一种转子现场动平衡多目标优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种转子现场动平衡多目标优化方法及系统，方法包括获取转子原始振动信号、键相信号、加试重后振动信号和键相信号，利用互相关算法计算得到转子原始不平衡信号和加试重后不平衡信号的幅值及相位；构建以各平衡转速下各测点残余振动位移幅值平方和最小、最大残余振动位移幅值最小为优化目标的优化函数；通过基于速度限制的多目标粒子群算法对所述目标函数进行转子动平衡优化计算；以各平衡转速下各测点的平衡效率和最大为决策目标，得到最优的配重方案。本发明专利技术可以得到最优的动平衡配重方案，保证转子长期平稳运行，并可用于各类旋转机械的刚性转子和柔性转子的现场动平衡。动平衡。动平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种转子现场动平衡多目标优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及旋转机械转子动平衡领域，尤其涉及一种转子现场动平衡多目标优化方法及系统。

技术介绍

[0002]旋转机械如离心压缩机、汽轮发电机、风机、燃气轮机等，是石油、化工、冶金、电力等工业领域的关键设备，支撑着工业技术的发展。转子是旋转机械最重要和核心的部件，随着工业的发展，要求转子更加高速化、精密化，转子的转速也要求越来越高，有的转子甚至达到了十几万转每分钟。转子的工作转速大于一阶临界转速时，在运转过程中转子自挠曲变形不可忽略，挠曲变形会产生质量偏心，导致运行过程中产生与转频同频的离心力，进而产生转子自身的不平衡振动；转子在设计时的误差，制造过程中的材质不均匀、偏心，装配过程中的不对称、不同心以及运行过程中零件的飞出、磨损、腐蚀、积灰等都会产生不平衡量。不平衡是引起旋转机械振动的主要原因，会引起转子挠曲和内应力，加速轴承和轴封等零件的磨损，降低机器的工作效率和使用寿命，严重时会造成重大的经济损失和人员伤亡。
[0003]不平衡不仅是旋转机械主要的激振源，也是许多自激振动的诱发因素。统计资料表明：约有80％的振动可直接归因于转子不平衡。不平衡质量越大、机械运转速度越高，机械振动越剧烈。一旦平衡状况得以改善，其他一些故障现象也将随之消失，特别是在如今转子系统朝着超细长、超高速的发展趋势下，转子不平衡问题必须快速、高效的解决，才能保证旋转机械安全稳定运行。因此转子动平衡技术是现代工业中的一项关键技术。
[0004]转子动平衡方法可分为平衡机法和现场动平衡法，平衡机法需要将转子拆卸到动平衡机上进行动平衡，不仅操作繁琐，而且由于动平衡机和现场工况的不同会导致平衡效果难以满足实际工程应用要求。基于最小二乘影响系数法的现场动平衡法是转子动平衡领域应用最广泛的方法，但该方法会因影响系数矩阵的病态问题导致最终平衡的结果误差较大。基于单目标优化的转子动平衡方法虽然能够避免最小二乘影响系数法影响系数矩阵的病态问题，但优化目标为各平衡转速下各测点残余振动位移幅值平方和最小，难以保证残余振动的均匀性。

