(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150046)
摘要：随着科学技术的不断发展，汽轮发电机组的单机容量不断增大，轴系和单转子变得更加细长。又由于受排汽结构的限制，单根转子尤其是低压转子的外伸段需要加长，而长外伸段转子的甩头作用即其转动惯量的影响，给低压转子进行厂内高速动平衡带来了很大困难，不少学者和机构都对这一问题做了深入研究。基于此，本文主要对汽轮机转子高速动平衡技术进行分析探讨。
关键词：汽轮机转子；高速动平衡技术
1、前言
随着旋转机械逐步向精密化、大型化、高速化方向发展，机械的剧烈震动对机械本身及周围带来一系列危害。利用H5U型硬支承平衡机，采用去(配)重方法校正失去动平衡的转子，对催化烟机转子、动力东区风电机转子、酸性水鼓风机转子、焦化鼓风机转子等进行动平衡校验，改变了以往必须送外做动平衡或更换新转子的情况，节约了设备配件资源。
2、机械动平衡概述
常用机械中包含大量的作旋转运动的零部件，例如各种传动轴、主轴、电动机和汽轮机的转子等，统称为回转体。
在理想情况下，回转体旋转与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但工程中的各种回转体，由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上引起振动产生噪音，加速了轴承磨损，缩短了机械寿命，严重时可能造成破坏性事故。为此，必须对转子进行平衡，使其达到允许的平衡精度等级，或使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内。转子产生的不平衡离心力，其值由下式计算:
式中:G为转子的质量，kg;e为转子重心对旋转轴线的偏移，即偏心距，mm;n为转子的转速，r/min;w为转子的角速度，rad/s;g为重力加速度9．8m/s2。由式(1)可知，重型或高转速的转子，即使具有很小的偏心距，也会引起极大的不平衡的离心力，成为轴或轴承的磨损、机器或基础振动的主要原因之一。所以，机器在装配时，转子必须进行平衡。转子不平衡有两种情况:①静不平衡，即转子主惯性轴与旋转轴线不相重合，但相互平行，即转子重心不在旋转轴线上，如图1(a)所示。
图1转子不平衡的三种情况
当转子旋转时，将产生不平衡的离心力;②动不平衡，即转子的主惯性轴与旋转轴线交错，且相交于转子的重心上，即转子的重心在旋转轴线上，如图1(b)所示。这时转子虽处于静平衡状态，但转子旋转时，将产生不平衡力矩。在大多数情况下，转子既存在静不平衡，又存在动不平衡，这种情况称静动不平衡。此时，转子主惯性轴线与旋转轴线既不重合，又不平行，而相交于转子旋转轴线中非重心的任何一点，如图1(c)所示。当转子旋转时，产生1个不平衡的离心力和1个力矩。转子静不平衡只须在1个平面(即校正正面)安装1个平衡重量，就可以使转子达到平衡，故又称单面平衡。平衡重量的数值和位置，在转子静力状态下确定，即将转子的颈搁置在水平刀刃支撑上，加以观察，就可以看出其不平衡状态，较重部分会向下转动，这种方法为静平衡。静平衡主要应用于转子端面之间的距离比轴承之间的距离小许多的盘形转子，如齿轮、飞轮、皮带轮等。转子动不平衡及静动不平衡必须在垂直于旋转轴的2个平面(即校正平面)内各加1个平衡重量，使转子达到平衡。平衡重量的数值和位置，必须使转子在动力状态下，即转子在旋转的情况下确定，这种方法为动平衡。因需2个平面作平衡校正，故又称双面平衡。
3、硬支承平衡机的工作原理
