一、轉子平衡概念

1. 轉子不平衡

質量不平衡一般定義為：轉子的質量相對旋轉中心線分布不均勻，或者按照國際標準化組織（ISO）定義：“…以離心力的形式作用于轉子軸承上的激振力或運動”。

調整轉子質量分布，使其質心偏移回轉中心的距離減小，這個過程稱為平衡。

2. 高點

高點是指轉子產生最大振動位移時的角位置。具體為，當轉子和振動探頭之間的距離最近時，轉子上與振動探頭所對應的那一點任一時刻的角位置；也就是當振動探頭產生正的振動峰值信號時，轉子與振動探頭對應點的位置。高點會隨轉子動力特性的變化而移動。

3. 重點

重點是指在某一斷面處轉子不平衡向量的角位置。重點實際上就是轉子質心的角位置。重點與轉子的質量分布有關，當有異物附著在轉子上以及轉子上有物件脫落或滑移時，重點會發(fā)生改變；但是，重點不隨轉速變化。

4. 機械滯后角

重點和高點之間的夾角稱為機械滯后角。對應于不同的轉速，會有不同的機械滯后角。在剛性轉子上高點和重點基本是重合的。臨界轉速時滯后角等于90°；遠高于第一臨界轉速時，滯后角接近180°。

5. 振動影響系數(shù)

在轉速一定情況下，在轉子的某一加重平面加上單位重量，引起某軸承的某個方向振動的變化，稱為在該轉速時這一平面加重對這一軸承這一方向的振動影響系數(shù)。影響系數(shù)反映了轉子的不平衡靈敏度。

6. 低速動平衡與高速動平衡

低速動平衡一般在平衡臺上完成，通常平衡轉速為50～400r/min；在工作轉速下的平衡，稱為高速動平衡。在現(xiàn)場平衡工作中的闡述略有不同，對于臨界轉速以下的平衡泛指低速平衡，而高于臨界轉速的平衡為高速平衡。

7. 轉子振型

對剛性轉子，兩端軸承振動相位同相為圓柱形振動，反相為圓錐形振動。對撓性轉子，兩端軸承振動相位同相為一階振型、三階振型、…，反相為二階振型、四階振型、…。

二、不平衡量單位

1. 不平衡量表示方法

不平衡導致的振動可以用振動位移、速度或加速度的單位來度量，實際的不平衡量單位通常用不平衡質量乘以它距離轉軸中心線的距離或半徑。例如，在半徑20厘米位置上有個6克的不平衡質量，不平衡量就是120 克·厘米（6g×20cm=120g·cm）。

2. 不平衡振動表示方法

便攜式振動分析儀并不直接顯示不平衡大小，而是用振動位移（μm）、速度（mm/s）或加速度的單位（m/s²）來度量不平衡振幅。因為不平衡量與不平衡振動幅值成正比，所以用振幅就可以表示不平衡量大小。

現(xiàn)場設備動平衡時，測量不平衡引起的振幅，一般低速下用位移，高速下使用速度或加速度。因為當支撐動剛度一定的時候，轉子位移是轉子不平衡力的單值函數(shù)，所以采用位移振幅效果最佳。

3. 不平衡力

不平衡可以產生破壞性的力和振動。不平衡產生的力大小取決于不平衡量和設備旋轉速度（RPM）。

從計算公式中可以看出，不平衡力與轉速平方成正比，轉速變?yōu)樵瓉淼?倍，產生的不平衡力就變?yōu)樵瓉淼? 倍。說明有時很小的不平衡質量，有時也會產生巨大的、甚至具有破壞性的力。

三、確定加重位置

1. 單軸系剛性轉子加重平面確定

當轉速<1800轉/分、長徑比(L/D)≤0.5，或轉速<900轉/分時，離心慣性力偶很小，可認為轉子處于靜不平衡狀態(tài)。因此只需一個平衡平面即可滿足平衡要求。

當轉速>900轉/分、長徑比(L/D)>0.5，或轉速>1800轉/分時，必須在轉動狀態(tài)下、在兩個平衡平面上進行校正處理。事實上相對較窄的轉子在較高轉速下，如3000轉/分，進行單面平衡依然可取的較好的平衡效果。

2. 多軸系單轉子平衡適用范圍

2.1相鄰兩轉子臨界轉速有明顯的間隔

2.2軸系中只有1個或2個轉子存在明顯不平衡

2.3相鄰轉子質量差別比較大

2.4兩個不平衡轉子中間有一個平衡良好的轉子相隔。

3. 多軸系加重平面依據

3.1聯(lián)軸器加重：相鄰兩軸承效應應相同

3.2在轉子外伸端加重：在一階臨界轉速附近，振動響應不大，但在工作轉速下可以產生較大效應，主跨轉子兩軸承應效應相同。

3.3在轉子主跨內加重：當軸承座自振頻率小于工作頻率，加一階平衡重量，在一階臨界和工作轉速（此時為三階）下，支撐轉子兩軸承效應是同相；加二階重量，工作轉速下支撐轉子兩軸承振動效應反向

