[發明專利]一種基于旋轉坐標系的多輪盤轉子動平衡檢測方法

有效

• 申請號: 201410361836.4
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104101464B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 楊建剛;房久正
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M1/16
• 分類號: G01M1/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 肖念

技術領域

本發明涉及旋轉機械零部件的檢測，具體涉及一種旋轉坐標系下多輪盤轉子動平衡檢測方法。

背景技術

旋轉機械，如汽輪機、發電機、燃氣輪機、壓縮機、風機、泵等，是航空、電力、石化、冶金等行業的關鍵設備。受轉子加工精度、裝配誤差以及熱變形等因素的影響，旋轉機械零部件處質心與其旋轉中心不重合，在旋轉狀態下會產生不平衡激勵力，導致機組產生振動，縮短機組使用壽命。不平衡故障時各類旋轉機械最常見的振動故障，約占各類故障的80％以上。提高旋轉機械動平衡效率和精度，具有重要的工程意義。

目前的動平衡檢測方法都是在靜止坐標系下進行的。測振平衡法和測力平衡法是目前最常用的兩類動平衡方法。測振平衡法假設所測振動與不平衡力之間呈線性關系。不平衡力越大，振動越大，反之亦然。動平衡檢測時需要首先求出力和振動之間的影響系數，然后由實測振動來反推不平衡力。這種方法在工程上得到廣泛應用，但是存在以下缺點：(1)影響系數需要通過試驗求出，需要機組反復多次啟停，效率較低。對于大型汽輪發電機組而言，機組啟停所需代價較大；(2)動平衡加重大多只能在轉子兩側和中部進行，動平衡面有限，導致加重面和實際不平衡面不在同一個平面。轉軸剛度不夠時，轉軸會產生變形和新的不平衡量；(3)為了減少開機次數，要求試驗人員熟練掌握轉子動力學理論，對技術人員的要求較高。測力平衡法主要是在動平衡機上進行。這種方法將轉子視為剛性轉子，通過測量轉子兩側支撐所承受的動態力來識別不平衡力。這種方法存在以下缺點：(1)將轉子視為剛性轉子，不考慮轉軸彈性變形；(2)將不平衡力等效到兩個平面上，加重面和不平衡面往往不在同一個平面；(3)需要配備專門的動平衡機，對檢測設備的要求較高。

基于應變的動平衡檢測方法是另外一種動平衡檢測方法。這種方法認為轉軸截面應變值與不平衡力之間存在確定性關系。試驗前標定好應變和力之間的關系后，根據試驗中所測應變值即可反推不平衡力。這種方法可以實現多平面不平衡量的同時檢測。靜止坐標系下，不平衡力和應變值是一個動態變化的量，為了能夠識別不平衡力大小和角度，需要提供一個鍵相傳感器，為確定不平衡角度提供基準，并且要求各通道數據采集時必須嚴格同步。否則，不平衡力角度會產生較大誤差。為了保證測試精度，對數據采集系統的采樣頻率也有較高要求。這種方法對各通道采集信號時的同步性要求很高。旋轉機械轉軸動態應變的測量需要采用無線發射和接受方式。受技術條件限制，現階段無線數據傳輸還只能采取串行通訊方式，無法實現多通道信號的同步并行采樣，這會給不平衡角度的確定帶來很大誤差。這種方法需要配備專用鍵相傳感器和處理電路來確定不平衡零位。鍵相傳感器需要固定在臺架上，而應變傳感器固定在轉軸上，隨軸旋轉，這就需要兩套測試系統來同時完成兩類不同信號的采集，而且要求這兩類信號的采集必須嚴格同步。這給動平衡試驗帶來了很大困難。為了保證動態應變信號的測試精度，對無線測試系統數據采樣頻率也有較高要求?，F階段無線測試儀的采樣頻率有限，最高僅為1KHz?；趹兊膭悠胶鈾z測法出現上述缺陷的關鍵在于：這種方法是在固定坐標系下開展動平衡檢測試驗研究的。固定坐標系下，不平衡力及其引起的動態應變是一個動態變化的量，對無線數據采集裝置采樣頻率、多通道之間同步性等的要求較高。

發明內容

發明目的：為了簡化動平衡檢測試驗，提高動平衡工作的效率，本發明提供了一種基于旋轉坐標系的多輪盤轉子動平衡檢測方法。

技術方案：為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

本方法認為，靜止狀態下，輪盤上的質量偏心不會產生激勵力。旋轉狀態下，輪盤上的質量偏心會形成不平衡力，該力作用到轉軸上后，會改變轉軸截面應變值。根據轉動狀態下應變值的變化情況可以反推輪盤上的不平衡量。

旋轉坐標系下，不平衡力的大小和角度是一個常量，由該力所引起的輪盤兩側應變值的變化也是一個常量，可以通過求取所測應變信號的平均值來得到。這種方法對測量通道之間數據采集時同步性沒有要求，并降低了對數據采樣率的要求。本發明認為不平衡力作用在輪盤平面上，如果在正交的兩個方向上各布置一組應變傳感器，由這兩個方向上的應變值可以識別出相應方向上的力，合成后就可以得到不平衡力的大小和角度，因而，無需配備鍵相傳感器來確定不平衡角度起點。