硬支承动平衡机其支承刚度大，转子支承系统固有频率远高于平衡转速。因支承系统的振幅很小，故转子系统的惯性力可忽略不计，且其支承系统用低阻尼结构。在这种小阻尼情况下，转子不平衡量所产生的振动频率远小于转子支承系统的固有频率，所以支承振幅与转子不平衡量成正比，且振动的相位和不平衡相同，现行硬支承平衡机工作原理如图2所示。
图2硬支承转子及支承系统
硬支承平衡机根据动反力NL、NＲ来确定两校正面上离心力FL和FＲ，从而确定两校正面上的不平衡量。由于测量是在轴承处，而校正是在选定两校正面上，所以它们之间的关系为动平衡关系;由于转子惯性力忽略不计，故支承反力和不平衡力是平衡的，由于各力都是变化矢量，故均可用复数表示，所以可推导出如下平衡方程:
FL=NL+(ANL–CNＲ)/B(2)
FＲ=NＲ+(ANL–CNＲ)/B(3)
由此可见，由不平衡量m1r1、m2r2所产生的离心力，仅与两轴承处反力NL、NＲ和轴承及校正面位置尺寸A、B、C有关。轴承处反动力可以通过传感器测出，各位置尺寸可以直接测量。最后的数据计算机辅助进行。
4、动平衡技术校验法和允许不平衡量计算
4．1动平衡的校验方法
(1)按转子轴颈大小及其所需旋转扭矩，选择相应的滚轮架和合适的万向节传动轴。
(2)测量转子安装轴承部位之间的距离，按照实际尺寸调节支承架之间的距离，使其和万向节传动轴连接达到合适尺寸并紧固，按转子轴颈尺寸参照滚轮架上的轴颈范围标尺，调节好滚轮架的高度并紧固。
(3)将转子吊装到支承架上，调节主轴驱动装置轴向端面的可逆式轮扳手，使万向节传动轴端面与转子连接端面贴合良好，在保证同心度的要求下，用螺丝紧固。
(4)选择质量和长短相同的螺栓，使万向节传动轴与转子均布连接并紧固，将安全防护罩罩好。
(5)以上准备工作在检查确认无误后回到操作台，按下ＲESET按钮，显示屏上将出现支承方式的选择，按数字钮选择支承方式。选定实际支承方式后，按“继续”钮，屏幕上依次显示a、c、c、r1、r2，按被校正转子实际尺寸输入a、c、c、r1、r2参数，通过“继续”按钮和数字按钮，依次输入显示方式面1或面2和极坐标m，选择去重或加重，设定公差值、设定转速。
(6)按转子质量、转子最大外径、初始不平衡量等选择平衡转速，并按转速标牌调整变速手柄的位置。若转子的初始不平衡量过大，甚至引起转子在滚轮架上跳动时，要先低速校正，有时虽然转子质量不大，但外径较大，影响拖动功率时，只能选择低速校正。
(7)以上操作经确认无误后，按起动按钮，缓慢旋转开速钮，当转子转速超过100r/min时，将自动显示转速，当转速达到预设转速的95%时，自动检测。当连续检测后，显示屏将显示测量结果。然后缓慢反方向旋转开速钮，直至转子回到静止状态。
(8)当转子停止旋转后按显示器显示位置找到转子相应点进行去(配)重。
(9)反复第(6)、(7)步骤直至转子剩余不平衡量达到要求。
4．2平衡质量等级
平衡品质或平衡质量等级G，每个级别以2．5倍为增量，表示回转体处于不平衡状态时回转体重心的线速度，G值越小则回转体旋转越平稳。ISO1940中，把刚性转子的平衡品质划分为11级，从G0．4到G4000，有G0．4、G1、G2．5、G6．3、G16、G40、G100、G250、G630、G1600、G4000。对于机床平衡等级一般应达到G6．3;机床驱动件，电机转子等应达到G2．5;对于磨床驱动件应2011－9－307机转子等应达到G2．5;对于磨床驱动件应达到G1．0;精密磨床的主轴、砂轮要求达到G0．4。
5、结语
动平衡技术在生产中的实际应用，极大节约了设备配件成本，能快速及时地对设备转子进行修复并重新投入使用，缩短了检修工期，保证了重要设备的正常运行，为装置平稳运行打好基础。
参考文献：
[1]梁铨等.柔性转子动平衡条件及实现方法[J].黑龙江科技学院学报，2007，17(3).
[2]云峰等.汽轮机转子振动实验系统及其动平衡[J].电站系统工程，2010，26(4).