上次我们谈到了经常用作旋转体的声音振动测量方法的“跟踪分析”，但这次我们将讨论“平衡测量”，这对于旋转体的振动对策很重要。
一般来说，据说大约40%的发电厂等旋转机械设备的异常原因是“振动”，并且据说大约30%的振动原因是不平衡 (不平衡) 。因此，在安装和维护旋转机械时，平衡校正是一种非常重要的振动控制方法。以下是可在旋转体现场执行的场平衡方法的原理和用法的简要说明。
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图1转子旋转离心力引起的不平衡
F=Meω2
其中，设F:离心力 (N)
M:转子质量 (kg) e:偏心
ω:角频率 (rad/s) 旋转速度为n (r/min)
f:振動数(Hz)
图1转子旋转离心力引起的不平衡
不平衡是如图1所示，在转子的旋转中心 (图中的O) 与重心 (图中的G) 偏离的状态下产生离心力，从而产生异常振动的现象，其振动频率为旋转1次成分的频率。从图1的公式 (1) 可以看出，离心力与角频率 (或转速) 的平方成正比，因此在高速旋转时，平衡校正非常重要。
以下说明使用一个转子进行平衡的基本方法的步骤。
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图2平衡修正的想法
- 确定初始状态下的振幅和相位，并将其设为F。
F=(A 0、θ 0) - 接着，在转子的任意点 (角度为0°) 上安装质量为mt的试配重，求出当时状态的振幅和相位，将其作为F+T。
F+T=(A 1、θ 1) - 然后，通过矢量计算求出试重的振幅和相位。
T=(A 2、θ 2) - 根据初始状态的矢量F和试重中的矢量T计算修正点的角度，去除试重，加上修正重mc。
其中:
修正点角度以施加试重的点 (角度0°) 为基准
(θ 0-0 2) ±180° - 确认施加修正配重的效果。
其中，振幅和相位用于确定与旋转的主分量的频率对应的正弦波。
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图3不平衡引起的振动和基准位置
因此，在平衡测量中，必须同时精确地获得旋转的主分量的振动波形的振幅和相位 (从参考点开始) 。使用FFT分析器测量旋转主要分量的正弦波的振幅和相位。具体地，将参考位置信号作为触发信号执行“傅里叶光谱的阶比分析”。
FFT分析器中傅立叶光谱的相位是相对于余弦波确定的。现在，若将旋转1次分量的振动波形设为x (t) =Acos (ωt+φ)，则图4中振幅同样为A,但余弦波的相位为0°，正弦波的相位为-90°。
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图4 FFT分析器中的余弦波和正弦波的相位次
阶比分析不使用傅里叶频谱的横轴 (频率轴) 作为正常频率，而是使用相对于旋转一阶的阶数。与参考信号 (1转1脉冲) 同步采样有助于减少FFT的时间窗误差，并确保线性分量始终保持恒定数量的谱线，而不管转速如何。
现在，让我们尝试使用 DS-3000 系列的 DS-0227A 现场平衡软件对旋转体进行特定的平衡测量。
为简化起见，我们将仅使用一个表面、一种工况和一个转速进行测试。旋转体与DS-3000测量系统之间的连接如图5所示。传感器方面，我们采用安装在轴承上的接触式加速度计和光学转速传感器作为参考位置传感器。
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图5平衡测量的连接示例
图6是条件设置屏幕。在以下测量条件下进行。
- 1面1条件Ch1:加速度PU
- 50阶最大分辨率:约2.8°
- 分割数16/360°22.5°分割
- 取下试重状态
- 转速模式1速度(其中2400 r/min)
- 平均32次
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图6平衡模式的条件设定
按照之前写的顺序进行测量。
- 测量初始不平衡。==>初始测试 (图7)
测量结果转速2400 r/min
加速度振幅1.662 m/s 2
相位-74.7°
- 然后，在角度0°的位置安装质量为2.1g的试重，测量此时状态的
振幅和相位。==>试验试验 (图8)
测量结果转速2400 r/min
加速度振幅1.46 m/s 2
相位-89.6°
图8试验 - 根据上述测量结果，计算平衡修正点的位置和修正配重。
结果:图9
以试配重物的点为角度0°，在与旋转方向相反的56.2°处配上7.7g的修正配重物。
但是，由于56.2°不是角度分割点，因此为了配合角度分割点，在以下2个点上施加修正配重。
No.2 (45°) 4.0 g
No.3 (67.5°) 3.9 g
图9平衡修复 - 取下试配重，安装修正配重进行测量，确认平衡结果。==>确认试验 (图10)
其中No.2约5 g,No.3约2 g。
测定结果转速2400 r/min
加速度振幅0.180 m/s 2
相位-108°
不平衡量 (加速度振幅) 从初始值1.66 m/s 2提高到0.18 m/s 2，约改善了1/10。
图10确认试验
最后是总结。
- 在安装和维护旋转机械时，平衡校正是一种非常重要的振动控制方法。
- 不平衡是在转子的旋转中心与重心偏离的状态下产生离心力而发生异常振动的现象，其振动频率为旋转1次成分的频率。
- 现场平衡技术首先执行初始测试，然后进行试加权和试验测试，并根据结果确定修正点位置和修正配重值。那之后，进行确认试验。
- 平衡测量需要同时高精度地求出旋转一级分量的振动波形的振幅和相位 (从参考点开始) 。
- 要测量旋转主要分量的正弦波的振幅和相位，请使用FFT分析器执行傅里叶频谱的阶比分析，并使用基准位置信号作为触发信号。
【关键词】
平衡、失衡、不平衡、场平衡、离心力、角频率、旋转速度、振动频率、旋转一次分量、试验配重、修正配重、基准位置传感器、触发信号、傅里叶频谱、次数比分析、时间窗口、初始试验、试验、确认试验
【参考】
牧修一著
“基于振动法的设备诊断的实际”日本工厂维护协会 (1985年)
城户健一编著
“FFT分析器活用手册”日本工厂维护协会 (1984年)
(Hima)
(摘自2018年3月22日发行的电子邮件杂志)
