什麼是轉子動平衡校正？

快速解答

轉子動平衡 是改善旋轉物體質量分佈的過程，使其質量中心與幾何旋轉軸重合。這能最小化離心力，減少振動、 軸承 負荷、噪音與能耗。校正透過在特定位置與角度增加或移除質量來完成，並由振動測量與相位分析指導。接受標準由 ISO 1940-1 （ISO 21940-11） G 等級定義。兩種類型為 靜態（單平面） 適用於盤狀轉子，以及 動態（雙平面） 適用於長軸狀轉子。

不平衡 是旋轉機械中最常見的振動來源。當質量分佈不完美——由於製造公差、材料不均質、腐蝕、沉積物堆積或損壞——會產生離心力，且隨速度平方增加。低速時的小不平衡在高速時可能具有破壞性。

動平衡校正透過反覆測量振動響應並調整質量分佈，直到殘餘 不平衡 在公差範圍內。它既是製造過程（在車間平衡機上），也是維護過程（在安裝設備上進行現場動平衡）。

影響係數法

現代動平衡校正——無論是在專用設備上還是現場——都使用 影響係數（試重）法。物理原理：若我們知道已知質量在已知位置如何改變振動，即可計算消除原始不平衡所需的質量與位置。

影響係數
α = (V試重 − V初始) / T
α = 影響係數（單位不平衡量的振動） | V = 振動向量（振幅∠相位） | T = 試重向量（質量∠角度）
校正計算
C = −V初始 / α
C = 校正配重向量（質量∠角度）— 產生與 V 大小相等、方向相反振動的配重初始

對於兩平面動平衡，系統會變成 2×2 矩陣（四個影響係數，考慮平面間的交叉耦合），但原理相同。 Balanset-1A 會自動解決這個問題——操作員只需運轉機器並安裝試重。

試重選擇

試重應產生明顯的振動變化（理想情況下為初始水平的 10–30%），且不產生危險負荷。一個實用的起始估算：

試重估算
m試重 ≈ (10 × M) / (R × (n/1000)²)
m 單位為克 | M = 轉子質量 (kg) | R = 試重半徑 (mm) | n = RPM —— 約為 G 6.3 不平衡量 10% 的經驗法則

何時進行動平衡——振動特徵

如何判斷振動是由不平衡引起的，而不是 不對心、鬆動或 軸承缺陷?

不平衡振動特徵

頻率： 在 FFT 頻譜。

方向： 主要為徑向（水平和垂直）。軸向分量很小。

相位： 1× 處穩定、可重複的相位角。相位隨時間不會漂移。

轉速依賴性： 振幅隨轉速的平方增加（與 ω² 成正比）。

與不對心的對比： 不對心會產生顯著的 2× 和/或軸向 1× 分量。軸承缺陷會產生非同步頻率。

在進行動平衡之前，務必驗證診斷結果。 Balanset-1A 頻譜分析儀（F1 模式）顯示完整的 FFT 頻譜，允許在進行動平衡之前確認 1× 佔主導地位。

校正方法

增加質量

  • 夾式配重： 彈簧夾式鋅或鋼製配重。常見於風機、輪子。快速、非永久性。
  • 螺栓式配重： 精密配重，通過螺栓固定在螺紋孔或 T 型槽中。大型轉子、渦輪機的標準配置。
  • 焊接式配重： 鋼板或鋼棒點焊在轉子上。永久性。常見於重型工業風機和破碎機轉子。
  • 環氧樹脂/填縫劑： 雙組份金屬填料黏合劑。適用於不規則表面。限於中等溫度。
  • 頂絲： 旋入徑向孔中。常見於聯軸器輪轂和主軸。可調節。

去除質量

  • 鑽孔： 從重點去除材料。精確控制去除的質量（質量 = 密度 × 體積）。不可逆。
  • 銑削/研磨： 從輪緣或端面去除材料。常見於渦輪機葉輪、煞車盤。

配重分割

當精確計算的角度落在可訪問位置之間（例如，聯軸器上的螺栓孔之間）時，校正會通過向量分解分配到兩個相鄰位置。 Balanset-1A 包含自動配重分配計算器。

現場動平衡（原位）

現場動平衡意味著對轉子進行動平衡校正 無需將其從機器上拆下。這消除了拆卸停機時間，並考慮了車間動平衡無法複製的實際運轉條件（對中、軸承預壓、基礎效應）。

Balanset-1A 現場動平衡套件

The Balanset-1A 是一套完整的便攜式現場動平衡系統：2 通道振動分析儀、雷射轉速計、內建 ISO 1940 公差計算器、單平面（F2）與雙平面（F3）動平衡模式、自動配重分割，以及正式平衡報告生成（F6）。測量精度：速度 ±5%，相位 ±1°。適用於 G 16 至 G 2.5。

