什么是转子平衡？全面指南

定义：平衡的核心概念

转子平衡 平衡是改善旋转体（转子）质量分布的系统过程，以确保有效质量中心线与其真实几何中心线重合。当转子不平衡时，旋转过程中会产生离心力，导致过度振动、噪音、轴承寿命缩短，甚至可能导致灾难性故障。平衡的目标是通过在特定位置精确地增加或减少重量来最大限度地减小这些离心力，从而将振动降低到可接受的水平。

为什么平衡是一项关键的维护任务？

不平衡是旋转机械中最常见的振动源之一。进行精密平衡不仅仅是为了减少振动；它是一项关键的维护活动，具有显著的益处：

• 延长轴承寿命： 不平衡力直接传递到轴承。减少这些力可以显著延长轴承的寿命。
• 提高机器可靠性： 较低的振动可减少所有机器部件（包括密封件、轴和结构支撑）的压力，从而减少故障。
• 增强安全性： 高振动水平可能导致部件故障，对人员造成严重的安全隐患。
• 降低噪音水平 机械振动是工业噪音的主要来源。平衡良好的机器运行起来会安静得多。
• 降低能耗： 原本会被浪费在产生振动和热量上的能量被转化为有用的功，从而提高了效率。

平衡类型：静态与动态

平衡程序根据其校正的不平衡类型进行分类。主要分为静态平衡和动态平衡两种。

静态平衡（单平面平衡）

静态不平衡是指转子的质心偏离其旋转轴线。这通常表现为单个“重点”。静态平衡通过在重点对面180°方向施加一个校正砝码来校正这一不平衡。之所以称为“静态”，是因为这种不平衡在转子静止时（例如在刀口滚轮上）即可检测到。它适用于长径比较小的窄盘状转子，例如风扇、砂轮和飞轮。

动平衡（双平面平衡）

动态不平衡是一种更为复杂的情况，包括静态不平衡和“耦合”不平衡。当转子两端出现两个相等且相距 180° 的重点时，就会发生耦合不平衡。这会产生摇摆运动或力矩，只有在转子旋转时才能检测到。大多数转子都需要进行动平衡，尤其是长度大于直径的转子（例如电机电枢、轴和涡轮机）。动平衡需要在转子长度方向至少两个不同的平面上进行校正，以抵消力和耦合不平衡。

平衡程序：如何进行

现代平衡通常使用专门的设备和系统方法来执行，通常使用影响系数法：

1. 初始运行： 运行机器，测量由现有不平衡引起的初始振动幅度和相位角。使用振动传感器和转速表（用于相位参考）。
2. 试跑重量： 将已知的试验重量暂时附接到转子上，位于校正平面的已知角度位置。
3. 第二次运行： 机器再次运转，测量新的振动幅度和相位。振动的变化（矢量差）完全由试验重量引起。
4. 计算： 通过了解试验重量如何影响振动，平衡仪可以计算出“影响系数”。然后，该系数用于确定校正重量的精确量以及必须放置校正重量的精确角度，以抵消原始不平衡。
5. 更正和验证： 移除试重，安装计算出的永久校正重，并进行最终运行，以验证振动是否已降至可接受水平。对于双平面平衡，对第二个平面重复此过程。

相关标准和公差

可接受的振动水平不是任意的。它们由国际标准定义，其中最显著的是 ISO 21940 系列（取代了旧的 ISO 1940 标准）。这些标准定义了不同等级机械的“平衡质量等级”（例如 G 6.3、G 2.5、G 1.0）。G 值越低，公差越严格。这些等级用于根据给定转子的质量和运行转速计算其最大允许残余不平衡量，以确保其满足运行要求。

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