什么是泵的转子动平衡与不平衡量：G 等级的含义与现场校正方法

上海蓝海泵业制造有限公司在 2026 年 10 月的现场服务记录中，因转子不平衡引发的振动问题占比不低。转子动平衡是把转子的质量分布调整到允许范围之内的工艺，其核心是三个概念：不平衡量 U 等于 m 乘以 r、比不平衡量 e 等于 U 除以 M、平衡品质等级 G。本文说明静不平衡与动不平衡的区别、G 等级的含义与推导、单面与双面校正方法，以及现场不平衡振动的频谱特征与排查做法。

一、静不平衡与动不平衡的区别

1. 静不平衡

静不平衡指转子质心不在旋转轴线上。把转子放在水平导轨或刀口上，重的一侧会转到下方，静止状态就能发现。从矢量角度看，转子上各截面的不平衡矢量方向基本一致，合力不为零而合力偶接近于零，因此只需要在一个校正平面上加重或去重即可消除。

静不平衡的现场特征是两侧轴承座的径向振动相位接近同相，轴向振动不大，频谱以 1 倍转频为主。典型的单面校正对象包括联轴器、飞轮、皮带轮与宽度较小的单级叶轮。

2. 偶不平衡

偶不平衡指转子质心落在旋转轴线上（静平衡成立），但转子的主惯性轴与旋转轴线不重合，旋转时产生一对大小相等、方向相反的不平衡力，构成一个不平衡力偶。转子静止在导轨上时看不出问题，只有转起来才显现。

偶不平衡必须至少在两个校正平面上、以相反的相位加重或去重才能消除，单面校正无效。现场特征是两侧轴承座的径向振动相位接近反相，轴向方向的振动分量可能较大。

3. 准静不平衡与一般动不平衡

准静不平衡是静不平衡与偶不平衡的组合：两个校正平面上的不平衡量大小不相等，相位既不是完全同相，也不是完全反相。实际泵转子绝大多数属于这种情况。

工程上把静不平衡与偶不平衡同时存在的情况称为动不平衡。动不平衡需要在两个校正平面上按矢量关系同时校正，校正量的大小与相位分别确定，不能相互替代。这也是泵转子通常按双面平衡处理的原因。

• 静不平衡：合力不为零，单面可校正，两侧振动接近同相。
• 偶不平衡：合力为零而力偶不为零，单面校正无效，两侧振动接近反相。
• 准静不平衡：两者组合，双平面上的量大小不等、相位任意。
• 动不平衡：一般情形，需要双面按矢量关系校正。

二、不平衡量与比不平衡量的定义

1. 不平衡量 U 等于 m 乘以 r

不平衡量 U 定义为不平衡质量 m 与其到旋转轴线距离 r 的乘积，常用单位为 g·mm，小转子也用 mg·mm 或 g·cm。U 描述的是转子质量分布偏离轴线所产生的离心效应大小，其数值与转速无关。

需要注意的是 U 是矢量，既有大小也有相位（角向位置）。校正时的运算是矢量加减，不是标量相加。两个校正平面上各有一个不平衡矢量，双面平衡求解的正是这两个矢量。

离心力按 F 等于 m 乘以 r 乘以 ω 的平方计算。可以看到激振力与角速度的平方成正比，转速上升一倍，不平衡引起的激振力增加到四倍。这是高转速泵对平衡要求更严的直接原因。

2. 比不平衡量 e 等于 U 除以 M

比不平衡量 e 定义为不平衡量 U 除以转子质量 M，常用单位为 g·mm/kg。按单位换算，1 g·mm/kg 等于 1 微米（μm），所以 e 的数值直接表示转子质心相对旋转轴线的偏移量，物理意义直观。

引入 e 的意义在于把不同质量的转子放在同一尺度上比较。两台转子的不平衡量 U 相同，质量不同，质心偏移量就不同，运行表现也不同。用 e 描述平衡品质，才能与转速、与机器类型建立对应关系。

3. 允许的残余不平衡量

任何平衡工艺都不可能把不平衡完全消除，只能把残余量控制在允许范围内。允许残余不平衡量 U_per 由允许比不平衡量 e_per 与转子质量 M 相乘得到：U_per 等于 e_per 乘以 M。

双面平衡时，总允许量需要在两个校正平面之间分配。两侧对称布置时通常各取一半；校正平面与支承距离不对称时，按所依据的平衡标准给出的分配方法处理。分配完成后，每个平面上的残余不平衡量都不应超过该平面的允许值。