3.4若一階平衡良好，工作轉速下兩軸承反相，則在轉子兩個端面加二階平衡重量；若工作轉速下兩軸承同相，應考慮轉子外伸端不平衡或三階不平衡。

3.5加重后主要振動點（最大振幅處）大幅度下降說明平面選擇正確；若反應不靈敏及與其它軸承交叉反應矛盾突出則試重面不合理。

4. 多軸系不平衡位置

4.1當轉子在相應臨界轉速出現(xiàn)顯著振動時，即可斷定該轉子存在顯著的相應階不平衡。

4.2工作轉速下振動變化不大，第一臨界轉速下振動變化十分顯著。平衡變化是發(fā)生在轉子中部，或沿轉子長度均布。

4.3工作轉速和第一臨界轉速下振動變化均較大。當平衡變化發(fā)生在轉子一端，或兩端不對稱，轉子外伸端平衡變化是由轉子撓曲增大引起的，外伸端轉軸碰磨，也會產生這種振動特征。

4.4工作轉速下振動變化很顯著，第一臨界轉速下振動變化不大。平衡變化發(fā)生在轉子外伸端，從有關測點振動變化量值大小，可直接判明平衡變化是發(fā)生在轉子外伸的哪一端。

4.5如果主跨轉子工作轉速（空負荷、帶負荷）下和第二臨界轉速下振動變化不大，第一臨界轉速下振動變化十分顯著；外伸轉子工作轉速和第一臨界轉速下振動變化較大。平衡變化發(fā)生在主跨轉子中部，或沿轉子長度均布。

4.6如果主跨轉子工作轉速、第一、第二臨界轉速下振動變化較大；外伸轉子工作轉速和第一臨界轉速下振動變化也大。平衡變化發(fā)生在主跨轉子一端，或兩端不對稱。

4.7主跨轉子工作轉速、第二臨界轉速下，振動變化十分顯著，但第一臨界轉速下振動變化不大；外伸轉子工作轉速下和第一臨界轉速下振動變化也十分顯著。則平衡變化發(fā)生在外伸轉子上。

四、轉子平衡試加重量

試加重的目的是改變原始不平衡狀態(tài)，根據試加重造成的變化量，計算校正原始不平衡的加重量和位置。如果重量輕了，原始振動變化不明顯；如果試加重太重，試加重產生的不平衡力可能會嚴重損壞設備。試加重應該使原始振動幅值改變30％或相位改變30％，這會保證得到滿意的結果，但不可能取得單次加準。下面幾個試重公式在相位正確情況下基本可以起到單次加準的效果。

1. 轉子平衡試重一

一般確定試加重量的方法是，試加重量產生的不平衡力等于轉子軸承承受載荷力的10％。例如，兩軸承支撐的轉子質量是2000 公斤，每個軸承的載荷則是1000 公斤，因此，轉子兩端配重面的試加重量產生的不平衡

力應該為100公斤（10％×1000公斤）。        

式中：F～試加重質量產生的力（公斤力）；W～試加重量（克）；R～加重半徑（cm）；RPM～平衡轉速

知道試加重產生的不平衡力后，還需要知道試加重半徑和轉子轉速。假設試加重半徑為100cm，轉子轉速1500RPM，則試加重量應為：

這個例子說明，對于2000公斤的轉子，100cm加重半徑處試加重量44克，轉速1500RPM時產生的離心力為100公斤力。但現(xiàn)場經驗表明該公式計算試加重量偏小，應進行修正。

該試計算結果，由多類風機現(xiàn)場平衡試驗所得，若相位正確，幅可下降70%以上，但如果相位加反則可引起較大振動，因此適用于現(xiàn)場平衡經驗較豐富的技術人員。

2. 轉子平衡試重二

   下述現(xiàn)場平衡試重公式在50MW以下汽輪發(fā)電機組、一般電機、風機等設備上相對準確，而對于大型發(fā)電機組可對照表4-1-2選取

式中:  W－轉子某一側端面上試加重量，kg； A0－轉子某一側軸承的原始振幅，μm；r—加重半徑，m；ω－平衡時轉子角速度，rad/s； G－轉子質量，kg；g-重力加速度，m/s2； S－靈敏系數(shù)。

表1   靈敏度系數(shù)S

表2   汽輪發(fā)電機組轉子試加重量

    中給出的轉子重量、容量和加重半徑的對應關系，是對發(fā)電機轉子而言的，汽輪機轉子試加重量可按表中轉子重量來選；試加重量位置在轉子端部。試加重量的范圍根據支撐動剛度選??；加重數(shù)值為各個平面上加重的總和，當支承轉子的兩個軸承座動特性相近、轉子軸向對稱時，平衡一、二、三階振動，則要將表中相應階試加重量除以2，同時加到兩個端面上