柔性转子低速全息动平衡方法技术

本发明专利技术公开了一种涉及旋转机械振动诊断与控制领域的柔性转子低速全息动平衡方法，以全息谱信息集成原理及系统论为基础，确诊机组在运行中的故障类型，用三维全息谱方式全面地描述柔性转子在一阶临界转速前后振动行为的变化规律，以低于一阶临界的低转速作为平衡转速，将转子失衡与其它类型的转频故障正确地区分开来，若机组是以不平衡为主导故障，则根据故障机组转子的振动情况与现场平衡条件，选择平衡面，并将采集的数据用键相信号进行归一化预处理；实现柔性转子在高于一阶临界的工作转速下二阶模态的平衡。该方法突破了传统低速平衡方法只能适用于刚性转子的局限，为低速下平衡柔性转子提供了科学的依据和手段。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于转子动平衡
，进一步涉及旋转机械故障诊断与控制领域，特别涉及主要用于以低于转子第一阶临界的平衡转速，实现柔性转子在高于第一阶临界的工作转速下二阶模态的全息动平衡方法。
技术介绍
由于转子工作转速、结构、转子刚性不同和各类转子要求不同的平衡精度，可以采用刚性转子平衡和柔性转子平衡，使转子获得所需的平衡精度。当转子工作转速远低于转子一阶临界转速，转子挠曲变形对其平衡的影响可以忽略时，就可称作刚性转子；相反，当转子的挠曲变形所产生的附加不平衡不能忽略时，称作柔性转子。对于刚性转子来说，可以用刚体力学的方法来处理其平衡问题，由于刚性转子的平衡转速远低于转子的一阶临界转速，故通常也称为低速平衡。柔性转子的不平衡可分为刚性振型(一阶振型)下不平衡和柔性振型(一阶以上)下不平衡。当柔性转子经过低速平衡后，在刚性振型下已获得平衡，但在柔性振型下又产生新的不平衡，即所加平衡质量与转子实际不平衡轴向分布差别较大，当转速升高后，沿轴向各断面上不平衡力和所加平衡重量产生的不平衡力形成内力矩，转子产生挠曲变形。现在通常的柔性转子平衡方法有两大类模态平衡法、影响系数法。如上所述，传统意义上的低速平衡仅能使转子在刚性振型下获得平衡；当工作转速超过一阶临界转速后，转子在柔性振型下的新的不平衡需要通过高速动平衡加以平衡。例如，汽轮发电机组转子虽然在出厂前均进行了低速平衡，待现场重新装配后仍需进行现场高速动平衡。当待平衡的柔性转子工作转速介于第一、二阶临界转速之间时，能否在低速下(转速低于转子第一临界转速)平衡转子在一阶临界转速后出现的柔性振型不平衡，或者至少降低柔性振型的不平衡，减少柔性振型平衡的工作量？如果低速平衡能实现这一目标，必将显著简化动平衡过程、提高动平衡安全性、提高动平衡效率，获得巨大的经济效益。“转子全息动平衡方法”(参见中国专利技术专利ZL97108694.X)、“非对称转子全息动平衡技术”(专利ZL00113755.7)分别将全息谱技术与信息论原理应用到动平衡领域，通过信息集成，实现了对称及非对称转子和轴系的全息动平衡。以上方法在转子平衡精度和平衡效率两方面，均实现了动平衡技术的突破。本专利的申请旨在拓展柔性转子全息动平衡方法和技术的应用范围，低速下平衡转子在一阶临界转速后出现的柔性振型不平衡，简化动平衡过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服了柔性转子在经过传统低速平衡后仍需进行高速动平衡的局限，提出一种区别与传统低速平衡的柔性转子全息低速动平衡方法，在低速下即可直接平衡一阶临界转速以上的柔性振型不平衡，为低速下平衡柔性转子提供了科学的依据和手段。实现上述专利技术目的的技术解决方案是，不同于传统的刚性转子低速平衡方法，首先采集故障机组数据，利用全息谱技术确诊机组在运行中的故障类型，将转子失衡与其它类型的转频故障正确地区分开来，若机组是以不平衡为主导故障，则根据故障机组转子的振动情况与现场平衡条件，选择平衡面，并将采集的数据用键相信号进行归一化预处理；其特征在于，具体包括以下步骤 1)利用全息谱技术，精确地求出各传感器拾取信号的幅值、频率、相位，作出各个数据采集面的二维全息谱及转子转频下的三维全息谱；用转频椭圆的初相点来表征转子各测量截面的振动；2)记录机组停机过程数据，作Bode图以选取低于转子一阶临界的平衡转速；3)用转子工频原始振动信号，作三维全息谱的力和力偶分量分解，力分量对应一阶模态响应，力偶分量对应二阶模态响应，比较这两阶模态响应的大小，根据比较结果确定平衡方案a.优先平衡力分量，即一阶不平衡量；b.一、二阶不平衡量同时平衡；4)将高于转子一阶临界转速的工作转速及低于转子一阶临界转速的平衡转速下的振动数据，利用全息谱技术处理，获取柔性转子在其一阶临界转速前后的变化规律，特别是力不平衡响应在临界前后初相点的相位翻转与向径缩放；5)根据所选的平衡面，结合机组原始振动数据，确定添加不平衡试重的大小和方位；6)采集加重后平衡转速下的振动数据，利用全息差谱作出纯试重的三维全息谱；7)以4)获取的柔性转子振动在一阶临界转速前后的变化规律，用6)获取的数据拟合出工作转速下纯试重的三维全息谱，并最终获得工作转速下单位不平衡试重1000g∠0°的三维全息谱；8)按不同的平衡方案，同时根据工作转速下各测量面的原始不平衡响应，即转频椭圆初相点，应与平衡配重椭圆初相点成镜面对称关系，通过角度补偿与向径缩放，求取各配重的合理大小和相位； 9)加上平衡配重后，测试平衡转速下的结果，如果满足平衡要求，则平衡结束；否则，重复上述步骤。