The Balanset-4 擴展至 4 通道，適用於複雜的多軸承轉子或同時監控多台機器。

現場動平衡的優勢

  • 無需拆卸： 為大型機器節省數小時或數天的停機時間。
  • 實際運轉條件： 包括對中、軸承預壓、熱狀態、基礎效應。
  • 修整動平衡： 校正車間動平衡無法解決的組裝引入的不平衡。
  • 維護後驗證： 更換葉輪、聯軸器或大修軸承後的快速檢查。

標準與公差

動平衡校正並非「盡可能好」，而是「在公差範圍內」。公差由國際標準定義：

📏 主要動平衡標準
標準主題關鍵內容
ISO 1940-1 / ISO 21940-11平衡品質等級（G 等級）G 0.4–G 4000 量表。公式：U每 = (9 549×G×M)/n。G 6.3 為風機、泵、馬達的標準。
ISO 1940-2 / ISO 21940-2動平衡校正定義：不平衡類型、轉子分類、機器類型、品質術語。
ISO 14694工業風機針對工業風機的 BV 風機應用類別、平衡等級及振動限值指引。
ISO 10816 / ISO 20816機器振動評估測量運轉 結果 平衡品質。A/B/C/D 區分類別。
ISO 21940-12柔性轉子針對高於第一彎曲臨界轉速的轉子，採用多轉速、多平面程序。
ISO 21940-14動平衡程序多平面動平衡的一般程序。
API 610 / API 617石油泵 / 壓縮機參考 ISO 1940 G 等級作為轉子平衡要求。
ISO 1940-1 公差公式
U每 = (9 549 × G × M) / n
U每 = 允許殘餘不平衡（g·mm）| G = 等級（mm/s）| M = 質量（kg）| n = 最大 RPM

計算範例

案例 1：離心風機 — 單平面現場動平衡

機器： 22 kW 離心送風機，1 460 RPM，葉輪質量 38 kg。振動過大：驅動端軸承 8.2 mm/s RMS。FFT 確認主導 1× 峰值且相位穩定。

設定： Balanset-1A 感測器安裝於驅動端軸承，雷射測速儀安裝於軸。模式 F2（單平面 — L/D < 0.4）。

步驟 1： 初始運轉：47° 時 8.2 mm/s。

步驟 2： Trial weight: 15 g at 0° on fan hub, R = 200 mm.

步驟 3： 試運轉：112° 時 5.9 mm/s。

步驟 4： 軟體計算：校正 = 198° 處 22 g，R = 200 mm。

步驟 5： 在 198° 處安裝 22 g 焊接配重。移除試重。

步驟 6： 驗證： 0.9 mm/s。ISO 公差 G 6.3 → U每 = 1 570 g·mm。達成：~180 g·mm。✅ 通過。

案例 2：馬達-泵組 — 雙平面

機器： 45 kW 馬達 + 離心泵，2 950 RPM，轉子質量 55 kg。振動：驅動端軸承 6.1 mm/s，非驅動端軸承 4.8 mm/s。相位差 ~140° → 力偶不平衡。

設定： Balanset-1A two sensors (DE + NDE), mode F3. Correction planes: coupling hub (plane 1) and motor fan end (plane 2).

運轉： 初始 → 試重平面 1（0° 處 10 g）→ 試重平面 2（0° 處 8 g）。

結果： 軟體求解 2×2 矩陣。校正：平面 1 = 245° 處 18 g，平面 2 = 68° 處 12 g.

驗證： 驅動端： 0.7 mm/s，非驅動端： 0.5 mm/s. G 6.3 限值：1 122 g·mm。✅ 兩平面皆遠低於容許值。

案例 3：破碎機轉子 — 粗級 G 16

機器： 錘式破碎機，980 RPM，轉子質量 420 kg。更換錘頭後，振動上升至 14.5 mm/s。

規格： G 16（重型，嚴苛工況）。U每 = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g·mm.

程序： 單平面（盤狀轉子）。試重 150 g 置於 0° 邊緣。校正： 315° 處 280 g. 焊接鋼板。

結果： 2.8 mm/s. 殘餘不平衡約 5 600 g·mm。✅ 遠低於 G 16 限值。

  • ISO 1940-1: G 級容差系統 — 平衡結果的驗收標準。
  • ISO 1940-2: 詞彙 — 所有平衡術語的定義。
  • 平衡品質等級: 互動式 G 級計算機。
  • 不平衡: 平衡所校正的物理狀態。
  • ISO 14694: 風機專屬的 BV 類別與振動限值。
  • 諧波: 區分 1×（不平衡）與 2×（不對心）及其他倍頻。
  • 自然頻率: 剛性/柔性轉子邊界 — 對平衡方法至關重要。

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