一种柔性转子全息同步动平衡方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性转子全息同步动平衡方法及系统，首先通过转子系统的一阶临界转速选定具备刚性条件下的转子平衡转速；测得工作转速与平衡转速下的改进初相矢值，并进行力与力偶分量分解，计算出一阶临界转速前后的力与力偶分量临界比；在平衡转速下进行力与力偶不平衡试重，根据三维全息差谱技术，求解纯力与纯力偶不平衡响应，并得到单位力与力偶不平衡响应；模拟出工作转速下纯力与纯力偶不平衡试重响应，并计算得到各平衡盘力与力偶不平衡分量；计算出各平衡盘的总不平衡量，获得最终平衡配重。实现了柔性转子低高速的同步动平衡，提高了动平衡操作安全性；同时以改进初相矢作为平衡目标。矢作为平衡目标。矢作为平衡目标。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性转子全息同步动平衡方法及系统


[0001]本专利技术属于旋转机械故障诊断
，具体涉及一种柔性转子全息同步动平衡方法及系统。

技术介绍

[0002]大型旋转机械，如风机、燃气轮机等，是石油、能源、冶金等众多行业中的重要设备，它们工作的主体是以转子系统为核心的众多回转部件。振动问题是各类大型旋转机械运转时所面对的最严峻的挑战，其对机械性能的不良影响占有很高比例。据统计，70％以上的振动问题均由转子不平衡造成，不平衡会使转子产生内应力及反复弯曲，甚至导致转子断裂。因此，转子动平衡技术至关重要。
[0003]传统的全息动平衡技术对单测振面上两个传感器的信息进行了融合，可全面反映转子在测振面上的振动情况，提高了平衡精度，但忽略了平衡过程中添加试重后可能无法通过临界转速到达工作转速进行动平衡的情况；柔性转子低速全息动平衡方法实现了在低速时，转子工作转速(高于一阶临界转速)下的二阶模态平衡，尽管相较于传统全息动平衡方法，其拓宽了技术应用范围，但是在平衡过程中以传统初相矢作为平衡目标并不能准确地表现出柔性转子的不平衡量，存在一定局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种柔性转子全息同步动平衡方法及系统，以改进的初相矢作为平衡目标，在转子低速状态即转子可被视为刚性的条件下，同步实现转子的高速动平衡。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种柔性转子全息同步动平衡方法，包括以下步骤：
[0007]S1、记录转子启车过程中的振动数据，并作出对应的伯德图，确定转子系统的一阶临界转速，并选取低于倍一阶临界转速的速度作为转子平衡转速ω；
[0008]S2、将多传感器采集设备获得的振动信号减去盘车时的跳动量后进行融合，并基于全息谱技术，利用改进初相矢表示步骤S1转子平衡转速ω与工作转速Ω下各个测振面的不平衡量；
[0009]S3、根据三维全息谱分解技术，将步骤S2获得的转子平衡转速ω与工作转速Ω下的不平衡量分解为力与力偶不平衡分量两部分，并求出力与力偶分量临界比；
[0010]S4、在转子平衡转速ω下分别进行力不平衡试重与力偶不平衡试重，根据三维全息差谱技术得到纯力不平衡试重响应与纯力偶不平衡试重响应，并基于此分别求出单位力与力偶不平衡试重响应；
[0011]S5、根据步骤S3获得的力与力偶分量临界比和步骤S4获得的单位力与力偶不平衡试重响应模拟工作转速Ω下的纯力与纯力偶不平衡试重响应，以工作转速Ω下平衡量的幅
值以及力与力偶分量的幅值作为平衡目标，得到转子系统的力不平衡分量与力偶不平衡分量，并进行合成得到试重盘C、D的总不平衡量；
[0012]S6、根据移相椭圆原理，即试重加到原始不平衡初相点的镜像对称位置上时平衡效果最佳，利用步骤S5获得的总不平衡量确定转子系统最终的平衡配重；
[0013]S7、根据步骤S6最终的平衡配重测试加上配重后的转子系统，如果在工作转速下振动量满足平衡要求，平衡结束。
[0014]具体的，步骤S2具体为：
[0015]S201、将工频椭圆转化为圆，利用工频圆的半径表示改进初相矢的大小；
[0016]S202、基于工频椭圆到工频圆的转换，确定工频椭圆初相矢进动轨迹面积M1，将工频椭圆初相矢进动轨迹面积M1等效为基于工频圆改进初相矢的进动轨迹面积M2，得到角度变化量Δβ，计算出试重前后初相矢角度的变化大小。
[0017]进一步的，步骤S202中，未添加试重前的改进初相矢的相位β1表示为：
[0018][0019]添加试重后的改进初相矢的相位β2表示为：
[0020]β2＝β1+Δβ
[0021]其中，Δβ为角度变化量，a,b分别代表工频椭圆长轴和短轴，α1为添加试重前的工频椭圆初相角。
[0022]具体的，步骤S3中，根据三维全息谱分解技术，将平衡转速和工作转速下的不平衡响应R
ω
(s)、R
Ω
(s)分解为力不平衡响应与力偶不平衡响应；分别计算力不平衡分量临界比；计算力偶不平衡分量临界比。
[0023]进一步的，力不平衡响应与力偶不平衡响应分别为：
[0024][0025][0026]其中，与分别为平衡转速下的单位力不平衡与单位力偶不平衡响应，与分别为工作转速下的单位力不平衡与单位力偶不平衡响应。
[0027]进一步的，力不平衡分量在一阶临界转速前后的幅值和相位变化r
f
、δ
f
表示为：
[0028][0029][0030]力不平衡分量的一阶临界转速比λ
f
表示为：
