大型电机的转子现场动平衡技术应用

马海余，陆 晨

（中国石油兰州石化公司检维修中心，甘肃 兰州 730060）

某炼油厂重催装置2#主风机组是催化装置的关键机组，由压缩机、增速器和电动机组成。在装置多年运行过程中，其电动机一直存在振动过大问题，尤其是电机驱动端振动最大，开机时空载轴振动最高达到100μm，经频谱分析判断为电机转子动平衡不良故障，需要对转子进行动平衡校正。

一般转子的动平衡校正都是在动平衡机上进行，前期需拆解设备，抽出转子以便上动平衡机进行校正。但该电机体积较大，整机重达29 t，现场空间不足，无法抽出电机转子，并且若是返厂家作动平衡，需要吊车、卡车配合，电机返厂后仍然需要进行拆解，完成整个动平衡作业工期较长，不经济、效率低。因此，利用现场动平衡技术优势，对该电机进行现场动平衡校正，具有实际意义。

1 电机运行情况概述

1.1 电机参数

型号：Y900-4；功率：9 000 kW；电压：6 000 V；电流：988 A；转速：1 480 r/min；整机重量：29 t；转子重量：7 t；制造厂家：兰州电机厂。

1.2 电机振动分析

1.2.1 振动值2#主风机组正常运行时，电机驱动端轴承座振动速度值和轴振动位移值较大，自由端略小，具体数据见表1、2。

表1 电机前后轴承座振动速度值

表2 电机轴振动位移值

1.2.2 频谱分析2019年5月6日，装置停工前采集的电机轴承座振动速度频谱见图1，轴振动位移频谱见图2。

图1 电机前后轴承座水平、垂直和轴向振动速度频谱

图2 电机驱动端和自由端轴振动位移频谱图

速度和位移频谱中主要振动频率为1X，转频谐波分量很少且幅值很小，驱动端振动值大于自由端，综合判断电机转子存在不平衡故障，且转子不平衡量主要集中在驱动端。下面将采用现场动平衡方法对转子进行平衡校正。

2 现场动平衡原理概述

2.1 刚性转子和挠性转子的区分

转子通常分为2类即刚性转子和柔性转子。一般来说，工作转速低于1阶临界转速的转子称为刚性转子（即在工作和动平衡时都不产生弹性变形），而把工作转速接近或高于1阶临界转速的转子称为柔性转子（工作时产生弹性弯曲变形）。工程实际中，很多旋转零部件如减速器主轴、风机主轴、电动机主轴的抗弯刚度很大，都可视为刚性转子；而汽轮机、压缩机等高速设备，其工作转速大于临界转速，则视为挠性转子。

2.2 影响系数法

刚性转子动平衡分单面和双面，单面平衡主要应用于薄转子（如：泵和通风机叶轮），双面平衡主要应用于长转子（如：电机、汽轮机和压缩机转子）。单面平衡是双面平衡的特例，单面和双面动平衡的理论基础都是影响系数法，即在选定的平衡转速下，通过加重试验求出加重对振动的影响系数，再根据影响系数求出应该加的平衡重量，并且在动平衡过程中，平衡转速必须保持恒定。

单面动平衡的具体步骤如下：

（2）在转子上试加重，测取加重后振动；

（3）计算加重对振动的影响：

（4）计算转子上的不平衡重量，所有运算采用矢量运算法则；

则即为平衡转子所需的配重。

2.3 双面动平衡方法

双面动平衡步骤：

（1）开启电机，至工作转速后，测取初始状态下2端轴承座A和B同方向的振动和，停机；

（4）进行以下矢量运算：

求解二元二次方程组：

3 电机现场动平衡工艺过程

3.1 准备工作

2019年5月21日，对2#主风机组电机实施现场动平衡作业。

（1）布置振动探头和仪器，振动传感器安装在电机驱动端和自由端轴承座的水平方向上；

（2）在电机转轴外圆面上粘贴标识键相的反光标贴，并确定0度位；

（3）安装激光转速计，调试并保证激光准确打到反光标贴上；

（4）测量转子配重面半径，按照经验公式计算试重质量，做好试重块。

3.2 电机转子不平衡响应测试

通过测量电机停机过程的幅值—相位图，了解转子系统不平衡响应特性，估计不平衡点方位。转子驱动端不平衡方位在305°，自由端不平衡方位在17°。试加重角度可选择驱动端125°，自由端197°。双面动平衡实验数据见表3。

表3 双面动平衡实验数据

由表可以看出，电机转子双面配重质量较大，焊接此重量配重块存在一定困难，因此还需要运用单面影响系数法进行对比分析，见表4、5。

表4 L面单面动平衡分析

表5 R面单面动平衡分析

通过对计算出的单面动平衡配重结果数据进行分析发现，L面加重角度102°与双面动平衡计算结果一致，但配重质量差别较大；R面配重角度与质量都和双面动平衡结果差别较大。

基于以上数据分析认为，L面（驱动端）平衡配重对电机前后端轴承座振动影响较大，并且L面的配重角度较为准确，R面配重角度差异较大。因此，加重方案确定为在L面的∠101°加配重，质量不超过1.6 kg，如果电机振动明显下降，则R面不再进行配重，动平衡工作结束；若振动下降未达到理想值，则继续采用单面或双面法进行平衡校正。

4 结束语

运用现场动平衡技术，对催化装置2#主风机组电机进行现场平衡校正，平衡效果显著。石化、电力行业的大型通风机、汽轮机等转动设备亦可进行现场动平衡，其技术优势不但有利于缩短检修工期、更能创造巨大的经济效益，值得推广应用。