刚性发电机转子动平衡试验方法探讨

罗绵辉+秦竹青

摘要： 介绍了刚性转子动平衡技术，以广州广重企业集团生产的发电机转子为对象，探讨刚性发电机转子的动平衡试验方法。通过试验，较好地完成了转子的动平衡校正工作，使转子运行振动值达到了合格标准以内。

Abstract： This article introduces rigid rotor dynamic balancing technology. Taking Guangzhou Guangzhong Enterprise Group generator rotor group production as the object， the rigid generator dynamic balance test method is discussed. Through the experiment， the rotor dynamic balance correction is completed well， making therotor vibration value achieve the standard.

关键词： 动平衡；发电机转子；刚性

Key words： dynamic balancing；generator rotor；rigidity

中图分类号：TV734.20 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）09-0018-02

0 引言

工业汽轮发电机组的发电机转子由于设计、结构特点，以及材质不均匀、制造安装过程的误差等原因，使得实际转子的中心惯性主轴偏离其旋转轴，因此当转子旋转时其惯性力系不是一个平衡力系，即转子存在不平衡。当转子高速旋转时，转子的挠曲和内力增大，使机械产生剧烈的振动和噪声，加速旋转件的磨损，降低机械设备的精度和可靠性，严重时引起焊缝开裂、结构疲劳断裂等机械故障。这些都将直接使旋转机械工作效率和可靠性下降。解决这类问题的方法就是对转子进行动平衡，本文以广州广重企业集团生产的发电机转子为例，利用DH8高速动平衡机进行动平衡校正试验，来探讨刚性发电机转子的动平衡试验方法。

1 刚性发电机转子动平衡原理

所谓刚性转子，是指工作转速低于一阶临界转速的转子。这类转子在旋转时基本不产生挠曲变形，不平衡主要由转子自身的质心偏离造成的。从平衡技术的角度来看，工作转速低于一阶临界转速的60%以下的转子，都可按刚性转子进行动平衡。

转子自身的质心偏离造成刚性转子的不平衡，而进行动平衡的目的在于消除这种质心偏离，因此在低速下进行平衡即可。由于不考虑转子的挠曲变形，故由离心力和离心力力矩的平衡方程就可获得平衡条件。

刚性转子的任意不平衡均可以用两个校正平面内的校正质量加以平衡。转子经过平衡后，在一定精度范围内，其离心惯性力系是一个平衡力系，其某一中心惯性主轴与旋转轴重合。刚性转子一旦在某一转速下平衡以后，不论在任何转速下，它总是保持平衡的。[1]

2 DH8高速动平衡机

高速动平衡机DH8是德国申克公司开发生产，包含振动测量系数、真空系数、计算机辅助计算系统等。其中计算机辅助计算系统根据影响系数法原理，对转子振动信号进行分析处理，计算影响系数，得出最佳配重质量及其相位，实现转子全速动平衡。转子高速动平衡试验在真空环境下进行。DH8高速动平衡机参数：最大转子重量：32000Kg；最大转子直径：9000mm；最高运行转速：

8000rpm。

动平衡机按系统力学特性的不同分为软支承和硬支承两大类。软支承平衡机指平衡转速远高于转子支承系统固有频率的平衡机，也称测位移式动平衡机，多用于轻小转子的平衡；硬支承平衡机指平衡转速低于转子支承系统固有频率的平衡机，也称测力式动平衡机。硬支承动平衡机以其高精度、永久性标定和结构坚固可靠的优越性，在越来越大的范围取代了软支承动平衡机[2]。DH8采用的是硬支承。硬支承平衡机的刚度很大。当工件旋转产生的不平衡离心力不能使支承架产生较大的振动信号时。转子的不平衡量以交变动压力的形式作用于支承架上，它包含不平衡的大小和相位信息。[3]

3 600KW发电机转子动平衡试验

3.1 转子情况 该发电机转子由广州广重企业集团有限公司生产，功率：6000KW，型号：QF6-4 10.5KV，重量8630kg，额定转速1500rpm，一阶临界转速3063rpm，两轴承中心距3060mm，转子总长4095mm。本次动平衡试验是该转子出厂前首次进行动平衡校正。

