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[摘 要]转子轴系存在的残余不平衡量过大是导致旋转机械运转时振动超标的常见原因。为了消除这种振动，需要对转子轴系进行动平衡以减小残余不平衡量。然而，由于工装工具的限制，外购件的动平衡需要返回厂家进行动平衡，考虑到生产周期及产生的费用等问题，往往使用现场平衡来解决残余不平衡量过大的问题。本文主要针对某压缩机径向振动超标的故障诊断及三元法现场平衡应用的实例进行介绍。
[关键词]旋转机械；故障诊断；三元法现场平衡
中图分类号：TH452 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0038-01
1.机组概况
沈阳透平机械股份有限公司为某公司生产的合成气机组机型为2BCL458 +2BCL457/A，驱动形式为汽轮机两侧驱动，要求压缩机径向振动不超过25.4um。其中高压缸2BCL458最大连续转速为12447r/min，一阶临界转速5047r/min，二阶临界转速22265r/min，跳闸转速13692r/min，在厂内机械运转试验时，使用的是试车电机驱动，试车变速机增速的形式。采用联轴器为产品联轴器，其中非驱动侧产品联轴器安装盘使用新制试车联轴器安装盘替代。
2.第一次机械运转试验情况、故障诊断及处理方案
第一次机械运转试验径向振动数据如下：最大连续转速时驱动侧1v1=38um、1v2=16.6um；非驱动侧1v3=7.8um、1v4=15.8um。跳闸转速时驱动侧1v1=47.1um、1v2=15.2um；非驱动侧1v3=14um、1v4=22um。
通过在线监测系统观察可知，驱动侧1V1振动频谱及轴心轨迹如图1所示，主频为工作频率，幅值11.3um，存在微小多倍频。结合压缩机振动随转速变化明显的特点，判定此压缩机故障为转子轴系存在不平衡。根据呈八字形的轴心轨迹图，轴系存在不对中的情况。
对转子进行高速动平衡，原始振动速度为最大连续转速下驱动侧1.75mm/s，非驱动侧1.7mm/s，平衡后最终振动速度为最大连续转速下驱动侧0.7mm/s，非驱动侧0.4mm/s：跳闸转速下驱动侧0.85mm/s，非驱动侧0.75mm/s。同时检查轴承无损伤，轴承间隙符合设计要求0.12-0.155mm。检查机组对中情况，符合要求。
3.第二次机械运转情况、故障诊断及处理方案
第二次进行机械运转试验径向振动数据如下：最大连续转速下：驱动侧1v1=32um、1v2=15um；非驱动侧1v3=8um、1v4=12um。跳闸转速下：驱动侧1v1=40um、1v2=16um；非驱动侧1v3=13um、1v4=20um。机组径向振动改善情况不明显，频谱图及轴心轨迹与第一次机械运转试验情况类似。
由于转子不平衡、轴承间隙和轴系不对中问题已经排除，同时考虑到联轴器长965.5mm，跨距较长，重量40kg，相对于转子重量395kg较重，若联轴器存在过大的残余不平衡量，对转子径向振动有较大影响。最终判定为联轴器存在残余不平衡量过大为机组振动超差的主要因素，决定使用三元法在最大连续转速下对联轴器进行现场平衡。
4.联轴器的三元法现场动平衡
根据三元法现场平衡方法，选择压缩机侧联轴器转接套与中间节之间的销钉把合位置，圆周间隔120°均匀三点作为加重点，加重重量为P=4g，A0=32um。
第一次加重后机组最大连续转速下径向振动数据：1v1=46um、1v2=20um；1v3=8.2um、1v4=17.2um。則A1=46um。
第二次加重后机组最大连续转速下径向振动数据：1v1=54um、1v2=22.7um；1v3=7.2um、1v4=14um。则A2=54um。
第三次加重后机组最大连续转速下径向振动数据：1v1=24um、1v2=9um；1v3=7um、1v4=11.1um。则A3=24um。
通过作图得OM=8.669，配重位置为A2顺时针方向20°方向，如图2所示。计算得配重P0=A0/OM*P=14.7g。
在计算位置加重后再次进行机械运转试验，机组最大连续转速下径向振动数据：1v1=9.6um、1v2=4.4um；1v3=10.6um、1v4=9.6um。跳闸转速下径向振动数据：1v1=11um、1v2=4.3um；1v3=8.8um、1v4=9.2um。完全符合振动不大于25.4um的要求并达到优质。
总结
本文介绍了一次旋转机械故障诊断及处理的实例：通过对压缩机振动频谱及轴心轨迹的分析，明确故障原因，并对各部件进行一一排查，准确定位导致机组振动超差的部件。使用三元法现场平衡方法对不具备平衡条件的联轴器进行现场平衡，解决了转子振动超差的问题。
参考文献
[1] 张帝.三元法现场平衡[J].中国科技博览，2016，（08）：326.
