柔性转子全息现场动平衡技术是涉及旋转机械振动与控制领域的现场动平衡技术
。它适用于对电力、石化、化工等行业中大型回转设备的失衡问题进行识别、平
衡和平衡过程模拟。
大型回转机械是工业生产中的重大关键设备，其事故停车将造成重大经济损
失。柔性转子动平衡历来是电力、石化、化工等国民经济支柱产业中的一项关键
技术。大量统计数据表明：近50%的事故停车是由于转子失衡引起。转子的不平衡
通常是引起回转机械振动的主要原因，不平衡会引起转子的挠曲和内应力，使机
器振动加剧，加速轴承和轴封等零件的磨损，降低机器的工作效率，严重时会引
起各种事故。不平衡不仅是旋转机械主要的激振源，也是多种自激振动的诱发因
素，一旦平衡状况得以改善，一些故障现象也随之消失。因此，转子动平衡技术
一直是现代工业中的关键技术。自20世纪50年代以来，国内外发展了一系列动平
衡技术和设备，为保障大型回转机械的稳定运行起到了积极作用。近年来，随着
大型回转机械向高速、高效方向发展，对转子动平衡技术也提出了更高要求。
目前，大型高速转子，特别是大型离心式压缩机，通常是在制造厂家的动平
衡机上平衡，与现场工况差异较大，平衡精度往往不易得到保证。现代工业中的
大型回转机械整个机组由多个转子组成。对于多个挠性转子组成的轴系，即使各
个转子在制造后经过高速动平衡，在装配成轴系或大修后，其平衡状态也会发生
变化。而且离线动平衡的周期相当长，为了进行高速动平衡，不得不将转子取出
，长途运输到生产厂家。现场的实际工况与动平衡机上存在较大差异，无论是支
承状况的变化、外来的激励、机组热变形和内应力的变化都是动平衡机所无法全
面考虑到的，而这些因素恰恰影响着转子的不平衡响应。因此，用现场动平衡代
替离线平衡已是一个明确的发展方向。近年，国外生产的离心压缩机，在透平与
低压缸的半联轴节附近设计有专用的平衡面，在结构上提供了不揭盖，在现场进
行单面动平衡的便利。所以，研究可以实现精确平衡的现场动平衡技术，提高现
场动平衡效率，具有重大经济效益，是当代工业提出的新要求。
课题组于1988年提出和公开了用于回转机械振动诊断的全息谱原理和技术。
它有效集成了转子的幅频相信息，提高了对回转机械故障的识别能力。1993年后
，又在此基础上，将该理论与转子现场动平衡技术相结合，形成全息动平衡理论
和技术。它将当代的前沿信息和计算机技术引入到大型转子动平衡中，在转子振
动信息的收集、信息的集成融合以及综合利用方面具有独特优势。全息动平衡理
论和技术旨在确诊机组的各类转频故障，降低对专家的经验要求，提高动平衡精
度，减少动平衡的起车次数。这一技术的应用将提高电力、石化、化工等行业大
型回转设备的利用率，缩短动平衡时间。
全息谱理论和技术为全息动平衡技术的建立奠定了理论基础。全息谱方法将
多传感器信息进行集成与融合成多维信息，使各单独传感器信息之间的内在联系
被充分利用，不平衡振动信息的特征更为突出、明显。从而能够从更深层次揭示
转子振动的全貌，提高平衡的效率和精度。
该项目基于课题组独创的全息谱理论，用全息谱集成和融合转子或轴系的全
部振动信息，准确判断机组的主导故障，评定转子失衡的状态和失重的影响，确
定平衡配重的大小和方位。其本质是将信息融合技术与柔性转子动平衡技术充分
结合，简化平衡操作，提高平衡精度和效率，从理论和实践的结合上，实现柔性
转子现场动平衡技术的新突破。该项目从全息谱理论、全息动平衡原理，到全息