3.2 转子有两个平衡面，试验步骤 ①转子在无试加重的原始状态下运转500rpm，保持15分钟，记录振动数据run1；②在两个平衡面进行第一次低速配重；③运转于工作转速1500rpm，记录振动数据run2；④在两个平衡面进行第一次高速配重；⑤进行超速实验，将转子转速增加至1800rpm，保持两分钟，密切关注转子振动值，若振动值超过最大允许值时，则应立即停机，再一次进行低速及高速实验；⑥超速实验之后，进行第二次低速试验，让转子运转于500rpm，记录振动数据run3，然后进行第二次低速配重；⑦再一次运转于工作转速1500rpm，记录振动数据run4，并进行第二次高速配重；⑧完成配重后将转子运行于工作转速，记录振动数据run5。⑨若转子振动值符合要求，则动平衡试验结束；反之，则在run5基础上重新计算两个平衡面的影响系数，继续进行配重工作，直至转子振动符合要求为止[4]。

3.3 试验振动评价标准 ①转子动平衡低速试验。根据ISO1940-1转子平衡品质级别要达到G2.5，要求转子经平衡校正后，在转速n=500rpm时，转子单边轴承座位置的剩余不平衡量不大于59.989kg·mm。②转子动平衡高速试验。要求在额定转速1500rpm时，其振动幅值轴承垂直和水平方向的振动不超过20um。③超速试验。对于新转子应在1.2倍额定转速的速度下进行超速试验，持续运转2分钟，无异常即可。本次试验的发电机转子超速转速为1800rpm。

3.4 试验结果 ①转子经平衡校正后，在工作转速500rpm时，轴承座位置的为：汽端剩余不平衡量17.2kg·mm，励端剩余不平衡量16.1kg·mm。②经平衡校正后，在工作转速1500rpm时，轴承座位置的剩余不平衡量如表1、图1所示。③转子在超速转速1800rpm时运行2分钟，无异常。

3.5 试验结果分析 经动平衡校正后，发电机转子两个轴承座位置的剩余不平衡量均达到动平衡合格要求，因此认定经动平衡校正后的结果是合格的。

4 结论

对6000KW发电机转子进行动平衡试验，较好地减少了转子的不平衡量，降低了转子振动值，使转子的振动达到了运行合格标准以内。这表明通过高低速运转配重的方法进行发电机转子高速动平衡试验，是能满足生产运行需求的。

参考文献：

[1]何为等.转子动平衡及不平衡响应试验研究[J].工业汽轮机，2011，04.

[2]李菊丽等.刚性转子动平衡的关键技术分析[J].工艺与检测，2010，11.

[3]胡光辉等.刚性转子动平衡机的实验测试原理及算法分析[J].交通标准化，2007，06.

[4]徐兴科等.刚性转子的动平衡[J].中国设备工程，2002，03.endprint

摘要： 介绍了刚性转子动平衡技术，以广州广重企业集团生产的发电机转子为对象，探讨刚性发电机转子的动平衡试验方法。通过试验，较好地完成了转子的动平衡校正工作，使转子运行振动值达到了合格标准以内。

Abstract： This article introduces rigid rotor dynamic balancing technology. Taking Guangzhou Guangzhong Enterprise Group generator rotor group production as the object， the rigid generator dynamic balance test method is discussed. Through the experiment， the rotor dynamic balance correction is completed well， making therotor vibration value achieve the standard.

关键词： 动平衡；发电机转子；刚性

Key words： dynamic balancing；generator rotor；rigidity

中图分类号：TV734.20 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）09-0018-02

0 引言

工业汽轮发电机组的发电机转子由于设计、结构特点，以及材质不均匀、制造安装过程的误差等原因，使得实际转子的中心惯性主轴偏离其旋转轴，因此当转子旋转时其惯性力系不是一个平衡力系，即转子存在不平衡。当转子高速旋转时，转子的挠曲和内力增大，使机械产生剧烈的振动和噪声，加速旋转件的磨损，降低机械设备的精度和可靠性，严重时引起焊缝开裂、结构疲劳断裂等机械故障。这些都将直接使旋转机械工作效率和可靠性下降。解决这类问题的方法就是对转子进行动平衡，本文以广州广重企业集团生产的发电机转子为例，利用DH8高速动平衡机进行动平衡校正试验，来探讨刚性发电机转子的动平衡试验方法。

