旋转机械现场动平衡的影响因素分析

旋转机械现场动平衡的影响因素分析

梁志强

抚顺石化公司石油二厂

摘要：旋转机械在众多工业领域广泛应用，现场动平衡是确保其正常运转的关键技术。本摘要阐述了影响旋转机械现场动平衡的多种因素，包括机械自身结构特性、工作环境、测量系统误差以及平衡校正方法等。分析这些因素对动平衡精度、效率的影响，探讨如何通过优化相关环节提高动平衡效果，为旋转机械的稳定运行、延长使用寿命以及提高生产效率提供理论依据与实践指导。

关键词：旋转机械；现场动平衡；影响因素；精度；效率

引言：旋转机械在现代工业中占据着极为重要的地位，如发电设备、航空发动机等。其稳定运行对整个生产系统至关重要。现场动平衡技术旨在减少旋转机械的振动，提高其运行稳定性。然而，在实际的现场动平衡操作中，存在着诸多影响因素。这些因素可能导致动平衡效果不佳，进而影响旋转机械的性能和寿命。准确识别和分析这些影响因素，是优化现场动平衡操作、提高旋转机械运行可靠性的前提，这也是本文研究的出发点。

1.旋转机械现场动平衡概述

旋转机械在工业领域广泛应用，现场动平衡是确保其稳定运行的关键技术。它旨在通过调整旋转部件的质量分布，减少振动，提高设备的可靠性和使用寿命。现场动平衡涉及到在设备运行的实际工况下进行检测与校正，这与传统的离线动平衡有很大区别。

2.机械自身结构对现场动平衡的影响

2.1转子结构

转子作为旋转机械的核心部件，其结构对现场动平衡影响显著。不同的转子结构，如悬臂式、简支式等，具有不同的动力学特性。转子的质量分布不均匀、轴颈的椭圆度以及叶片的安装误差等都会导致不平衡。而且，转子的长度、直径比例也会影响振动模态，复杂的转子结构可能存在多个振动节点，这增加了现场动平衡的难度，需要精确分析其结构特点来确定平衡方案。

2.2轴承类型

轴承类型在旋转机械的现场动平衡中扮演着重要角色。滚动轴承和滑动轴承具有不同的摩擦特性和刚度特性。滚动轴承的内部间隙、滚子的精度等会影响转子的支撑状态，从而影响不平衡响应。滑动轴承的油膜刚度和阻尼特性则更为复杂，油膜的厚度、润滑油的粘度等因素会改变转子系统的动力学特性，使得在进行现场动平衡时，必须考虑轴承类型带来的影响，以准确调整平衡状态。

2.3轴系连接方式

轴系连接方式包括刚性连接、弹性连接等。刚性连接方式下，轴系各部件之间的振动传递较为直接，若连接部位存在不对中现象，会严重影响现场动平衡的效果，不平衡力会沿着轴系快速传播。弹性连接虽然能在一定程度上缓冲振动，但连接部件的弹性特性差异可能导致扭转振动等复杂情况。轴系连接方式的不同，使得不平衡振动的传递路径和特性发生变化，在现场动平衡时需要重点关注。

3.工作环境因素对现场动平衡的影响

3.1温度影响

温度对旋转机械现场动平衡有着不可忽视的影响。随着温度的变化，机械部件会发生热膨胀或收缩。例如，转子的热膨胀可能导致轴颈与轴承之间的间隙变化，从而改变支撑刚度。高温环境下，材料的力学性能也会改变，如弹性模量降低，这会影响转子的振动特性。而且，不同部件的热膨胀系数差异可能引起结构变形，破坏原有的平衡状态，使得现场动平衡工作需要根据温度变化进行动态调整。

3.2湿度影响

湿度是工作环境中的另一个重要因素。高湿度环境可能导致金属部件生锈腐蚀，这会影响转子的质量分布和表面粗糙度。生锈的部件其质量可能增加且不均匀，从而产生新的不平衡。此外，湿度对润滑油的性能也有影响，如使润滑油的粘度降低，影响轴承的润滑效果，进而改变轴承的刚度和阻尼特性，间接影响旋转机械的振动情况，给现场动平衡带来挑战。