技术实现思路

[0005]针对现有转子现场动平衡方法中影响系数矩阵病态的缺陷以及残余振动均匀性难以保证的问题，本专利技术提出一种转子现场动平衡多目标优化方法，以实现现场动平衡时转子最优配重的快速，精确计算，提高动平衡效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案。
[0007]一种转子现场动平衡多目标优化方法，包括以下步骤：
[0008]获取转子原始振动信号、键相信号、加试重后振动信号和键相信号，利用互相关算法计算得到转子原始不平衡信号和加试重后不平衡信号的幅值及相位；
[0009]构建以各平衡转速下各测点残余振动位移幅值平方和最小、最大残余振动位移幅
值最小为优化目标的优化函数；
[0010]通过基于速度限制的多目标粒子群算法对所述目标函数进行转子动平衡优化计算；
[0011]以各平衡转速下各测点的平衡效率均方根值最大为决策目标，选择最优的配重方案。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述获取转子原始振动信号、键相信号、加试重后振动信号和键相信号，具体包括：
[0013]获取各平衡转速下的键相信号、各测点的转子原始振动位移信号以及在校正面上加重后的键相信号、各测点的转子振动位移信号；
[0014]对采集的转子键相信号进行中值滤波处理，去除噪声干扰，得到处理后的转子键相信号；
[0015]对采集的转子振动位移信号进行振动异常值检测和替换处理；
[0016]对振动异常值处理后的转子振动信号进行滤波处理，去除噪声干扰；
[0017]利用预处理后的转子键相信号和转子振动信号进行分析计算，得到转子原始不平衡信号和加试重后不平衡信号的幅值及相位。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述对采集的转子振动位移信号进行振动异常值检测和替换处理具体是采用基于移动窗口的中位数绝对偏差法进行转子振动信号的振动异常值检测，检测到振动异常值后利用分段三次样条插值对振动异常值进行替换。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述对采集的转子振动位移信号进行振动异常值检测和替换处理具体包括：
[0020]确定移动窗口的大小，并以移动窗口的大小将采集的振动信号划分为若干子集；
[0021]计算每个子集内各个数据点之间的距离并进行标准化，得到各个子集内各个数据点之间的标准化距离
[0022]计算各个子集的稳健距离RK
i
，RK
i
为子集内各个数据点之间的标准化距离减去子集中位数的绝对值；
[0023]计算临界值C,C为子集的稳健距离RD
i
的中位数乘以正态分布的比例因子常量；
[0024]判断RD
i
是否大于3倍的C，若大于3倍的C说明第i个点为振动异常值；
[0025]利用分段三次样条插值对振动异常值进行插值替换。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，所述对振动异常值处理后的转子振动信号进行滤波处理，去除噪声干扰，具体包括：
[0027]采用零相移滤波器对振动信号进行带通滤波，滤除转子转频以外的频率分量，得到纯净的转子振动信号。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，所述利用互相关算法计算得到转子原始不平衡信号和加试重后不平衡信号的幅值及相位，具体包括：
[0029]以中值滤波后转子键相信号的第一个上升沿和最后一个上升沿为基准将转子振动信号整周期截断，利用互相关算法计算得到转子原始不平衡信号和加试重后不平衡信号的幅值及相位。
[0030]作为本专利技术的进一步改进，所述通过基于速度限制的多目标粒子群算法对所述目
标函数进行转子动平衡优化计算，其中，基于速度限制的多目标粒子群算法引入速度收缩和多项式变异，构建外部精英档案来存储非支配解，并通过计算拥挤距离来确定粒子是否被放入外部精英档案；转子动平衡优化计算，具体包括：
[0031]a)初始化粒子种群和外部精英档案；
[0032]b)利用速度收缩计算每个粒子的速度；
[0033]c)根据粒子速度计算并更新粒子的位置；
[0034]d)对部分粒子进行多项式变异；
[0035]e)对粒子进行拥挤距离计算并评估，根据评估结果更新粒子种群和外部精英档案；
[0036]f)判断算法迭代数是否小于最大迭代数，若小于最大迭代数则继续进行步骤a)至步骤f)，否则退出循环，得到的外部精英档案为转子动平衡优化计算的结果。
[0037]一种转子现场动平衡多目标优化系统，包括：
[0038]幅值及相位计算模块，用于获取转子原始振动信号、键相信号、加试重后振动信号和键相信号，利用互相关算法计算得到转子原始不平衡信号和加试重后不平衡信号的幅值及相位；
[0039]优化函数构建模块，用于构建以各平衡转速下各测点残余振动位移幅值平方和最小、最大残本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转子现场动平衡多目标优化方法，其特征在于，包括以下步骤：获取转子原始振动信号、键相信号、加试重后振动信号和键相信号，利用互相关算法计算得到转子原始不平衡信号和加试重后不平衡信号的幅值及相位；构建以各平衡转速下各测点残余振动位移幅值平方和最小、最大残余振动位移幅值最小为优化目标的优化函数；通过基于速度限制的多目标粒子群算法对所述目标函数进行转子动平衡优化计算；以各平衡转速下各测点的平衡效率均方根值最大为决策目标，选择最优的配重方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取转子原始振动信号、键相信号、加试重后振动信号和键相信号，具体包括：获取各平衡转速下的键相信号、各测点的转子原始振动位移信号以及在校正面上加重后的键相信号、各测点的转子振动位移信号；对采集的转子键相信号进行中值滤波处理，去除噪声干扰，得到处理后的转子键相信号；对采集的转子振动位移信号进行振动异常值检测和替换处理；对振动异常值处理后的转子振动信号进行滤波处理，去除噪声干扰；利用预处理后的转子键相信号和转子振动信号进行分析计算，得到转子原始不平衡信号和加试重后不平衡信号的幅值及相位。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对采集的转子振动位移信号进行振动异常值检测和替换处理具体是采用基于移动窗口的中位数绝对偏差法进行转子振动信号的振动异常值检测，检测到振动异常值后利用分段三次样条插值对振动异常值进行替换。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对采集的转子振动位移信号进行振动异常值检测和替换处理具体包括：确定移动窗口的大小，并以移动窗口的大小将采集的振动信号划分为若干子集；计算每个子集内各个数据点之间的距离并进行标准化，得到各个子集内各个数据点之间的标准化距离计算各个子集的稳健距离RD
i
，RD
i
为子集内各个数据点之间的标准化距离减去子集中位数的绝对值；计算临界值C，C为子集的稳健距离RD
i
的中位数乘以正态分布的比例因子常量；判断RD
i
是否大于3倍的C，若大于3倍的C说明第i个点为振动异常值；利用分段三次样条插值对振动异常值进行插值替换。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对振动异常值处理后的转子振动信号进行滤波处理，去除噪声干扰，具体包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小栋，朱家浩，刘洪成，熊逸伟，祝珂，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：