• U 是矢量，单位为 g·mm，描述不平衡的****大小。
• e 等于 U 除以 M，单位 g·mm/kg，数值上等于质心偏移的微米数。
• U_per 等于 e_per 乘以 M，双面校正时在两平面之间分配。
• 不平衡激振力与角速度的平方成正比，转速越高要求越严。

三、平衡品质等级 G 的含义与推导

1. G 的物理含义

平衡品质等级用字母 G 加数字表示，如 G16、G6.3、G2.5、G1.0，数字的单位是 mm/s。它的物理含义是允许的质心偏心速度，即允许比不平衡量 e_per 与角速度 ω 的乘积。G 数值越小，要求的平衡精度越高。

等级序列按约 2.5 倍的公比递增，相邻等级之间相差一档。采用偏心速度作为指标，是因为同一 e 值在不同转速下产生的激振不同，用 e_per 乘以 ω 可以把转速因素一并纳入，使不同转速的机器共用一套分级体系。

平衡品质等级的划分方法见 ISO 1940，国内对应 GB/T 9239 系列中关于刚性转子平衡品质的规定。使用时应以现行有效版本为准，不同版本在术语与示例上可能有调整，不宜直接引用未经核实的条文。

2. 由转速求允许偏心量

推导过程只有两步。角速度按 ω 等于 2πn 除以 60 计算，其中 n 为转速，单位为 r/min；允许比不平衡量按 e_per 等于 G 乘以 1000 再除以 ω 计算，结果单位为微米（μm）。

举一个示例。转速 2900 r/min 时，ω 等于 2π 乘以 2900 除以 60，约等于 304 rad/s。按 G6.3 级，e_per 等于 6.3 乘以 1000 除以 304，约等于 20.7 μm；按 G2.5 级，e_per 约等于 8.2 μm。转速降到 1450 r/min 时，ω 约等于 152 rad/s，G6.3 对应的 e_per 约等于 41.5 μm。

由示例可以看出，同一 G 等级下转速越高，允许的偏心量越小。若转子质量为 50 kg、转速 2900 r/min、按 G6.3 级，允许残余不平衡量 U_per 约等于 20.7 乘以 50，即约 1035 g·mm；双面校正且两平面对称时，每侧约 517 g·mm。

3. 泵转子的常见等级

泵转子按 G6.3 级或 G2.5 级平衡，属于工程上普遍采用的做法，不是强制条文。具体等级应按产品技术文件、购销合同或所依据的平衡标准确定，有约定时以约定为准。

一般清水离心泵、配套电机转子与小型叶轮常见 G6.3 级；转速较高、功率较大或对振动有更严要求的泵组，可按 G2.5 级甚至数值更小的等级。等级提高会带来加工与校正成本上升，需要与现场振动要求权衡。

需要提醒，G 等级针对的是刚性转子。工作转速高于一阶临界转速的多级泵转子属于挠性转子，需要按挠性转子的平衡方法处理，不能简单套用刚性转子的等级表。

• G 数值的单位是 mm/s，表示允许的质心偏心速度。
• ω 等于 2πn 除以 60，e_per 等于 G 乘以 1000 再除以 ω。
• 同一 G 等级下，转速越高允许的偏心量越小。
• 泵转子按 G6.3 或 G2.5 级属于工程常见做法，具体以技术文件为准。

四、校正方法：单面与双面平衡

1. 单面平衡

单面平衡只在一个校正平面上校正，用于消除静不平衡。适用于盘状转子，即直径与轴向厚度的比值较大、校正平面可以覆盖主要质量分布的转子。泵上的联轴器、飞轮、皮带轮、单级悬臂叶轮常按单面处理。

能否按单面平衡，取决于转子的几何形状、支承间距与工作转速相对一阶临界转速的关系，具体判据见所依据的平衡标准。判断失误会导致残余偶不平衡量偏大，现场表现为一侧振动合格而另一侧超标。

2. 双面平衡与校正平面选择

双面平衡在两个校正平面上分别施加校正矢量，同时消除合力与合力偶。平衡机测量两个支承处的振动响应，通过解算得到两个平面上的校正量大小与相位，这一过程称为影响系数法或平面分离。

校正平面的选择有两个要点：两平面之间要有足够的轴向距离，否则校正力矩的力臂太短，需要的校正量会很大；平面位置应选在允许去重或加重的结构处，如叶轮前后盖板、平衡盘外缘、联轴器端面。

3. 去重与加重

去重是去掉材料，常用钻孔、铣削、磨削与锉削，位置多选择叶轮盖板外缘或平衡盘。去重不应破坏强度、密封面与流道形状，钻孔深度与位置受壁厚限制，去重后要清理切屑并做防腐处理。