1 刚性发电机转子动平衡原理

所谓刚性转子，是指工作转速低于一阶临界转速的转子。这类转子在旋转时基本不产生挠曲变形，不平衡主要由转子自身的质心偏离造成的。从平衡技术的角度来看，工作转速低于一阶临界转速的60%以下的转子，都可按刚性转子进行动平衡。

转子自身的质心偏离造成刚性转子的不平衡，而进行动平衡的目的在于消除这种质心偏离，因此在低速下进行平衡即可。由于不考虑转子的挠曲变形，故由离心力和离心力力矩的平衡方程就可获得平衡条件。

刚性转子的任意不平衡均可以用两个校正平面内的校正质量加以平衡。转子经过平衡后，在一定精度范围内，其离心惯性力系是一个平衡力系，其某一中心惯性主轴与旋转轴重合。刚性转子一旦在某一转速下平衡以后，不论在任何转速下，它总是保持平衡的。[1]

2 DH8高速动平衡机

高速动平衡机DH8是德国申克公司开发生产，包含振动测量系数、真空系数、计算机辅助计算系统等。其中计算机辅助计算系统根据影响系数法原理，对转子振动信号进行分析处理，计算影响系数，得出最佳配重质量及其相位，实现转子全速动平衡。转子高速动平衡试验在真空环境下进行。DH8高速动平衡机参数：最大转子重量：32000Kg；最大转子直径：9000mm；最高运行转速：

8000rpm。

动平衡机按系统力学特性的不同分为软支承和硬支承两大类。软支承平衡机指平衡转速远高于转子支承系统固有频率的平衡机，也称测位移式动平衡机，多用于轻小转子的平衡；硬支承平衡机指平衡转速低于转子支承系统固有频率的平衡机，也称测力式动平衡机。硬支承动平衡机以其高精度、永久性标定和结构坚固可靠的优越性，在越来越大的范围取代了软支承动平衡机[2]。DH8采用的是硬支承。硬支承平衡机的刚度很大。当工件旋转产生的不平衡离心力不能使支承架产生较大的振动信号时。转子的不平衡量以交变动压力的形式作用于支承架上，它包含不平衡的大小和相位信息。[3]

3 600KW发电机转子动平衡试验

3.1 转子情况 该发电机转子由广州广重企业集团有限公司生产，功率：6000KW，型号：QF6-4 10.5KV，重量8630kg，额定转速1500rpm，一阶临界转速3063rpm，两轴承中心距3060mm，转子总长4095mm。本次动平衡试验是该转子出厂前首次进行动平衡校正。

3.2 转子有两个平衡面，试验步骤 ①转子在无试加重的原始状态下运转500rpm，保持15分钟，记录振动数据run1；②在两个平衡面进行第一次低速配重；③运转于工作转速1500rpm，记录振动数据run2；④在两个平衡面进行第一次高速配重；⑤进行超速实验，将转子转速增加至1800rpm，保持两分钟，密切关注转子振动值，若振动值超过最大允许值时，则应立即停机，再一次进行低速及高速实验；⑥超速实验之后，进行第二次低速试验，让转子运转于500rpm，记录振动数据run3，然后进行第二次低速配重；⑦再一次运转于工作转速1500rpm，记录振动数据run4，并进行第二次高速配重；⑧完成配重后将转子运行于工作转速，记录振动数据run5。⑨若转子振动值符合要求，则动平衡试验结束；反之，则在run5基础上重新计算两个平衡面的影响系数，继续进行配重工作，直至转子振动符合要求为止[4]。

3.3 试验振动评价标准 ①转子动平衡低速试验。根据ISO1940-1转子平衡品质级别要达到G2.5，要求转子经平衡校正后，在转速n=500rpm时，转子单边轴承座位置的剩余不平衡量不大于59.989kg·mm。②转子动平衡高速试验。要求在额定转速1500rpm时，其振动幅值轴承垂直和水平方向的振动不超过20um。③超速试验。对于新转子应在1.2倍额定转速的速度下进行超速试验，持续运转2分钟，无异常即可。本次试验的发电机转子超速转速为1800rpm。