该方法以全息谱信息集成原理及系统论为基础，在获得转子上全部传感器振动信息的基础上，集成了各个支承处振动的幅频相信息，以三维全息谱的方式全面描述工作转速(高于转子一阶临界转速)及平衡转速(低于转子一阶临界转速)下的振动行为，获取柔性转子在其一阶临界转速前后的变化规律，并以此作为低速平衡的依据。在此基础上实现低速下柔性转子的动平衡。本专利技术提供的，为平衡柔性转子开辟了新的思路，主要创新点在于1.柔性转子低速全息动平衡以三维全息谱分析为基础，融合了转子多向振动信息，提高了平衡精度，充分考虑到了转子-轴承系统各向刚性不同等因素，采用转频椭圆的初相点来表征转子各测量截面的振动大小和方位；2.用全息谱技术及振动响应的力和力偶分解方法，获得了柔性转子在一阶临界前后的不平衡响应的幅值、相位的变化规律，以此作为低速平衡柔性转子的理论依据；3.利用系统论的近似可分性原理，转子各测量面的不平衡响应可用最相关平衡面的加重分别加以平衡；4.比较转子工频原始振动信号两阶模态响应的大小，以此确定适合的平衡方案a.优先平衡一阶不平衡量；b.一二阶不平衡量同时平衡。5.平衡配重符合移相椭圆规律，即用原始振动所形成的椭圆上和平衡配重所形成的椭圆上两初相点间的镜面对称副关系，来作为寻找最佳平衡方案的理论依据； 6.采用两平面同时加重，在低速下一至两次试重起车即可实现工作转速下柔性转子二阶模态的平衡，减少了试重起车次数，并降低了传统模态平衡法要求在临界转速处停留所带来的平衡风险；7.经过柔性转子低速全息动平衡后，可减少或避免高速下多次起停车平衡试验，简化动平衡过程，提高动平衡效率。四附图说明图1为试验台转子临界转速前后纯力不平衡试重椭圆初相点的相位随试重安装角度的变化规律图。图2为角度补偿计算示意图；图3是实验台布置图；图4是本专利技术的优先平衡力分量的平衡流程图，也是本专利技术的一个实施例；图中的符号说明如下Ω——转子的工作转速，介于转子第一、二阶临界转速之间；ω——平衡转速，低于转子第一阶临界转速；A、B——用全息谱初相点矢量表征的转子左右A、B两测量面工作转速Ω下的原始不平衡响应；a、b——用全息谱初相点矢量表征的转子左右A、B两测量面平衡转速ω下的原始不平衡响应；Af0、Bf0——工作转速Ω下的原始不平衡响应A、B通过全息谱力和力偶分解所得的力不平衡响应；Ac0、Bc0——工作转速Ω下的原始不平衡响应A、B通过全息谱力和力偶分解所得的力偶不平衡响应；af0、bf0——平衡转速ω下的原始不平衡响应a、b分解所得的力不平衡响应；ac0、bc0——平衡转速ω下的原始不平衡响应a、b分解所得的力偶不平衡响应；tC、tD——分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
柔性转子低速全息动平衡方法，不同于传统的刚性转子低速平衡方法，其特征在于： １）利用全息谱技术，精确地求出各传感器拾取信号的幅值、频率、相位，作出各个数据采集面的二维全息谱及转子转频下的三维全息谱；用转频椭圆的初相点来表征转子各测量截面的振动； ２）记录机组停机过程数据，作Ｂｏｄｅ图以选取低于转子一阶临界的平衡转速； ３）用转子工频原始振动信号，作三维全息谱的力和力偶分量分解，力分量对应一阶模态响应，力偶分量对应二阶模态响应，比较这两阶模态响应的大小，根据比较结果确定平衡方案：ａ．优先平衡力分量，即一阶不平衡量；ｂ．一、二阶不平衡量同时平衡； ４）将高于转子一阶临界转速的工作转速及低于转子一阶临界转速的平衡转速下的振动数据，利用全息谱技术处理，获取柔性转子在其一阶临界转速前后的变化规律，特别是力不平衡响应在临界前后初相点的相位翻转与向径缩放； ５）根据所选的平衡面，结合机组原始振动数据，确定添加不平衡试重的大小和方位； ６）采集加重后平衡转速下的振动数据，利用全息差谱作出纯试重的三维全息谱； ７）以４）获取的柔性转子振动在一阶临界转速前后的变化规律，用６）获取的数据拟合出工作转速下纯试重的三维全息谱，并最终获得工作转速下单位不平衡试重１０００ｇ∠０°的三维全息谱； ８）按不同的平衡方案，同时根据工作转速下各测量面的原始不平衡响应，即转频椭圆初相点，应与平衡配重椭圆初相点成镜面对称关系，通过角度补偿与向径缩放，求取各配重的合理大小和相位； ９）加上平衡配重后，测试平衡转速下的结果，如果满足平衡要求，则平衡结束；否则，重复上述步骤。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：屈梁生，刘石，张西宁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]