动平衡技术皆为课题组独创，具有自主知识产权。
其主要内容如下：
1．基于全息谱理论，首次阐明了转子平衡过程在全息谱上的表现：转频椭圆
上初相点的行为和作用；提出了移相椭圆的概念和利用移相椭圆预测平衡效果的
技术，获得了“转子全息动平衡方法”的国家发明专利（ZL97108694.X）。
2．对非对称转子的全息动平衡，提出了测点模态比的概念和四种确定方法。
进而可在任意非临界转速下求解转子的平衡配重，以一次试重起车实现转子两阶
模态的平衡。获得了“非对称转子的全息动平衡方法”的国家发明专利
（ZL00113755.7）。
3．发明了多转子、多支承轴系的全息动平衡技术。包括用N个平衡面平衡N＋
1个支承处振动的策略；计算机模拟和微调代替常规多次起停车；以及用遗传算法
优化配重；设计了全息现场动平衡的虚拟仪器。获得了“柔性转子轴系全息动平
衡方法”的国家发明专利（ZL02114673.X）。
该项目的创新要点如下：
1．首创用全息谱技术识别和诊断机组的故障，确诊失衡是主导故障，消除现
有平衡操作的盲目性。
2．用二维、三维全息谱集成和融合双向传感器提供的振动信息，消除了转子
支承系统刚度不对称性的影响和用单向传感器进行现场动平衡所带来的相位误差
。
3．首次阐明了转子平衡过程在全息谱上的表现：转频椭圆上初相点的行为和
作用，它与转子失衡质量分布间的对应关系；提出了移相椭圆的概念和利用移相
椭圆预测平衡效果的技术。
4．发明三维全息谱分解技术，将原始振动分解为静力失衡与力偶失衡两种响
应，达到在一次试重起车中两个平衡面同时加重，在任意非临界转速下实现两阶
模态的平衡。
5．提出测点模态比的概念及其四种确定方法。利用测点模态比和全息谱分解
技术，以一次试重起车，在任意非临界转速下，实现非对称转子（如悬臂转子）
两阶模态的平衡。
6．发明了多转子、多支承轴系平衡新技术。包括：①平衡支承的对偶性；②
原始振动椭圆与配重椭圆的初相点互成镜面对称的平衡原则；③用遗传算法逐次
优化配重的大小和方位。
7．在现场动平衡领域中采用计算机动态模拟、微调技术，直观显示平衡效果
，以获得最佳可行的平衡方案，代替了现场多次起停车操作。采用虚拟仪器的形
式，研制和开发了商品化的全息现场动平衡仪器。
该项目采用上述技术，在计算机上准确确定配重质量及方位，最大限度地减
少现场机组起停车次数，缩短动平衡停车时间，提高转子或轴系的平衡质量。与
现有的离线动平衡技术相比，全息现场动平衡技术动平衡过程时间短，能源消耗
少，价格低廉，平衡精度高。
从1991年开始，该项目在10余年研究过程中，先后在中石化长岭炼油厂、贵
州赤天化有限公司、云天化集团有限公司、中原油田炼油化工总厂、上海高桥石
化公司上海炼油厂、新疆克拉玛依炼油厂、渭河化肥厂、渭河发电厂、陕西省蒲
城电厂、河南电力试验研究所等单位应用及现场试验验证。应用过程中正确识别
判断机组不平衡故障，准确提供不平衡数据，取得了巨大的经济效益。并逐步在
全国石化、电力、核能、化工等行业推广，受到国内外同行的高度重视。
全息动平衡原理和技术将当代前沿技术，特别是信息技术和计算机技术引入
大型高速转子动平衡领域中，以全新角度构造转子动平衡技术，建立了柔性转子
全息动平衡理论，实现了动平衡理论方法的新突破。从工程实用角度出发，将信
息融合技术与柔性转子动平衡技术充分结合，研究出一种新的动平衡技术，简化
了平衡操作，提高了平衡的精度和效率，推动了传统的机械动平衡技术的进步。