3.4 试验结果 ①转子经平衡校正后，在工作转速500rpm时，轴承座位置的为：汽端剩余不平衡量17.2kg·mm，励端剩余不平衡量16.1kg·mm。②经平衡校正后，在工作转速1500rpm时，轴承座位置的剩余不平衡量如表1、图1所示。③转子在超速转速1800rpm时运行2分钟，无异常。

3.5 试验结果分析 经动平衡校正后，发电机转子两个轴承座位置的剩余不平衡量均达到动平衡合格要求，因此认定经动平衡校正后的结果是合格的。

4 结论

对6000KW发电机转子进行动平衡试验，较好地减少了转子的不平衡量，降低了转子振动值，使转子的振动达到了运行合格标准以内。这表明通过高低速运转配重的方法进行发电机转子高速动平衡试验，是能满足生产运行需求的。

参考文献：

[1]何为等.转子动平衡及不平衡响应试验研究[J].工业汽轮机，2011，04.

[2]李菊丽等.刚性转子动平衡的关键技术分析[J].工艺与检测，2010，11.

[3]胡光辉等.刚性转子动平衡机的实验测试原理及算法分析[J].交通标准化，2007，06.

[4]徐兴科等.刚性转子的动平衡[J].中国设备工程，2002，03.endprint

摘要： 介绍了刚性转子动平衡技术，以广州广重企业集团生产的发电机转子为对象，探讨刚性发电机转子的动平衡试验方法。通过试验，较好地完成了转子的动平衡校正工作，使转子运行振动值达到了合格标准以内。

Abstract： This article introduces rigid rotor dynamic balancing technology. Taking Guangzhou Guangzhong Enterprise Group generator rotor group production as the object， the rigid generator dynamic balance test method is discussed. Through the experiment， the rotor dynamic balance correction is completed well， making therotor vibration value achieve the standard.

关键词： 动平衡；发电机转子；刚性

Key words： dynamic balancing；generator rotor；rigidity

中图分类号：TV734.20 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）09-0018-02

0 引言

工业汽轮发电机组的发电机转子由于设计、结构特点，以及材质不均匀、制造安装过程的误差等原因，使得实际转子的中心惯性主轴偏离其旋转轴，因此当转子旋转时其惯性力系不是一个平衡力系，即转子存在不平衡。当转子高速旋转时，转子的挠曲和内力增大，使机械产生剧烈的振动和噪声，加速旋转件的磨损，降低机械设备的精度和可靠性，严重时引起焊缝开裂、结构疲劳断裂等机械故障。这些都将直接使旋转机械工作效率和可靠性下降。解决这类问题的方法就是对转子进行动平衡，本文以广州广重企业集团生产的发电机转子为例，利用DH8高速动平衡机进行动平衡校正试验，来探讨刚性发电机转子的动平衡试验方法。

1 刚性发电机转子动平衡原理

所谓刚性转子，是指工作转速低于一阶临界转速的转子。这类转子在旋转时基本不产生挠曲变形，不平衡主要由转子自身的质心偏离造成的。从平衡技术的角度来看，工作转速低于一阶临界转速的60%以下的转子，都可按刚性转子进行动平衡。

转子自身的质心偏离造成刚性转子的不平衡，而进行动平衡的目的在于消除这种质心偏离，因此在低速下进行平衡即可。由于不考虑转子的挠曲变形，故由离心力和离心力力矩的平衡方程就可获得平衡条件。

刚性转子的任意不平衡均可以用两个校正平面内的校正质量加以平衡。转子经过平衡后，在一定精度范围内，其离心惯性力系是一个平衡力系，其某一中心惯性主轴与旋转轴重合。刚性转子一旦在某一转速下平衡以后，不论在任何转速下，它总是保持平衡的。[1]

2 DH8高速动平衡机

高速动平衡机DH8是德国申克公司开发生产，包含振动测量系数、真空系数、计算机辅助计算系统等。其中计算机辅助计算系统根据影响系数法原理，对转子振动信号进行分析处理，计算影响系数，得出最佳配重质量及其相位，实现转子全速动平衡。转子高速动平衡试验在真空环境下进行。DH8高速动平衡机参数：最大转子重量：32000Kg；最大转子直径：9000mm；最高运行转速：

