CN113447202B - 一种调整转子平衡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明应用在大型工业转子低速动平衡和高速动平衡试验领域，具体提供了一种调整转子平衡的方法，该方法具体包括如下步骤：1)将转子安装在低速平衡机上，对初始状态的转子主轴进行挠度值恢复调水平；2)升速驱动转子对其进行低速调平衡：以设定转速n驱动转子，记录低速平衡机显示的剩余不平衡量值a，基于a值对转子进行加重或者减重，直至a满足要求，低速调平衡结束；3)将低速调平衡的转子安装在高速平衡机上对其进行调平衡：包括记录高速平衡机显示的剩余不平衡量值，基于该值对转子进行加重或者减重，直至运转至最大连续转速和超转转速下平衡机显示的振动速度符合要求，高速调平衡结束。
Description
技术领域
本发明应用在大型工业转子低速动平衡和高速动平衡试验领域，具体提供了一种调整转子平衡的方法。
背景技术
转子在出厂前均需要做平衡试验来调整转子的平衡，以大型转子为例，半联轴器安装在转子轴头上，该转子重量约30t，转子的最大旋转直径约1.6m，转子两侧轴径尺寸为320mm，转子的最大连续转速为3500rpm，两侧轴承跨距约6m。由于转子重量大、跨距长，当支撑转子两端轴径部位进行调平衡时，转子轴向中间段部位存在较大挠度值，当转子由静止状态转为动态旋转状态时，经测量发现转子中心部位挠度变化0.15-0.20mm。
现有针对大型转子调平衡的方法中，普通认为转子静态和动态运转状态下挠度变化不大，未考虑转子挠度变化的因素。因此，当大型转子在低速和高速平衡机上进行平衡试验时，按常规方法开到目标转速后就对转子进行加重或去重等平衡操作，该调平衡方法忽略了转子初始状态静挠度值对调平衡结果的影响。结果发现通过传统方法调平衡的转子，在运用于大型汽轮机生产过程中，转子的不平衡量值和相位始终存在变化，即使针对该情况调整转子平衡合格后，转子静止一段时间后再升速至平衡转速，发现转子剩余不平衡量值仍发生较大变化，使得大型转子在每次的运行过程中，显示的剩余不平衡量值重复性不佳，生产过程无法顺利进行。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种调整转子平衡的方法，该转子适用于大型汽轮机及压缩机，所述的转子包括主轴及设置在主轴上的多个叶轮，包括如下步骤，
S1：将转子安装在低速平衡机上，对初始状态的转子主轴进行挠度值恢复调水平；
S2：升速驱动转子对其进行低速调平衡：以设定转速n驱动转子，记录低速平衡机显示的剩余不平衡量值a，基于a值对转子进行加重或者减重，直至a满足要求，低速调平衡结束；
S3：将低速调平衡的转子安装在高速平衡机上对其进行调平衡：分别以最大连续转速与超转转速驱动转子，并记录对应转速下高速平衡机显示的振动速度值，基于该值对转子进行加重或者减重，使最大连续转速和超转转速下平衡机显示的振动速度值符合要求，高速调平衡结束。
进一步的，在S1步骤中，挠度值恢复调水平方法包括如下步骤：
S101：将百分表测量头与该转子叶轮下端边缘相抵，并将百分表数据归零处理；所述叶轮选取位于靠近主轴轴向中间位置，叶轮外周为光滑面；
S102：以50-100rpm低速驱动转子，获取百分表指针变化量h，待该变化量h恒定不变时，此时主轴的挠度值恢复呈水平状态。
进一步的，步骤S2中还包括一检测步骤，该步骤具体包括，
1)将低速调平衡的转子静止≥12小时；
2)以50-100rpm旋转转子，并用百分表测定恒定挠度值变化量h1：在静止后转子叶轮下端接触设有百分表，并将百分表数据归零，所述叶轮选取位于转子主轴靠近中间部；以50-100rpm旋转速度驱动转子旋转，直至得到百分表指针恒定变化量h1；
3)继续以设定转速n驱动转子，获取该转速下低速平衡机显示的剩余不平衡量值a1；