[0031][0032]力偶不平衡分量在一阶临界转速前后的幅值和相位变化r
f
、δ
f
表示为：
[0033][0034][0035]力偶不平衡分量的一阶临界转速比λ
c
表示为：
[0036][0037]其中，a,b分别代表椭圆长轴和短轴，s为转子系统中的某处，，与分别为平衡转速下的单位力不平衡与单位力偶不平衡响应，j为虚数单位。
[0038]具体的，步骤S4中，平衡转速下，在试重盘C和试重盘D上分别添加试重模拟力不平衡响应；平衡转速下，在试重盘C和试重盘D上分别添加试重模拟力偶不平衡响应；计算得到单位力不平衡分量I
ωf
＝10.8∠
‑
66.1
°
与单位力偶不平衡分量I
ωc
＝13.8∠29.8
°
。
[0039]具体的，步骤S5中，试重盘C和试重盘D的总不平衡量P
C
和P
D
分别为：
[0040][0041][0042]其中，分别为平衡盘C的力不平衡分量与力偶不平衡分量；分别为平衡盘D的力不平衡分量与力偶不平衡分量。
[0043]具体的，步骤S6中，试重盘C和试重盘D的真实配重结果P
C
″
和P
D
″
为：
[0044]P
C
″
≈
‑
P
C
[0045]P
D
″
≈
‑
P
D
。
[0046][0047]本专利技术的另一技术方案是，一种柔性转子全息同步动平衡方法系统，包括：
[0048]振动模块，记录转子启车过程中的振动数据，并作出对应的伯德图，确定转子系统的一阶临界转速，并选取低于倍一阶临界转速的速度作为转子平衡转速ω；
[0049]融合模块，将多传感器采集设备获得的振动信号减去盘车时的跳动量后进行融合，并基于全息谱技术，利用改进初相矢表示振动模块转子平衡转速ω与工作转速Ω下各个测振面的不平衡量；
[0050]分解模块，根据三维全息谱分解技术，将融合模块获得的转子平衡转速ω与工作转速Ω本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性转子全息同步动平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、记录转子启车过程中的振动数据，并作出对应的伯德图，确定转子系统的一阶临界转速，并选取低于倍一阶临界转速的速度作为转子平衡转速ω；S2、将多传感器采集设备获得的振动信号减去盘车时的跳动量后进行融合，并基于全息谱技术，利用改进初相矢表示步骤S1转子平衡转速ω与工作转速Ω下各个测振面的不平衡量；S3、根据三维全息谱分解技术，将步骤S2获得的转子平衡转速ω与工作转速Ω下的不平衡量分解为力与力偶不平衡分量两部分，并求出力与力偶分量临界比；S4、在转子平衡转速ω下分别进行力不平衡试重与力偶不平衡试重，根据三维全息差谱技术得到纯力不平衡试重响应与纯力偶不平衡试重响应，并基于此分别求出单位力与力偶不平衡试重响应；S5、根据步骤S3获得的力与力偶分量临界比和步骤S4获得的单位力与力偶不平衡试重响应模拟工作转速Ω下的纯力与纯力偶不平衡试重响应，以工作转速Ω下平衡量的幅值以及力与力偶分量的幅值作为平衡目标，得到转子系统的力不平衡分量与力偶不平衡分量，并进行合成得到试重盘C、D的总不平衡量；S6、根据移相椭圆原理，即试重加到原始不平衡初相点的镜像对称位置上时平衡效果最佳，利用步骤S5获得的总不平衡量确定转子系统最终的平衡配重；S7、根据步骤S6最终的平衡配重测试加上配重后的转子系统，如果在工作转速下振动量满足平衡要求，平衡结束。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体为：S201、将工频椭圆转化为圆，利用工频圆的半径表示改进初相矢的大小；S202、基于工频椭圆到工频圆的转换，确定工频椭圆初相矢进动轨迹面积M1，将工频椭圆初相矢进动轨迹面积M1等效为基于工频圆改进初相矢的进动轨迹面积M2，得到角度变化量Δβ，计算出试重前后初相矢角度的变化大小。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S202中，未添加试重前的改进初相矢的相位β1表示为：添加试重后的改进初相矢的相位β2表示为：β2＝β1+Δβ其中，Δβ为角度变化量，a,b分别代表工频椭圆长轴和短轴，α1为添加试重前的工频椭圆初相角。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，根据三维全息谱分解技术，将平衡转速和工作转速下的不平衡响应R
ω
(s)、R
Ω
(s)分解为力不平衡响应与力偶不平衡响应；分别计算力不平衡分量临界比；计算力偶不平衡分量临界比。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，力不平衡响应与力偶不平衡响应分别为：
其中，与分别为平衡转速下的单位力不平衡与单位力偶不平衡响应，与分别为工作转速下的单位力不平衡与单位力偶不平衡响应。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，力不平衡分量在一阶临界转速前后的幅值和相位变化r
f
、δ
f
表示为：表示为：力不平衡分量的一阶临界转速比λ
f
表示为：力偶不平衡分量在一阶临界转速前后的幅值和相位变化r
f
、δ
f

【专利技术属性】
技术研发人员：温广瑞，陈泓铭，苏宇，山崧，黄鑫，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：