8000rpm。

动平衡机按系统力学特性的不同分为软支承和硬支承两大类。软支承平衡机指平衡转速远高于转子支承系统固有频率的平衡机，也称测位移式动平衡机，多用于轻小转子的平衡；硬支承平衡机指平衡转速低于转子支承系统固有频率的平衡机，也称测力式动平衡机。硬支承动平衡机以其高精度、永久性标定和结构坚固可靠的优越性，在越来越大的范围取代了软支承动平衡机[2]。DH8采用的是硬支承。硬支承平衡机的刚度很大。当工件旋转产生的不平衡离心力不能使支承架产生较大的振动信号时。转子的不平衡量以交变动压力的形式作用于支承架上，它包含不平衡的大小和相位信息。[3]

3 600KW发电机转子动平衡试验

3.1 转子情况 该发电机转子由广州广重企业集团有限公司生产，功率：6000KW，型号：QF6-4 10.5KV，重量8630kg，额定转速1500rpm，一阶临界转速3063rpm，两轴承中心距3060mm，转子总长4095mm。本次动平衡试验是该转子出厂前首次进行动平衡校正。

3.2 转子有两个平衡面，试验步骤 ①转子在无试加重的原始状态下运转500rpm，保持15分钟，记录振动数据run1；②在两个平衡面进行第一次低速配重；③运转于工作转速1500rpm，记录振动数据run2；④在两个平衡面进行第一次高速配重；⑤进行超速实验，将转子转速增加至1800rpm，保持两分钟，密切关注转子振动值，若振动值超过最大允许值时，则应立即停机，再一次进行低速及高速实验；⑥超速实验之后，进行第二次低速试验，让转子运转于500rpm，记录振动数据run3，然后进行第二次低速配重；⑦再一次运转于工作转速1500rpm，记录振动数据run4，并进行第二次高速配重；⑧完成配重后将转子运行于工作转速，记录振动数据run5。⑨若转子振动值符合要求，则动平衡试验结束；反之，则在run5基础上重新计算两个平衡面的影响系数，继续进行配重工作，直至转子振动符合要求为止[4]。

3.3 试验振动评价标准 ①转子动平衡低速试验。根据ISO1940-1转子平衡品质级别要达到G2.5，要求转子经平衡校正后，在转速n=500rpm时，转子单边轴承座位置的剩余不平衡量不大于59.989kg·mm。②转子动平衡高速试验。要求在额定转速1500rpm时，其振动幅值轴承垂直和水平方向的振动不超过20um。③超速试验。对于新转子应在1.2倍额定转速的速度下进行超速试验，持续运转2分钟，无异常即可。本次试验的发电机转子超速转速为1800rpm。

3.4 试验结果 ①转子经平衡校正后，在工作转速500rpm时，轴承座位置的为：汽端剩余不平衡量17.2kg·mm，励端剩余不平衡量16.1kg·mm。②经平衡校正后，在工作转速1500rpm时，轴承座位置的剩余不平衡量如表1、图1所示。③转子在超速转速1800rpm时运行2分钟，无异常。

3.5 试验结果分析 经动平衡校正后，发电机转子两个轴承座位置的剩余不平衡量均达到动平衡合格要求，因此认定经动平衡校正后的结果是合格的。

4 结论

对6000KW发电机转子进行动平衡试验，较好地减少了转子的不平衡量，降低了转子振动值，使转子的振动达到了运行合格标准以内。这表明通过高低速运转配重的方法进行发电机转子高速动平衡试验，是能满足生产运行需求的。

参考文献：

[1]何为等.转子动平衡及不平衡响应试验研究[J].工业汽轮机，2011，04.

[2]李菊丽等.刚性转子动平衡的关键技术分析[J].工艺与检测，2010，11.

[3]胡光辉等.刚性转子动平衡机的实验测试原理及算法分析[J].交通标准化，2007，06.

[4]徐兴科等.刚性转子的动平衡[J].中国设备工程，2002，03.endprint