4)若h1与h的差值、a1与a差值均符合要求，则转子低速为平衡状态，否则返回检查机器缺陷，缺陷解除后重新执行步骤S1、S2。
进一步的，S3中高速平衡机调平衡之前对转子进行预处理，该预处理步骤为：
1)记录转子以设定转速n运行≥2小时后，高速平衡机上显示的剩余不平衡量值a2；
2)将a2与S2中低速调平衡合格时剩余不平衡量值a对比，若相差范围符合要求则进行高速调平衡，否则调整转子剩余不平衡量值使其满足要求。
进一步的，调整转子剩余不平衡值方法包括，将转子从高速平衡机设定转速n升速至特定转速，所述特定转速为一阶临界转速减500rpm；反复进行升、降转速释放转子应力，直至在设定转速n时剩余不平衡量值a2符合要求，则调整结束；否则，将转子通过一阶临界转速升速至最大连续转速运行，直至转子低速剩余不平衡量值a2符合要求。
进一步的，还包括步骤S4，将高速调平衡的转子静止12小时后，升速到最大连续转速和超转转速记录转子的对应转速振动速度值，该值与S3中第一次高速平衡试验记录的值进行对比，若相差范围符合要求，则高速平衡实验结束。
进一步的，在低速平衡机上转子转轴两端轴径通过一组相对设置的滚轮组来支撑，所述滚轮组设置在低速平衡机摆架上；在高速平衡机上转子两端轴径分别套接于轴承内部，所述轴承固定在高速平衡机机架上。
本发明提供的大型转子调平衡方法，适用于压缩机或者汽轮机的大直径、长跨距、大重量的转子，也适用于在平衡过程中安装有半联轴器的大型转子。采用上述方法可以高效进行转子低速、高速动平衡试验提高平衡操作效率，进而提高转子调平衡的质量，经过在大型机组转子上应用，运行比较稳定，提高了汽轮机等大型设备的工作效率，提高了大型机组的稳定性与使用寿命。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
大型压缩机或汽轮机的转子在投入生产运行中，均需要对转子进行调平衡，该调平衡包括了两段试验段，即低速平衡机上的低速调平衡与高速动平衡机上的高速调平衡。本发明提供的转子平衡试验方法，能够指导大型转子在低速、高速动平衡过程，确保平衡质量，缩短产品制造周期，本申请的技术方案也适用于将转子轴端直接安装半联轴器的调平衡，具体步骤如下：
S1：将转子安装在低速平衡机上，因为大型转子重量大，且质量主要分布在主轴轴向中间部分，该中间部分会存在静挠度值，因此需要对初始状态的转子主轴进行挠度值恢复调水平；具体通过如下方法调整，
S101：将百分表测量头与该转子叶轮下端边缘相抵，并将百分表数据归零处理；所述叶轮选取位于靠近主轴轴向中间位置，叶轮外周为光滑面；百分表通过设定支架固定支撑，因为叶轮与叶轮之间的缝隙间距较小，而百分表用于支撑测量头的测量杆长度有限，所以百分表的测量头选择与叶轮周边相抵。
S102：以50-100rpm低速驱动转子，获取百分表指针变化量h，直至该变化量h恒定不变，此时主轴的静止挠度值恢复水平状态。
根据各转子直径、跨距、重量、转子主轴各段连接结构形式等差异，转子挠性状态存在差别，但是通过大量试验发现，不同型号的转子需要在此转速下运转1-2小时，转子挠度值基本稳定不变，挠度值不变化的情况下说明该转子的静止挠度恢复。
S2：升速驱动转子对其进行低速调平衡：具体以设定转速300-500rpm驱动转子，记录低速平衡机显示的剩余不平衡量值a，基于该剩余不平衡量值a对转子进行加重或者减重，直至a满足要求，低速调平衡结束；
S3：将低速调平衡的转子安装在高速平衡机上对其进行高速调平衡，将转子在高速平衡机上以规定转速运行，该规定转速具体包括按API标准规定的最大连续转速和超转转速，基于该规定速度下的标准要求的振动速度对转子进行加重或者减重操作，直至在最大连续转速和超转转速下平衡机显示的振动速度符合要求，高速动平衡调平衡结束。
