一种旋转机械多平面多测点多转速轴系影响系数动平衡法

摘要

本发明公开了一种旋转机械多平面多测点多转速轴系影响系数动平衡法，具体步骤如下：(1)选定轴系平衡转速点、平衡平面和测点数；(2)测量300rpm的低转速下转轴的初始偏摆值及平衡转速点初始振动值[y_i0]；(3)求出轴系多个平衡平面进行试重后，在轴承各测点处的振动响应；(4)以转子平衡后各振动测点的残余振动幅值ε最小为目标，建立振动响应矢量平衡方程，获得机组轴系配重Q的大小和角度；(5)读取各振动测点的振动值，若该值仍不满意，重复上述步骤(2)、(3)、(4)。本发明综合考虑了多个平面、多个测点、多个转速轴系的振动，有效避免了传统动平衡过程中的跷跷板现象。

主权项

一种旋转机械多平面多测点多转速轴系影响系数动平衡法，其特征在于，具体步骤如下：(1)由不平衡引起的轴系振动，根据轴系动平衡要求，按照刚性转子动平衡和柔性转子动平衡特点，结合轴系运行转速范围、加重平衡位置、传感器探头位置的实际运行条件，选定轴系平衡转速点、平衡平面和测点数，基本原则是：若为刚性转子动平衡，则以转子最高工作转速为选定平衡转速点，平衡平面数则一般不超过2，测点数则以敏感于转子不平衡的振动传感器测点位置和数目为依据；若为柔性转子动平衡，则选定最高工作转速以内的各阶临界转速附近转速点、最高工作转速为平衡转速点，平衡平面数则以要平衡的振型阶次数为准，一般不小于2，测点数则仍以敏感于转子不平衡的振动传感器测点位置和数目为依据；转子的振动响应y_i与x_j处的不平衡量u_j存在以下关系：y_i＝α_iju_j(i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,m)其中a_ij为j平面上的单位不平衡量对i测点处响应的加重影响系数，n为测振读点数，m为加重平面数，则上式可写成如下形式：(2)测量300rpm的低转速下转轴的初始偏摆值及平衡转速点初始振动值[y_i0]，并以该初始振动值[y_i0]为动平衡控制的目标量，按照API标准和转子动平衡G2.5等级要求，进行成组试重[w_jk]，分别测量试重后轴系在平衡转速点下各振动测点的工频振动响应值[y_ik]；初始振动值[y_i0]为：进行第1次加重，采取在m个平面上同时加重，记为[w_j1]，同时测得[y_i1]，则有：对上式进行[y_i1]‑[y_i0]运算，得[y_i1‑y_i0]＝[a_ij][w_j1]即上式中的[y_i1‑y_i0]和[w_j1]通过测试获得，在各个面上同时进行第2次加重[w_j2]，测得的响应[y_i2]为：得[y_i2‑y_i1]＝[a_ij][w_j2]；在各个面上同时进行第k次(k＝1,2,…,m)加重[w_jk]，测得的响应为[y_ik]；(3)根据[y_ik‑y_i(k‑1)]＝[a_ij][w_jk]，求出轴系多个平衡平面进行试重后，在轴承各测点处的振动响应，即加重影响系数[a_ij]；(4)根据轴系测量的初始振动[y_i0]，结合转子的初始偏摆值、试重的去与留以及成组加重轴系动平衡过程中实际操作问题，利用计算得到的加重影响系数[a_ij]，以转子平衡后各振动测点的残余振动幅值ε最小为目标，建立振动响应矢量平衡方程{ε}＝{y_i0}+[a_ij]{Q}，通过采用最小二乘法解方程，获得机组轴系配重Q的大小和角度；当平衡平面数m＝测振读点数n时，振动响应矢量平衡方程{ε}＝{y_i0}+[a_ij]{Q}中的转子残余振动最小值为零，此时的机组轴系配重Q为：{Q}＝‑[a_ij]^‑1{y_im}；当平衡平面数m<测振读点数n时，通过最小二乘法，求得机组轴系配重Q为：{Q}＝‑[a_ij^*T a_ij]^‑1a_ij^*T{y_im}；其中，a_ij^*T为a_ij的共轭转置矩阵；(5)用最小二乘法求得各读点的残余振动ε_i(i＝1,2,…,n)后，若最大残余振动|ε_ik|_max超过了残余振动的均方根值R，则采用加权最小二乘法来平抑残余振动，加权因子矩阵取为：$E_k=\mathrm{diag}[\frac{\left|{ϵ}_{1k}\right|}{R_k},\frac{\left|{ϵ}_{2k}\right|}{R_k},...,\frac{\left|{ϵ}_{\mathrm{Mk}}\right|}{R_k}]$上式中下标k表示第k次迭代，经过第k次迭代后，求得新的机组轴系配重Q为：{Q_k}＝‑[a_ij^*T E_k a_ij]^‑1a_ij^*T E_k{y_im}若该值仍不满意，重复上述步骤(2)、(3)、(4)，直到|ε_ik|_max满足要求。