理解多平面平衡
定义：什么是多平面平衡？
多平面平衡 是一种高级的 平衡 使用三个或更多个步骤的程序 校正平面 沿转子长度方向分布振动，以达到可接受的振动水平。这项技术是必要的。 柔性转子—转子在运行过程中会发生显著的弯曲或变形，因为它们的转速高于一个或多个 临界速度.
尽管 双平面平衡 对于大多数刚性转子来说，多平面平衡就足够了；多平面平衡扩展了这一原理，以适应柔性转子在高速运动时表现出的复杂挠曲形状（模态形状）。.
何时需要进行多平面平衡？
在以下几种特定情况下，多平面平衡是必要的：
1. 柔性转子在临界转速以上运行
最常见的应用是 柔性转子—细长的转子，其运行速度高于其第一（有时是第二或第三）临界转速。例如：
- 蒸汽轮机和燃气轮机转子
- 高速压缩机轴
- 造纸机卷筒
- 大型发电机转子
- 离心机转子
- 高速主轴
这些转子在运行过程中会发生显著的弯曲，其挠曲形状会随转速和激励模式的变化而变化。仅靠两个校正平面不足以控制所有运行转速下的振动。.
2. 超长刚性转子
即使是一些刚性转子，如果相对于其直径而言非常长，也可以通过三个或更多个校正平面来最大限度地减少沿轴上多个轴承位置的振动。.
3. 具有复杂质量分布的转子
具有多个圆盘、轮子或叶轮且位于不同轴向位置的转子可能需要对每个元件进行单独平衡，从而形成多平面平衡程序。.
4. 当双平面平衡不足以解决问题时
如果双平面平衡尝试降低了测量轴承位置的振动，但转子中间位置（例如跨中挠度）的振动仍然很高，则可能需要额外的校正平面。.
挑战：柔性转子动力学
柔性转子带来了独特的挑战，使得多平面平衡变得复杂：
模态形状
当柔性转子穿过 临界速度, 它以称为模态形状的特定模式振动。第一模态通常表现为轴弯曲成一条平滑的弧线，第二模态表现为中间有一个节点的S形曲线，更高阶的模态则表现为越来越复杂的形状。每种模态都需要特定的校正配重分布。.
速度依赖行为
柔性转子的不平衡响应随转速变化显著。在某一转速下有效的校正方法，在另一转速下可能无效，甚至适得其反。多平面平衡必须考虑整个运行转速范围。.
交叉耦合效应
在多平面平衡中，任何一个平面上的校正砝码都会影响所有测量位置的振动。当校正平面数量为三个、四个或更多时，其数学关系将比双平面平衡复杂得多。.
多平面平衡程序
该程序扩展了 影响系数法 用于双平面平衡：
第一步：初始测量
在目标运行转速下，测量转子沿线多个位置（通常是每个轴承处，有时也会测量中间位置）的振动。对于柔性转子，可能需要在多个转速下进行测量。.
步骤二：定义校正平面
确定 N 个可添加配重的修正平面。这些配重应沿转子长度方向分布在易于操作的位置，例如联轴器法兰、轮辋或专门设计的平衡环。.
步骤 3：连续试验体重运行
进行 N 次试验，每次试验 试验重量 在一个校正平面内。例如，有四个校正平面：
- 运行 1：仅在 1 号平面上进行试验重量测试
- 运行 2：仅在 2 号平面上进行试验重量
- 运行 3：仅在 3 号平面上进行试验重量
- 第四次试验：仅在第四平面上进行试验。
每次运行期间，测量所有传感器位置的振动情况。这将构建一个完整的影响系数矩阵，描述每个校正平面如何影响每个测量点。.
第四步：计算修正权重
平衡软件通过求解 N 个联立方程组（其中 N 为校正平面的数量）来计算最优解。 校正权重 对每个平面都进行这样的计算。这种计算需要用到矩阵代数，过于复杂，无法手动完成——必须使用专门的软件。.
步骤 5：安装和验证
同时安装所有计算出的修正配重，并验证振动水平。对于柔性转子，应在整个运行速度范围内进行验证，以确保在所有速度下振动均在可接受范围内。.
模态平衡：一种替代方法
对于高度柔性转子，一种称为 模态平衡 与传统的多平面平衡相比，模态平衡可能更有效。模态平衡针对的是特定的振动模态，而非特定的转速。通过计算与转子固有模态相匹配的修正权重，它可以用更少的试验次数获得更好的结果。然而，这种方法需要复杂的分析工具和对转子动力学的深入理解。.
复杂性和实际考量
多平面平衡比双平面平衡复杂得多：
试运行次数
所需的试运行次数与平面数量呈线性增长。一台四平面天平需要四次试运行，加上初始运行和验证运行——总共需要启动和停止六次。这会增加成本、时间，并加剧机器磨损。.
数学复杂性
求解 N 个校正权重需要对 N×N 矩阵求逆，这计算量很大，如果测量有噪声或校正平面位置不佳，则数值可能不稳定。.
测量精度
由于多平面平衡需要求解多个联立方程，因此其测量误差和噪声的影响比双平面平衡更大。高质量的传感器和细致的数据采集至关重要。.
矫正平面可达性
找到 N 个易于接近且有效的校正平面位置可能具有挑战性，尤其是在最初并非为多平面平衡而设计的机器上。.
设备和软件要求
多平面平衡需要：
- 高级平衡软件： 能够处理 N×N 影响系数矩阵并求解复杂的向量方程组。.
- 多个振动传感器： 建议至少使用 N 个传感器（每个测量位置一个），不过有些仪器可以通过在运行之间重新定位传感器来减少传感器的数量。.
- 转速表/相控表： 对准确性至关重要 阶段 测量。.
- 经验丰富的人员： 多平面平衡的复杂性要求技术人员接受过转子动力学和振动分析方面的高级培训。.
典型应用
多平面平衡是高速机械行业中的标准做法：
- 发电： 大型蒸汽和燃气轮机发电机组
- 石油化工： 高速离心式压缩机和涡轮膨胀机
- 纸浆和造纸： 长型造纸机烘干卷筒和压延卷筒
- 航天： 飞机发动机转子和涡轮机械
- 制造业： 高速机床主轴
在这些应用中，对多平面平衡的投资是合理的，因为设备至关重要，故障后果严重，而且运行振动极小，运行效率也会提高。.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 