加重是增加质量，常用螺栓连接平衡块、焊接平衡块、平衡垫与配重环。加重件必须固定可靠，防止运行中松动或飞出；焊接件要核对母材焊接性，避免影响叶轮或主轴材质。

去重与加重的选择取决于结构与现场条件。铸铁叶轮适合钻孔去重；不锈钢叶轮常用铣削或在允许位置焊接平衡块；已经出现壁厚减薄的部位不宜再去重。校正后应复测，确认残余量落到允许范围内。

4. 平衡机的使用

平衡机按支承特性分为硬支承与软支承两类。硬支承平衡机测量支承受到的力，标定结果对不同质量的转子通用；软支承平衡机测量支承的振动，需要针对具体转子做标定。两类设备都能完成双面平衡。

使用前的输入参数包括支承间距、校正平面间距、校正半径与平衡转速。参数输入错误会直接反映到校正结果上，是现场出现「平衡机上合格、装机后仍振动」的常见原因之一。

平衡转速的选取按转子类型与所依据的平衡标准确定。刚性转子可以在低于工作转速的转速下平衡，这也是平衡机转速通常远低于泵工作转速的原因。平衡过程中还要注意转子本身的挠度、键与键槽的装配状态。

• 单面平衡适用于盘状转子，只消除静不平衡。
• 双面平衡在两个平面上按矢量关系校正，同时消除力与力偶。
• 去重常用钻孔、铣削、磨削；加重常用平衡块、平衡垫、配重环。
• 平衡机输入参数错误会导致校正结果不可用。
• 刚性转子可在低于工作转速的转速下完成平衡。

五、现场不平衡的识别与校正

1. 不平衡的振动特征

不平衡引起的振动有几个相对稳定的特征：频谱上 1 倍转频占主导，谐波成分少；振动以径向为主，水平与垂直方向都可能较大；同一测点的相位稳定，重复测量结果一致；振幅随转速上升按转速平方关系增长。

还有一个实用的判断依据是振幅对工况变化不敏感。流量、负荷、出口压力改变时，不平衡引起的振动幅值基本不变；若振动随负荷或流量明显变化，就要考虑汽蚀、管路应力与不对中等因素。

2. 与不对中、松动、汽蚀的频谱差异

不对中的典型特征是 2 倍转频成分突出，常伴轴向振动偏大，联轴器两侧的相位差接近 180°。平行不对中与角度不对中的表现略有差异，但都以 2 倍频为核心线索。

机械松动（地脚螺栓松动、轴承间隙过大、配合松动）表现为丰富的高次谐波，还可能出现 0.5 倍转频等分频成分，时域波形呈现削顶。这类振动的相位重复性差，测量值跳动。

汽蚀表现为宽频随机能量抬升，常伴叶轮通过频率及其边带，同时出现噪声增大、扬程与流量波动。转子与定子碰摩会出现分频与高频成分混合的复杂谱。轴承损伤则出现与转速不成整数倍的特征频率。

3. 现场双面平衡的作业要点

现场平衡一般采用影响系数法：先测原始振动矢量 A0；在选定平面上加试重 T，测得振动矢量 A1；影响系数等于（A1 减 A0）除以 T；所需校正量等于负的 A0 除以影响系数。加完校正重后复测验证。

试重的大小要合适：太小则振动变化不明显，易受测量噪声干扰；太大则可能造成瞬时振动超标。工程上通常按试重后振动有明显变化、但不至于超过允许值的原则估算，具体数值由现场确定。

现场平衡还要注意三点：测量必须在同一转速、同一工况下进行；相位需要稳定的基准，通常由键相传感器或光电传感器提供；停机加重后必须确认加重件固定可靠，再启动复测。

4. 振动评价参考

现场振动烈度评价通常参照 ISO 10816 系列与 GB/T 6075 系列《机械振动 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》，按振动烈度的速度有效值（mm/s）分区评价。截至 2026 年 10 月，这两套标准在现场仍被广泛使用。

评价时要先确定机器类别、功率与转速，再按标准中对应条款取值，不同类别的分区限值不同，不能跨类别套用。测点位置与测量方向也要与标准要求一致，否则结果不可比。

还需要区分振动烈度评价与平衡品质评价。前者评价的是整机在运行状态下的振动大小，后者评价的是转子本身的残余不平衡量。平衡合格不等于现场振动一定合格，因为基础、对中、管路应力与汽蚀都会贡献振动。