API标准规定最大连续转速：该机器在制造完和试验时所能连续运转的最高转速。对于可变转速驱动机所驱动的压缩机，该转速是额定转速的105％。对于恒定转速的电动机驱动的压缩机，这一转速取决于该电动机的同步转速。超转转速＝1.21*最大连续转速.转子在低速状态下基于平衡机显示的剩余不平衡量值来调平衡，而在高速的状态下该值的变化不明显，遂选振动速度参数来评价转子的平衡状态。
鉴于低速平衡试验段在整个转子的平衡试验全过程起到至关重要的作用，高速动平衡机上试验成本比较高，若低速试验段未实质调水平的转子进行高速试验段，因为转子的重量不均匀性，在高速旋转下，无法以既定的速度旋转，运转摆动幅度大将严重汽轮机等机组的设备质量。作为方案的改进，在低速平衡机动平衡合格后，通过如下方法对低速平衡试验过程进行验证，具体包括如下步骤，
1)将低速调平衡的转子静止≥12小时；
2)以50-100rpm旋转转子，并用百分表测定恒定挠度值变化量h1：在静止后转子叶轮下端接触设有百分表，并将百分表数据归零，所述叶轮选取位于转子主轴中间部；以50-100rpm旋转速度驱动转子旋转，直至百分表指针变化量h1不变；
3)继续以设定转速300-500rpm驱动转子，获取该转速下低速平衡机显示的剩余不平衡量值a1；
4)若h1与h的差值、a1与a差值均符合要求，则转子低速为平衡状态，否则返回检查机器缺陷，缺陷解除后重新执行步骤S1、S2。
经过上述验证发现98％以上的试验次数中二者差值均符合要求，其余不符合要求的情况下经过工作人员现场检查，发现往往是转子可能存在机械性缺陷导致，解除该缺陷后重新进行步骤S1与S2操作即可。
作为本方案的另一种实施方式，在S3中，高速平衡机调平衡之前对转子进行预处理，该预处理过程包括：
1)记录转子以设定转速n运行≥2小时后，高速平衡机上显示的剩余不平衡量值a2；
2)将a2与S2中低速调平衡合格时剩余不平衡量值a对比，若相差范围符合要求则进行高速调平衡，否则调整转子剩余不平衡量值使其满足要求。
因低速平衡机采用滚轮支撑转子，具体而言，低速平衡机具有一组相对设置的摆架，每个摆架用于支撑转子的两端的轴径，每个摆架上设有一组相对设置的支撑滚轮，每个滚轮分别给予轴径一个支撑点，轴径在驱动电机的作用下在该组滚轮形成的支撑部上旋转。而高速平衡机采用滑动轴承支撑转子，平衡机设有两个支撑部，分别给予转子两个支撑点，每个支撑部包括一个机架，该机架上设有一支撑轴承，转子的两个端部轴径分别设置在轴承内部，在驱动电机的作用下旋转。两种平衡机支撑转子的工作原理不同，转子从低速平衡机上到高速平衡机，需要有个进行一个验证调整过程，若剩余不平衡量值相差范围符合要求则进行高速平衡试验，否则调整转子剩余不平衡量值使其满足要求。
该步骤中转子已经在低速平衡机上调平衡，在高速平衡机只需转子挠度值恢复后则可进行调平衡，若出现剩余不平衡量值不满足要求的情况，则需要调整转子的应力，使其充分释放以达到低速剩余不平衡量值满足要求。基于该状态下，调整转子剩余不平衡值方法包括，将转子从高速平衡机的设定转速300-500rpm运行升速至特定转速，该特定转速为一阶临界转速减500rpm范围内，反复进行升、降转速释放转子应力，直至低速剩余不平衡量值a2符合要求，则调整结束；否则，继续将转子在高速平衡机再以转子通过一阶临界转速升速至最大连续转速运行，在高转速状态下甩转子状态，充分释放应力，直至转子低速剩余不平衡量值a2符合要求。
将低速平衡机上试验合格的转子安装在高速动平衡机摆驾上，高速动平衡接头安装到半联轴器端面上时需要单独进行打表检查，确保接头外圆打表数据不大于0.05mm。刮研轴承间隙和轴承进油油囊，压轴承压盖过盈数据符合要求。待转子和高速摆驾进入高速平衡真空仓后将驱动电机的万向节接头与转子高速平衡接头连接，连接后再次对转子高速动平衡接头进行打表，要求接头外圆打表数据不大于0.05mm，若有问题则调整接头把合情况。
