專(zhuān)利名稱(chēng)：：跨外轉(zhuǎn)子混合動(dòng)平衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡領(lǐng)域，涉及跨外轉(zhuǎn)子，即有外伸端轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的研究和應(yīng)用。該方法可用于在機(jī)組不揭蓋的前提下，解決跨外轉(zhuǎn)子的平衡問(wèn)題。
背景技術(shù)：
：透平機(jī)械是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中將流體工質(zhì)中蘊(yùn)有的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的機(jī)器，廣泛應(yīng)用于電站、航空、化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，是消耗能源的主要對(duì)象。對(duì)于大型汽輪發(fā)電設(shè)備而言，提高機(jī)組效率的有效方法是提高參數(shù)和增大單機(jī)容量或采取聯(lián)合循環(huán)的技術(shù)，這意味著兩方面內(nèi)容(1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高，一般都在一階甚至二階臨界轉(zhuǎn)速以上的轉(zhuǎn)速下工作，幾克的質(zhì)量失衡就足以引起轉(zhuǎn)子嚴(yán)重的振動(dòng)，這種柔性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡要求更高的平衡精度和平衡效率；(2)機(jī)組總?cè)萘吭龃?，軸系越來(lái)越長(zhǎng)，跨數(shù)也越來(lái)越多。由于以上原因，就會(huì)導(dǎo)致排汽缸的尺寸也增加較快，致使外伸端加長(zhǎng)，外伸端質(zhì)量也普遍增大。對(duì)于大型壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，煙機(jī)本身就裝在轉(zhuǎn)子的外伸端，隨著工業(yè)需求增大，其功率和質(zhì)量也增加較快。同時(shí)，受工作條件和工作介質(zhì)的影響，由于機(jī)組內(nèi)部催化劑粘結(jié)、結(jié)垢等原因?qū)е罗D(zhuǎn)子經(jīng)常性不平衡。機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)處理的實(shí)踐表明，雖然有些轉(zhuǎn)子的跨內(nèi)平衡狀態(tài)較好，但因其外伸端存在質(zhì)量不平衡，會(huì)使該轉(zhuǎn)子的振動(dòng)較大。當(dāng)轉(zhuǎn)子存在不平衡振動(dòng)時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)、有效地處理振動(dòng)問(wèn)題非常重要。另一方面，現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法都需要大量的試重啟車(chē)，平衡計(jì)算仍需要手工試湊，而且平衡方法的實(shí)施需要開(kāi)蓋，耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力。例如，600MW發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)一次僅燃油就需要200噸。一般而言，如果整個(gè)平衡過(guò)程比較順利，平均起車(chē)要兩次，但是往往由于現(xiàn)場(chǎng)情況比較復(fù)雜多變，需要多次起車(chē)才能完成平衡工作，再加上開(kāi)蓋等程序，往往歷時(shí)多天，那么給企業(yè)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就有數(shù)百甚至數(shù)千萬(wàn)元之多。并且對(duì)于一些機(jī)組，停機(jī)時(shí)為防止轉(zhuǎn)子彎曲，在進(jìn)行開(kāi)蓋等工序時(shí)也要使機(jī)組處于盤(pán)車(chē)狀態(tài)，過(guò)程危險(xiǎn)而復(fù)雜。對(duì)此，有文獻(xiàn)指出，機(jī)組軸系是由若干個(gè)轉(zhuǎn)子通過(guò)聯(lián)軸器連為一體的結(jié)構(gòu)，某一轉(zhuǎn)子是其相鄰轉(zhuǎn)子的外伸端，兩個(gè)轉(zhuǎn)子間的聯(lián)軸器也可認(rèn)為是該兩轉(zhuǎn)子的外伸端。對(duì)于大型回轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子，如果在外伸端，如聯(lián)軸器上加重使其平衡，如此就避免了開(kāi)蓋等工作。并且，近年來(lái)國(guó)外生產(chǎn)的離心壓縮機(jī)上，在透平與低壓缸的半聯(lián)軸節(jié)附近設(shè)計(jì)有專(zhuān)用的平衡面，在結(jié)構(gòu)上也提供了這種不揭蓋在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行單面動(dòng)平衡的便利。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，即現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡需多次起機(jī)，平衡配重加載要揭開(kāi)機(jī)蓋，平衡工作周期長(zhǎng)，嚴(yán)重?fù)p害企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明的目的在于，針對(duì)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子跨內(nèi)或跨外不平衡，在轉(zhuǎn)子跨外，即在轉(zhuǎn)子外伸端加重動(dòng)平衡，以達(dá)到在不揭蓋的前提下，完成轉(zhuǎn)子平衡工作，提高現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡效率，節(jié)省機(jī)組停機(jī)時(shí)間，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各種大型回轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)，選擇合適加重面，運(yùn)用跨外轉(zhuǎn)子混合動(dòng)平衡方法將轉(zhuǎn)子振動(dòng)降低，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下1)選擇合適的平衡面；2)設(shè)置動(dòng)平衡效果的評(píng)定指標(biāo)；3)根據(jù)轉(zhuǎn)子原始振動(dòng)，在平衡面上估算、加載試重；4)運(yùn)用混合動(dòng)平衡法對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡；5)動(dòng)平衡效果分析。