• 不平衡：1 倍转频主导，相位稳定，径向振动为主。
• 不对中：2 倍转频突出，轴向振动可能偏大，两侧相位差接近 180°。
• 松动：高次谐波丰富，可能出现分频，相位重复性差。
• 汽蚀：宽频随机能量抬升，伴噪声与扬程波动。
• 振动烈度评价按 ISO 10816 系列与 GB/T 6075 系列执行。

六、检修后的重新平衡与拆装标记

1. 需要重新平衡的场合

更换叶轮、修复或更换口环与密封环、对磨损部位做堆焊或补焊、更换轴套与联轴器、转子部件重新加工、平衡块脱落或移位、对转子做过切割或磨削修复，这些操作之后都应重新平衡。

理由是这些操作都改变了转子的质量分布或质心位置，原有的平衡状态不再成立。上海蓝海泵业制造有限公司在 2026 年 9 月至 10 月的检修服务中，遇到较多的是叶轮更换后未重新平衡、装机后振动超标的案例。

2. 拆装标记与部件配对

解体前应在叶轮、轴套、平衡盘、联轴器与键上做配对标记，记录相对角向位置，回装时按标记恢复。这样可以把检修本身引入的不平衡量降到较低水平，减少后续校正工作量。

还要记录原有平衡块的位置与重量，拆下时逐个标记。叶轮单独平衡后再装到轴上，仍然要做转子整体平衡，单件平衡不能代替转子平衡。更换备件叶轮时，即使备件已单独平衡，装机后仍建议做一次整体平衡校验。

装配细节同样影响平衡结果：键与键槽的配合、叶轮与轴的配合间隙、锁紧螺母的拧紧力矩、口环的同轴度，都会改变转子的实际质心位置。修后振动异常的排查顺序通常是先查装配与对中，再查平衡。

七、常见误区

认为平衡机上合格、现场就一定不振动，是出现频率较高的认识偏差。平衡机的支承条件与现场基础不同，现场振动还包含对中、基础刚度、管路应力与汽蚀的贡献，两者不能直接划等号。

用单件叶轮平衡代替转子整体平衡是另一类常见问题。转子是由叶轮、轴、轴套、平衡盘、联轴器与键组成的整体，单件合格不代表整体合格，装机后仍需做一次整体平衡校验。

不看相位、只按振幅反复试重，也属于常见偏差。不平衡校正是矢量运算，缺少相位基准时会做很多次无效试重，既耗时又可能越校越差。

用加重掩盖故障根源是第四类问题。不平衡往往是结果，叶轮磨损、结垢、破损、异物附着、口环偏磨才是原因。先查原因、再修缺陷、最后做平衡，顺序不能颠倒。

• 把平衡机合格等同于现场振动合格。
• 用叶轮单件平衡代替转子整体平衡。
• 不看相位，只按振幅反复试重。
• 用加重掩盖磨损、结垢与破损等根源问题。
• 平衡块随意点焊固定，运行一段时间后脱落。

八、常见问题

问：泵转子应该按 G6.3 还是 G2.5 平衡？

有约定时按约定执行，没有约定时泵转子按 G6.3 或 G2.5 是工程常见做法。选择依据是转速与机器类型：同一转速下 G 数值越小，允许的残余不平衡量越小，加工与校正成本越高。具体等级应结合制造厂技术文件、设备重要性与现场振动要求综合确定。

问：现场没有平衡机，能不能做动平衡？

可以做，方法是用便携式振动分析仪按影响系数法做现场平衡。前提是振动以 1 倍转频为主、相位稳定、加重位置可达且允许加重。若频谱以 2 倍频或宽频成分为主，应先排查不对中、松动与汽蚀，此时做动平衡不会解决问题。

问：换了新叶轮，还需要在平衡机上校一遍吗？

需要。新叶轮即使做过单件平衡，装到轴上后与轴套、键、平衡盘、联轴器组成的转子整体质量分布已经改变，原有平衡状态不再成立。正确做法是装机后做转子整体平衡；解体前做好配对标记可以减少校正量，但不能省略平衡工序。

问：振动烈度评价该按哪个标准？

现场通常参照 ISO 10816 系列与 GB/T 6075 系列《机械振动 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》，按振动烈度的速度有效值分区评价。截至 2026 年 10 月，这两套标准在现场仍被广泛使用。评价前要先确定机器类别与测点位置，再按标准对应条款取值。

问：不平衡量 U 合格，为什么现场振动还是大？

因为现场振动不只由不平衡贡献。基础刚度不足、联轴器不对中、管路附加应力、轴承损伤、汽蚀与转子碰摩都会产生振动。排查时应先做频谱分析，确认 1 倍转频是否占主导、相位是否稳定，再决定是否动平衡，避免把其他故障当成不平衡处理。