[2] 张衍.转子动平衡计算及转子轴心轨迹识别[D].哈尔滨工程大学，2002.
[3] 张春雷.旋转机械状态监测与现场动平衡[D].西北工业大学，2002.
[关键词]旋转机械；故障诊断；三元法现场平衡
中图分类号：TH452 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0038-01
1.机组概况
沈阳透平机械股份有限公司为某公司生产的合成气机组机型为2BCL458 +2BCL457/A，驱动形式为汽轮机两侧驱动，要求压缩机径向振动不超过25.4um。其中高压缸2BCL458最大连续转速为12447r/min，一阶临界转速5047r/min，二阶临界转速22265r/min，跳闸转速13692r/min，在厂内机械运转试验时，使用的是试车电机驱动，试车变速机增速的形式。采用联轴器为产品联轴器，其中非驱动侧产品联轴器安装盘使用新制试车联轴器安装盘替代。
2.第一次机械运转试验情况、故障诊断及处理方案
第一次机械运转试验径向振动数据如下：最大连续转速时驱动侧1v1=38um、1v2=16.6um；非驱动侧1v3=7.8um、1v4=15.8um。跳闸转速时驱动侧1v1=47.1um、1v2=15.2um；非驱动侧1v3=14um、1v4=22um。
通过在线监测系统观察可知，驱动侧1V1振动频谱及轴心轨迹如图1所示，主频为工作频率，幅值11.3um，存在微小多倍频。结合压缩机振动随转速变化明显的特点，判定此压缩机故障为转子轴系存在不平衡。根据呈八字形的轴心轨迹图，轴系存在不对中的情况。
对转子进行高速动平衡，原始振动速度为最大连续转速下驱动侧1.75mm/s，非驱动侧1.7mm/s，平衡后最终振动速度为最大连续转速下驱动侧0.7mm/s，非驱动侧0.4mm/s：跳闸转速下驱动侧0.85mm/s，非驱动侧0.75mm/s。同时检查轴承无损伤，轴承间隙符合设计要求0.12-0.155mm。检查机组对中情况，符合要求。
3.第二次机械运转情况、故障诊断及处理方案
第二次进行机械运转试验径向振动数据如下：最大连续转速下：驱动侧1v1=32um、1v2=15um；非驱动侧1v3=8um、1v4=12um。跳闸转速下：驱动侧1v1=40um、1v2=16um；非驱动侧1v3=13um、1v4=20um。机组径向振动改善情况不明显，频谱图及轴心轨迹与第一次机械运转试验情况类似。
由于转子不平衡、轴承间隙和轴系不对中问题已经排除，同时考虑到联轴器长965.5mm，跨距较长，重量40kg，相对于转子重量395kg较重，若联轴器存在过大的残余不平衡量，对转子径向振动有较大影响。最终判定为联轴器存在残余不平衡量过大为机组振动超差的主要因素，决定使用三元法在最大连续转速下对联轴器进行现场平衡。
4.联轴器的三元法现场动平衡
根据三元法现场平衡方法，选择压缩机侧联轴器转接套与中间节之间的销钉把合位置，圆周间隔120°均匀三点作为加重点，加重重量为P=4g，A0=32um。
第一次加重后机组最大连续转速下径向振动数据：1v1=46um、1v2=20um；1v3=8.2um、1v4=17.2um。則A1=46um。
第二次加重后机组最大连续转速下径向振动数据：1v1=54um、1v2=22.7um；1v3=7.2um、1v4=14um。则A2=54um。
第三次加重后机组最大连续转速下径向振动数据：1v1=24um、1v2=9um；1v3=7um、1v4=11.1um。则A3=24um。
通过作图得OM=8.669，配重位置为A2顺时针方向20°方向，如图2所示。计算得配重P0=A0/OM*P=14.7g。
在计算位置加重后再次进行机械运转试验，机组最大连续转速下径向振动数据：1v1=9.6um、1v2=4.4um；1v3=10.6um、1v4=9.6um。跳闸转速下径向振动数据：1v1=11um、1v2=4.3um；1v3=8.8um、1v4=9.2um。完全符合振动不大于25.4um的要求并达到优质。
总结
本文介绍了一次旋转机械故障诊断及处理的实例：通过对压缩机振动频谱及轴心轨迹的分析，明确故障原因，并对各部件进行一一排查，准确定位导致机组振动超差的部件。使用三元法现场平衡方法对不具备平衡条件的联轴器进行现场平衡，解决了转子振动超差的问题。
参考文献
[1] 张帝.三元法现场平衡[J].中国科技博览，2016，（08）：326.
[2] 张衍.转子动平衡计算及转子轴心轨迹识别[D].哈尔滨工程大学，2002.
[3] 张春雷.旋转机械状态监测与现场动平衡[D].西北工业大学，2002.