件的不精确装配，如电机、泵等；
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