曲卫军，王永利，梁青，刘贵山
摘要：测相平衡被广泛应用于各种转机的平衡，它不仅对单平面转子的平衡十分有效，且在双平面转子的平衡上也得到广泛应用。与影响系数法相比，向量分析法具有明显的优越性，它可以减少试加质量的盲目性，提高平衡效率。
关键词：测相平衡；影响系数法；相位；振幅；静不平衡；动不平衡
一、测相平衡的向量分析法
振动力的向量分析旨在对单个转子两侧轴承的振动作对称和反对称分解，由此对转子上原始不平衡的分布作出初步诊断，以减少试加质量的盲目性，提高平衡效率。由刚性转子振动理论可知，对于单个刚性转子，其结构和不平衡分布无论如何复杂，总可表示为静不平衡和动不平衡两部分。它们产生的离心力作用在两侧轴承上，则表现为一对对称力和一对反对称力。如果两侧轴承及支承系统的动刚度相等，则由不平衡力产生的振动，可分解为对称振动和反对称振动。例如，对于单个转子，如果在两侧轴承上测得的振动分别为AO和BO，振动的向量分解是在同一矢量图上（如图1所示），按比例画出AO和BO，将两个顶端相连，取其连线的中点C，并与原点O相连，得到一对对称振动分量AS和BS及一对反对称振动分量Ad和Bd，它们分别对应于静不平衡和动不平衡。这样，根据动、静不平衡振动的大小及相位，可以诊断出转子上原始不平衡分布，从而有效选择平衡面和试加质量的组合方式。
图1
为便于理解振动向量分解的实际意义，以电厂现场平衡中经常遇到的几种有代表性的情况作典型分析。
1.AO和BO的大小基本相等，相位角差90°，向量分解如图1所示。此种情况下，动、静不平衡同时存在，所产生的振动大小接近，并且动、静不平衡主平面的夹角接近90°。可采用分别平衡对称分量和反对称分量的方式，消除转子的不平衡振动。即根据转子的结构形式，确定两侧平衡面上对称与反对称试加质量的组合比例；然后，采用与单平衡面相同的平衡方法，如以A侧平衡面和A侧轴承振动的对称和反对称分量的幅值和相位为平衡计算依据，由试加质量组前后对称或反对称振动分量的变化，求出对称或反对称振动分量的变化，以及对称或反对称校正质量的大小及相位；最后，将对称和反对称校正质量合成，得到的总校正质量加到转子上。
2.AO和BO大小接近，且相位相差很小，向量分解如图2所示。显然，此种情况下反对称振动很小，故平衡时，只需在转子上加对称校正质量即可消除振动。
图2
3.AO和BO大小相差较大，相位角相差较小，向量分解如图3所示。此种情况表明转子上的动、静不平衡同时存在，且主平面的夹角很小，从而A侧静不平衡与动不平衡的方向接近，B侧则相反。所以，动、静不平衡的合成结果，在B侧相互抵消，故振动较小；在A侧两者同向相加，故振动较大。这样，只需在A侧平衡面上加校正质量即可消除转子的不平衡振动。
图3
4.AO和BO大小接近，但相位相差很大（如接近180°)，向量分解如图4所示。此时转子上静不平衡很小，两侧轴承的振动主要由动、静不平衡产生。因此，只需在两侧平衡面上加反对称校正质量即可消除转子的不平衡振动。
图4
5.AO和BO的大小及相位均相差很大，向量分解如图5所示。此种情况与图3类似，由于在B侧动、静不平衡相互抵消，故B侧轴承的振动较小。因此，在平衡中只需在A侧平衡面上加校正质量即可消除转子的不平衡振动。
图5
6.AO和BO大小相差很大，相位差接近90°，向量分解如图6所示。这种情况与图3、图4类似，同样地在A侧平衡面上加校正质量即可消除A侧轴承的振动。
图6
二、向量分析的实际应用
1.2003年10月，大庆油田热电厂2#机组大修后第一次启动，测得发电机6#，7#瓦垂直方向振动分别为
6#瓦：⊥18μm／206°
7#瓦：⊥58μm／35°
因7#瓦垂直振动超过了50μm的标准，已不能保证机组安全运行，决定做动平衡。由6#，7#垂直幅值和相位可以看出振幅和相位均相差较大，与图5一致，所以只在7#瓦侧加配重就完全可以消除机组的主要振动。经计算，配重和位置为485g/165°，加重后7#瓦垂直振动为21μm，6#瓦垂直振动为17μm，到了优秀状态。
图72#汽轮机组结构简图
2.2004年9月，宏伟热电厂3#机组安装后启动，空负荷下测得低压转子3#，4#瓦垂直方向振动分别为
3#瓦：⊥39μm／163°
4#瓦：⊥21μm／312°
图8宏伟电厂3#汽轮机组结构简图
带50MW负荷后，两瓦振动均略有增加，接近50μm的振动标准，决定做动平衡。
因两侧振幅及相位均相差较大，与图4一致，说明振动主要是由动不平衡引起的，应在两侧加重平面相差180°的位置上加平衡重量，方能消除机组主要振动。经计算，确定3#，4#瓦配重及位置分别为291g/60°、250g/240°。此后的垂直振动分别为20μm和11μm，达到机组安全运行的标准。
三、总结
通过测相平衡的向量分析法，可以判断出宽径比大于0.5的大型转子的加重面数，可避免影响系数法在该类转子的平衡中要分别在两个加重平面都加试重的要求，至少可以减少一次启停机操作。使用这种方法再结合一定的现场平衡经验及相关数据，汽轮机组动平衡一次加重便能消除主要振动。