作为本方案的另一种实施方式，为了检验上述试验的准确性，高速调平衡合格后，将高速调平衡的转子静止12小时后，升速到最大连续转速和超转转速记录转子的转速振动速度值，该值与S3中第一次高速平衡试验记录的值进行对比，若相差范围符合要求，则高速平衡实验结束。
实验表明，通过本方法调平衡转子数量100个，在后续安装在大型汽轮机机组现场工作过程中发现，通过汽轮机组上的测振探头对转子主轴进行X轴与Y轴的测量，发现转子的主轴振动幅值标均符合要求，转子平衡合格率达到100％。对比实验中的转子未经过低速平衡机与高速平衡机转子主轴初始状态调平衡恢复挠度值，直接进行加重或者减重调平衡的转子，在汽轮机上运行测定的振动幅值变化较大，合格率仅为40％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种调整转子平衡的方法，所述转子包括主轴及设置在主轴上的多个叶轮，其特征在于：
S1：将转子安装在低速平衡机上，对初始状态的转子主轴进行挠度值恢复调水平；挠度值恢复调水平方法包括如下步骤：
S101：将百分表测量头与该转子叶轮下端边缘相抵，并将百分表数据归零处理；所述叶轮选取位于靠近主轴轴向中间位置，叶轮外周为光滑面；
S102：以50-100rpm低速驱动转子，获取百分表指针变化量h，待该变化量h恒定不变时，此时主轴的挠度值恢复呈水平状态；
S2：升速驱动转子对其进行低速调平衡：以设定转速n驱动转子，记录低速平衡机显示的剩余不平衡量值a，基于a值对转子进行加重或者减重，直至a满足要求，低速调平衡结束；
步骤S2中还包括一检测步骤，该步骤具体包括，
1)将低速调平衡的转子静止≥12小时；
2)以50-100rpm旋转转子，并用百分表测定恒定挠度值变化量h1：在静止后转子叶轮下端接触设有百分表，并将百分表数据归零，所述叶轮选取位于转子主轴靠近中间部；以50-100rpm旋转速度驱动转子旋转，直至得到百分表指针恒定变化量h1；
3)继续以设定转速n驱动转子，获取该转速下低速平衡机显示的剩余不平衡量值a1；
4)若h1与h的差值、a1与a差值均符合要求，则转子低速为平衡状态，否则返回检查机器缺陷，缺陷解除后重新执行步骤S1、S2；
S3：将低速调平衡的转子安装在高速平衡机上对其进行调平衡：分别以最大连续转速与超转转速驱动转子，并记录对应转速下高速平衡机显示的振动速度值，基于该值对转子进行加重或者减重，使最大连续转速和超转转速下平衡机显示的振动速度值符合要求，高速调平衡结束。
2.如权利要求1所述的一种调整转子平衡的方法，其特征在于：S3中高速平衡机调平衡之前对转子进行预处理，该预处理步骤为：
1)记录转子以设定转速n运行≥2小时后，高速平衡机上显示的剩余不平衡量值a2；
2)将a2与S2中低速调平衡合格时剩余不平衡量值a对比，若相差范围符合要求则进行高速调平衡，否则调整转子剩余不平衡量值使其满足要求。
3.如权利要求2所述的一种调整转子平衡的方法，其特征在于：调整转子剩余不平衡值方法包括，将转子从高速平衡机设定转速n升速至特定转速，所述特定转速为一阶临界转速减500rpm；反复进行升、降转速释放转子应力，直至在设定转速n时剩余不平衡量值a2符合要求，则调整结束；否则，将转子通过一阶临界转速升速至最大连续转速运行，直至转子低速剩余不平衡量值a2符合要求。
4.如权利要求1所述的一种调整转子平衡的方法，其特征在于：还包括步骤S4，将高速调平衡的转子静止12小时后，升速到最大连续转速和超转转速记录转子的对应转速振动速度值，该值与S3中第一次高速平衡试验记录的值进行对比，若相差范围符合要求，则高速平衡实验结束。
5.如权利要求1所述的一种调整转子平衡的方法，其特征在于：在低速平衡机上转子转轴两端轴径通过一组相对设置的滚轮组来支撑，所述滚轮组设置在低速平衡机摆架上；在高速平衡机上转子两端轴径分别套接于轴承内部，所述轴承固定在高速平衡机机架上。
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