所述的選擇合適的平衡面，具體做法是根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)確定振動(dòng)異常測(cè)點(diǎn)部位，選擇靠近異常測(cè)點(diǎn)的聯(lián)軸器作為平衡面。這樣，在保證降低靠近聯(lián)軸器測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的前提下，無(wú)須揭開(kāi)機(jī)蓋，大大提高現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的效率。所述的根據(jù)原始振動(dòng)，在平衡面上估算加載試重，基本思路是根據(jù)原始振動(dòng)值的大小和相位，以及動(dòng)平衡經(jīng)驗(yàn)，估算試重量的大小和角度。在振動(dòng)相位已知的前提下，試加重量的角度由機(jī)械滯后角確定。β=α+γ-φ+180β為試重角度；α為相位；Y為測(cè)振傳感器與鍵相傳感器的夾角(以鍵相傳感器為起點(diǎn)，逆轉(zhuǎn)向度量)；Φ為滯后角。試重角度β是指以鍵相傳感器位置為起點(diǎn)，逆轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過(guò)β角度。所述的混合動(dòng)平衡方法，是指運(yùn)用最小二乘影響系數(shù)平衡法和全息動(dòng)平衡技術(shù)來(lái)計(jì)算最終的平衡配重量。最小二乘影響系數(shù)平衡法能使各測(cè)點(diǎn)殘余振動(dòng)值的平方和達(dá)到最??；全息動(dòng)平衡技術(shù)將全息譜的原理和柔性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡技術(shù)結(jié)合，充分利用機(jī)組的結(jié)構(gòu)信息和振動(dòng)信息，提高了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的精度和效率。首先假設(shè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有M個(gè)平衡面、N個(gè)測(cè)振截面，平衡方案中只有一個(gè)平衡轉(zhuǎn)速，尋找一組合適的配重向量{Pj}使得配重后轉(zhuǎn)子系統(tǒng)滿足以下的振動(dòng)方程權(quán)利要求跨外轉(zhuǎn)子混合動(dòng)平衡方法，其特征在于，包括如下步驟(1)選擇合適的平衡面選擇聯(lián)軸器端面或轉(zhuǎn)子外伸端面作為混合動(dòng)平衡的平衡面；(2)設(shè)置均方振動(dòng)值為動(dòng)平衡效果的評(píng)定指標(biāo)，均方振動(dòng)值的計(jì)算公式如下所示<mrow><msub><mi>x</mi><mi>rms</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mfrac><mn>1</mn><mi>N</mi></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>=</mo><msqrt><mfrac><mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>x</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>+</mo><msubsup><mi>x</mi><mi>N</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mi>N</mi></mfrac></msqrt></mrow>式中xrms為均方振動(dòng)值；N為測(cè)點(diǎn)數(shù)目；xi為各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值；(3)根據(jù)轉(zhuǎn)子原始振動(dòng)，在平衡面上加載試重轉(zhuǎn)子原始振動(dòng)用振動(dòng)的大小和相位表示，大小表示振動(dòng)強(qiáng)度，相位是振動(dòng)不平衡量的角度位置；根據(jù)轉(zhuǎn)子靠近平衡面測(cè)點(diǎn)的原始大小及相位，估算試重量值及加載角度；在振動(dòng)相位已知的前提下，試加重量的角度由機(jī)械滯后角確定，β＝α+γφ+180β為試重角度；α為相位；γ為測(cè)振傳感器與鍵相傳感器的夾角；φ為滯后角。試重角度β是指以鍵相傳感器位置為起點(diǎn)，逆轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過(guò)β角度；(4)運(yùn)用混合動(dòng)平衡法對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡根據(jù)轉(zhuǎn)子原始振動(dòng)數(shù)據(jù)和加載試重后的振動(dòng)數(shù)據(jù)值計(jì)算最終平衡加重量，混合動(dòng)平衡法是運(yùn)用最小二乘影響系數(shù)平衡法和全息動(dòng)平衡技術(shù)來(lái)計(jì)算最終的平衡配重量；首先假設(shè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有M個(gè)平衡面、N個(gè)測(cè)振截面，平衡方案中只有一個(gè)平衡轉(zhuǎn)速，尋找一組合適的配重向量{pj}使得配重后轉(zhuǎn)子系統(tǒng)滿足以下的振動(dòng)方程<mfencedopen=''close='}'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>A</mi><mn>10</mn></msub><mo>+</mo><munderover><mi>Σ</mi><mn>1</mn><mi>M</mi></munderover><msub><mi>c</mi><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi></mrow></msub><msub><mi>p</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>A</mi><mn>20</mn></msub><mo>+</mo><munderover><mi>Σ</mi><mn>1</mn><mi>M</mi></munderover><msub><mi>c</mi><mrow><mn>2</mn><mi>j</mi></mrow></msub><msub><mi>p</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo>+</mo><munderover><mi>Σ</mi><mn>1</mn><mi>M</mi></munderover><msub><mi>c</mi><mi>Nj</mi></msub><msub><mi>p</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced>Ak0——k測(cè)振截面的原始振動(dòng)；ckj——j配重截面對(duì)k測(cè)振截面的影響系數(shù)；pji——在平衡面j上施加的配重；如果M＜N，這時(shí)方程組的未知數(shù)少于方程的個(gè)數(shù)，就不能保證方程有解，設(shè)各測(cè)點(diǎn)所出現(xiàn)的殘余振動(dòng)為Δk，機(jī)組振動(dòng)方程可以表示為{Ak}+[ckj]{pj}＝{Δk}最小二乘法處理時(shí)其法方程為[c*kj]T[ckj]{pj}＝[c*kj]T{Δk}式中c*kj——復(fù)數(shù)ckj的共軛復(fù)數(shù)；[c*kj]T為[c*kj]矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣。因?yàn)閇c*kj]T[ckj]是一個(gè)方陣，因此機(jī)組振動(dòng)方程的解可表示為{pj}＝([c*kj]T[ckj])1[c*kj]T{Ak0}全息動(dòng)平衡技術(shù)通過(guò)轉(zhuǎn)頻橢圓和遷移矩陣實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)頻橢圓軌跡的坐標(biāo)為x＝(a×cosα)sinωt+(a×sinα)cosωty＝(b×cosβ)sinωt+(b×sinβ)cosωtx＝sx·sinωt+cx·cosωt變形為y＝sy·sinωt+cy·cosωt式中sx、cx為信號(hào)x的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)系數(shù)；sy、cy為信號(hào)y的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)系數(shù)；ω為轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)的圓周頻率；整個(gè)軸系的轉(zhuǎn)頻橢圓可以用系數(shù)矩陣表示|sxicxisyicyi|；i＝1，2，…，n遷移矩陣是在平衡面上加載標(biāo)準(zhǔn)試重(1000g∠0°)，在n個(gè)測(cè)振面引起的振動(dòng)響應(yīng)按行排列所組成的矩陣；表示成如下三維全息譜的形式<mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>sx</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>cx</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>sy</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>cy</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>sx</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>cx</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>sy</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>cy</mi><mn>2</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>sx</mi><mi>n</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>cx</mi><mi>n</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>sy</mi><mi>n</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>cy</mi><mi>n</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced>矩陣每一行為一個(gè)二維全息譜，第i行表示了試重在第i個(gè)測(cè)振面上引起的振動(dòng)響應(yīng)；對(duì)應(yīng)于機(jī)組的每一個(gè)平衡面，都有一個(gè)遷移矩陣；根據(jù)遷移矩陣，求出任意配重下的機(jī)組振動(dòng)響應(yīng)，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)由于不平衡而導(dǎo)致的振動(dòng)過(guò)大時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整配重大小和角度，削減機(jī)組的原始振動(dòng)；(5)動(dòng)平衡效果分析平衡效果設(shè)定的評(píng)定指定指標(biāo)為均方振動(dòng)值，平衡后均方振動(dòng)值與平衡前對(duì)比，一般情況下，經(jīng)過(guò)混合動(dòng)平衡后，均方振動(dòng)值會(huì)降低；之后再結(jié)合每個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值大小變化評(píng)定平衡效果；對(duì)于某些機(jī)組雖然均方振動(dòng)值有明顯下降，但個(gè)別測(cè)點(diǎn)振動(dòng)可能升高；對(duì)此情況，重復(fù)進(jìn)行步驟(3)和步驟(4)，最終保證平衡達(dá)到理想目標(biāo)。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種跨外轉(zhuǎn)子混合動(dòng)平衡方法，該方法通過(guò)在轉(zhuǎn)子跨外選擇合適的平衡面，在不揭蓋的情況下，進(jìn)行動(dòng)平衡工作；運(yùn)用混合動(dòng)平衡方法，即最小二乘影響系數(shù)平衡法和全息動(dòng)平衡技術(shù)，對(duì)平衡加重量進(jìn)行計(jì)算。最小二乘影響系數(shù)平衡法能使各測(cè)點(diǎn)殘余振動(dòng)值的平方和達(dá)到最小，全息動(dòng)平衡技術(shù)將全息譜的原理和柔性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡技術(shù)結(jié)合，充分利用機(jī)組的結(jié)構(gòu)信息和振動(dòng)信息，提高了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的精度和效率；跨外轉(zhuǎn)子混合動(dòng)平衡方法能更快更有效的對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡，該方法的具有快速和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)H02K7/04GK101964565SQ20101025785公開(kāi)日2011年2月2日申請(qǐng)日期2010年8月19日優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日發(fā)明者吳婷婷,張西寧,溫廣瑞,田利凱,臧廷朋申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)