3.3振动干扰

在实际工作环境中，存在着各种各样的振动干扰源。如附近其他设备的振动、气流的脉动等。这些外部振动干扰可能与旋转机械自身的不平衡振动叠加，使得测量到的振动信号变得复杂。在进行现场动平衡时，难以准确区分是自身不平衡引起的振动还是外部干扰振动，这就需要采用有效的滤波和隔离技术，以排除干扰，准确获取旋转机械的真实不平衡振动信息。

4.测量系统误差对现场动平衡的影响

4.1传感器精度

传感器精度直接关系到现场动平衡测量的准确性。低精度的传感器可能无法准确捕捉转子的振动信号，包括振动的幅值、频率等关键信息。例如，加速度传感器如果精度不足，在测量微小振动时可能会产生较大的偏差。传感器的线性度、灵敏度等指标不佳，会导致测量数据与实际情况不符，从而影响基于这些数据进行的不平衡量计算和平衡校正方案的制定，严重时可能使现场动平衡工作失败。

4.2测量方法局限性

不同的测量方法在旋转机械现场动平衡中都存在一定的局限性。例如，影响系数法在测量时需要准确知道系统的传递函数，但实际中系统的复杂性使得传递函数难以精确确定。而模态平衡法虽然能较好地考虑转子的振动模态，但对于复杂结构的转子，模态参数的准确获取也是一个难题。这些测量方法的局限性使得测量结果存在一定的误差，影响了现场动平衡的精度和效果。

4.3数据处理误差

数据处理过程中的误差也会对现场动平衡产生影响。在采集到振动数据后，需要进行滤波、放大、数字化等处理。如果滤波算法不合理，可能会去除有用的振动信号或者保留过多的干扰信号。数据放大倍数不准确会导致数据失真。而且在进行数据转换和计算时，舍入误差等也可能积累，使得最终用于不平衡量计算的数据存在偏差，进而影响平衡校正的准确性。

5.平衡校正方法对现场动平衡的影响

5.1校正质量添加方式

校正质量添加方式是现场动平衡中的关键环节。不同的添加方式，如焊接、螺栓连接、粘贴等，具有不同的优缺点。焊接方式虽然牢固，但可能会对转子结构产生热影响，导致变形等问题。螺栓连接相对方便，但如果螺栓拧紧力不均匀，会产生新的不平衡。粘贴方式操作简单，但粘贴质量的稳定性较差，在长期运行中可能出现粘贴物脱落等情况，影响平衡效果，因此需要根据实际情况谨慎选择校正质量添加方式。

5.2校正平面选择

校正平面的选择对于现场动平衡至关重要。选择合适的校正平面可以有效减少不平衡振动。如果校正平面选择不当，可能无法准确地抵消不平衡力。例如，对于长轴转子，选择靠近轴端的校正平面可能无法对轴中部的不平衡进行有效校正。而且，校正平面的数量也需要合理确定，过多或过少都会影响平衡效果，需要综合考虑转子结构、振动特性等因素来确定最佳的校正平面。

5.3平衡算法准确性

平衡算法的准确性直接决定了现场动平衡的最终效果。不同的平衡算法，如最小二乘法、影响系数法等，在计算不平衡量和校正质量时存在差异。不准确的平衡算法可能会计算出错误的不平衡量和校正质量，导致在进行校正后，旋转机械的振动仍然无法达到理想状态。因此，需要根据旋转机械的具体情况，选择合适且准确的平衡算法，以确保现场动平衡工作的有效性。

结语：旋转机械现场动平衡受到多种因素的影响。机械自身结构、工作环境、测量系统误差以及平衡校正方法都在不同程度上决定着动平衡的最终效果。深入理解这些影响因素，有助于在实际操作中采取针对性的措施。例如，优化机械结构设计、改善工作环境、提高测量系统精度以及改进平衡校正方法等。这将有助于提高旋转机械现场动平衡的精度和效率，从而保障旋转机械的可靠运行，减少因振动带来的设备损坏和生产损失，对推动相关工业领域的发展具有重要意义。

参考文献

[1]黄现云.旋转机械振动信号处理及故障诊断方法研究[D].南京信息工程大学,2018.

[2]卫芬.旋转机械多传感器信息融合智能故障诊断关键技术研究[D].哈尔滨工业大学,2018.