第2章 转子的动平衡原理4

第二章 转子的动平衡原理

§2.4 挠性转子的动平衡原理

在平衡技术中，把凡是不符合刚性转子定义的转子，统称为挠性转子。具体地讲，对于工作转速接近或高于转子自身的第一临界转速，这时的转子都应称为挠性转子。例如套装式叶轮的汽轮机转子、大多数发电机转子。特别是随着近代机械工业的发展，出现了一些长径比很大的转子如大型化工设备中的某些转子、燃汽轮机转子等，这些转子

的临界转速很低，但工作转速很高，因此都有可能在高于二阶或三阶临界转速下工作。在这种工作状态下，转子已呈现挠曲状，因此，这时若再如刚性转子那样，平衡时不考虑转子的挠曲变形，那么平衡后往往就得不到预期的效果，而且有时还会出现愈平衡情况愈糟。

转子受力后挠曲的情况如图2—17所示。

图2—17（a）所示的转子为对称的平衡转子，其质量为M，重心在O点。这时若在重心O附近、在半径为ru处加一不平衡质量m后，转子呈现不平衡。

在远低于这转子的第一临界转速下对这转子进行低速平衡时，可将这转子视为刚性转子，忽略其变形，用刚性转子的动平衡原理进行平衡，即只需在这转子的两个端面Ι和Ⅱ上，在m的对侧加置两个平衡校正质量m1和m2（如图2—17（b）所示），并使其满足：

222??m1r1??m2r2??mru? （2—17） ?22??m1r1?L1?m2r2?L2

即

?m1r1?m2r2?mru （2—18） ??m1r1L1?m2r2L2经上述平衡校正后，转子基本上达到平衡，这时两侧轴承处的动反力为零。图2—17（c）所示为m1、m2、 m作用在转子上的挠距，但这挠距在这转速下并没有使转子挠曲变形。

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O图2—17转子上的受力与挠曲

（a）对称的不平衡转子；（b）用m1r1及m2r2平衡不平衡mu后，在转速下的转子受力情况；（c）转子所受弯距；（d）转子的挠曲；（e）挠曲后支承的受力

若将转子的转速升高，使其接近或达到第一临界转速，这时转子就要挠曲，质心O将向外移动一挠度Y0，如图 2—17（d）所示。Y0的存在，在转子上将产生一新的附加离心力，其大小为：

F0?MY0?2 （2—19）

F0的数值是相当可观的，例如对于转速为3000 r/min的转子，当Y0=0.1㎡时，F0将等于：

30002??2n?2F0?MY0??MY0()?M?0.0001?

303022??2M(N)

由于新的附加离心力F0的存在，将在两侧轴承处产生反作用力f1和f2，如图2—17（e）所示。这时，虽然在低速下已经平衡校正好的转子，在高速运行时平衡状态又被破坏了，出

现了新的不平衡。这时若在该转速下再用刚性转子的平衡方法，在Ι、Ⅱ校正面内重新配重校正，可以使f1和f2等于零，转子重新达到平衡，但是转速一变，转子又要改变。因此，

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我们不难看出，即使挠性转子的平衡目的与刚性转子相同，即都是改善转子的质量分布，消除或限制轴承的动反力，但与刚性转子动平衡仍有区别，其主要区别在于：应消除转子本身的动挠度和必须在工作转速下平衡。

挠性转子的动平衡原理简述如下：

（1）失衡挠性转子的动挠度随转速的变化而变化。因此，挠性转子不仅要求在工作转

速下平衡，而且要在整个转速范围内都应进行动平衡校验。

（2）在接近临界转速时，挠性转子轴线上各点同时出现最大挠度时所形成的弹性曲线

可近似地视为转子在这一临界转速时振动的振型。振型可用函数的形成表示，且振型函数具有正交性。因此，挠性转子平衡时可以按振型逐阶地进行。如果逐阶平衡好了，这时转子在整个工作转速范围内也就平衡好了。

（3）挠性转子上平衡配重块的加置，不但应使轴承处的动反力为零，而且还应使转子

所受的挠矩为零（或最小），这样转子所产生的挠曲变形为零（或最小），使得因

挠曲产生的附加不平衡离心力F0为零（或最小）。因此，就不能象刚性转子那样

只在两个校正面内加置。这时，只有根据起始不平衡量的轴向位置和大小，在其所在的轴向平面上对侧位置处加上平衡配重，就可以不使转子产生挠曲变形，转子也达到平衡。

（4）由于不平衡离心力所引起的转子振动必然会引起轴承的振动。因此为了使问题简

化，实际测量时可以用通过检测轴承处的振动来推估转子上的不平衡状况。 如上所述，为了限止挠性转子在临界转速平衡时所产生的动挠度，现代许多大型汽轮发电机通常都设置了多个加重的平衡校正面。图2—18是一台发电机转了子加重平衡校正面的分布图。

图2—18所示的发电机共有7个平衡校正面，其中2和6是供机组平衡时用的，其余5个平面是制造厂平衡时用的。

图2—18 发电机转子上的7个平衡校正面

1～7——平衡校正面；a——励磁机侧轴承；b——汽轮机侧轴承；

c——风扇；d——套筐；e——连轴器

当然，在挠性转子上设置多个平衡校正面后，可以根据振型的特点放置平衡配重，但由于转子轴向不平衡质量的分布不易准确找到，因此平衡校正时只能首先保证使轴承处的动反力为零（或最小）的前提下，同时尽量使得转子上的挠矩为最小（挠度也为最小）。

此外，在挠性转子的平衡工艺中，特别是在平衡在大容量的汽轮机组时，可以将每个转子在安装1~2级叶轮后先在低速下进行平衡校正，使转子的挠矩减到最小。装叶轮后再对每个转子进行高速平衡校正，这样用每个平衡好的转子组装后的汽轮机组一般就不需再进行现场平衡（轴系平衡）。

目前，挠性转子的平衡方法通常有矢量法、振型分析法和影响系数法三种。

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