虑及双转速双平面无试重虚拟动平衡研究

针对多盘柔性转子多转速多平面平衡需要多次启停机的问题,研究了一种基于动力学响应分析的虑及双转速双平面无试重虚拟动平衡方法。利用有限元软件Dyrobes建立了与多盘柔性转子实验台动力学相似的有限元模型,通过对平衡校正面施加虚拟不平衡激励,计算了不同转速下不同测点的振动响应,提取了双平衡转速下不平衡激励与振动响应之间的映射关系,得到了不同转速下不同校正平面的影响系数矩阵;对多盘柔性转子不平衡振动进行了测试,将影响系数矩阵代入振动矢量方程,采用最小二乘法计算得到了校正矢量,进行了动平衡前后振动对比。研究结果表明:该方法能在无试重条件下完成对多盘柔性转子的多转速平衡,能够实现一次加重即降低多转速下转子基频振动的目的,显著减少了启停机次数,提高了动平衡效率。     

基于全相位FFT不平衡分析的转子现场动平衡

为了对地面转子试验器进行动平衡,降低其振动量值,掌握转子系统现场动平衡技术,基于全相位快速傅里叶变换(fast Fourier transform,简称FFT)建立了转子不平衡量的计算模型,并在地面转子试验器上搭建了不平衡测试系统。试验表明,当转速高于1 kr/min后,计算模型可准确地分析出转子不平衡响应。对转子试验器进行了现场动平衡,结果表明,所建立计算模型在较轻的试重条件下(三圆法无法计算出配平方案),经单次配平可使转子不平衡振动降低77.3%,证明了所建立的不平衡计算模型的有效性与准确性。该模型可用于对其他复杂转子机械的现场动平衡计算。     

影响系数法与模态平衡法的转子过临界振动研究

针对影响系数法与模态平衡法对转子动平衡后控制过临界振动效果不同的问题,对双平面影响系数法与模态N平面全正交法的平衡机理进行了研究,对动平衡后平衡转速与各阶临界处振动影响规律进行了归纳。利用转子动力学软件DyRoBe S建立三级轮盘转子结构有限元模型,同时搭建刚性支承三级轮盘转子系统实验台进行了不同动平衡方法的过临界振动控制效果实验。研究结果表明:影响系数法所加配重只能降低平衡转速处的振动幅值,但会破坏其它转速时的平衡状态;模态全正交平衡法配重后,有效减小某一阶模态不平衡量同时不影响其它阶模态不平衡量,即大幅度降低了某一阶临界转速处的振动幅值,同时未对其它阶次临界处的振动幅值产生影响,不会破坏其它阶次动平衡后的效果。     

光缆扎纱机自动平衡装置的仿真与分析

装载纱团的光缆扎纱机在运转时,由于不平衡量较大会引起强烈振动,影响扎纱机的稳定运行。实际运行中,纱团是不平衡量的主要来源,并受到空间的限制,为此选择球式自动平衡装置对其进行减振。利用传递矩阵法对纱团转子系统进行分析,并对自动平衡装置原理数值分析;将转子系统和自动平衡装置的计算模型融合,编制自动平衡装置纱团系统的MATLAB数值仿真程序。将已知不平衡量设置在不同位置,比较自动平衡装置的平衡效果。利用有限元法模拟不平衡量在不同位置时的转子系统稳态响应。有限元模型及数值仿真验证结果均表明利用自动平衡装置可以达到有效减振的效果。     

基于刚体模态的弹性支承转子动平衡研究

针对弹性支承形式下转子动平衡时出现刚体模态振型的问题,对双平面影响系数法与模态N+2平面向前正交法的动平衡机理进行了研究,对低速平衡后转子一阶与二阶临界转速时的振动影响规律进行了归纳,提出了弹支刚性转子模态动平衡操作方法。利用DyRoBeS软件建立了弹支—多盘转子系统模型,进行了转子动力学振型仿真计算,同时搭建了鼠笼式弹性支承结构下多盘转子实验台,进行了两种动平衡方法的临界处振动控制效果实验。研究结果表明:对高阶振型仍表现为刚体模态的弹性支承转子系统进行动平衡,影响系数法低速动平衡后可以同时降低一阶与二阶临界转速处振动幅值;模态向前正交平衡法在一阶临界处动平衡后,可有效降低一阶临界转速时的振动,同时不影响二阶临界转速处的振动幅值。     

基于双面动平衡的配重转移规律研究

针对多级转子系统进行动平衡操作时存在的需要预先选择校正配重平面问题,对双平面影响系数动平衡方法中配重大小随配重平面转移的影响机理进行了研究。对配重大小变化规律进行了归纳,提出了最优的配重平面选择位置;利用转子动力学软件DyRoBeS,建立了十轮盘平面转子系统结构模型;通过虚拟动平衡方法,模拟分析了配重大小随配重平面转移的变化规则;搭建了十轮盘转子实验台,进行了不同不平衡量工况与不同配重平面下的双平面动平衡效果实验。研究结果表明:选择平衡转速在一阶临界转速附近进行动平衡时,综合不同不平衡量工况下的配重规律,选择转子系统中相距最远的两级轮盘作为校正配重面进行双面影响系数动平衡时配重质量最少,过一阶临界转速时振动降幅效果明显。     

基于ADAMS和Matlab的新型复合式高速转子在线动平衡装置联合仿真

介绍一种复合式高速转子动平衡装置在ADAMS和Matlab软件下的模糊控制动平衡仿真分析。主要介绍了动平衡装置系统模型的建立以及对虚拟样机的仿真分析,证明振动在10000r／min速度点附近减少了95％,平衡后转子达到动平衡品质标准。     

大型旋转设备压液式自动平衡系统

压液式在线自动平衡系统作为一种新型的液体式自动平衡系统，具有结构简单、旋转部分无可动部件、动作环境封闭、平衡过程可逆且可停机保持等优点。相较于已有其他在线自动平衡系统，更适用于大型旋转设备领域。介绍该在线自动平衡系统的组成及工作原理，基于某最大直径达500mm的转子实际结构，通过有限元仿真对转子-轴承-单/双平衡执行器系统的动力学特性进行定量分析，据此设计的平衡执行器对原转子系统的动力学特性影响在2%以内；分别进行单/双平衡执行器的抑振效果模拟仿真，振幅降低70%以上。最终在模拟试验台上，通过单面自动平衡试验将转子振幅从18.6μm降至10.6μm，验证该平衡系统的可行性和有效性；通过双面动平衡将转子振幅从17.8μm降低至4.6μm，为后续双面自动平衡研究奠定技术基础。     

转鼓不平衡对碟式分离机振动特性的影响

本文利用ANSYS有限元分析软件计算分析了静不平衡量、动不平衡量对转子振型的影响,验证了单测点整机动平衡方法的合理性和有效性。此外,本文还对分离机转子系统与机壳耦合振动进行了计算分析,找到了上轴承位置动平衡精度已达到要求而出现机座底端振动超标的原因,并给出了解决方法。     

大型风机现场整机动平衡系统的研发

针对大型风机存在的不平衡故障,本文开发了一套现场整机动平衡系统。该系统主要用两个相互垂直的电涡流传感器来描述转子在平面内的涡动,对采集的振动信号进行频谱分析,判断其故障类型;并把平面内的振动高点作为动平衡依据,利用双校正面影响系数法对不平衡转子进行现场整机动平衡,降低其振动。与以往的方法相比,该方法获取的振动数据更直观可靠,提高了平衡效率,实现了大型风机的高速动平衡。     

基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法

针对现有转子动平衡方法处理非平稳数据的不足,提出了基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法。该方法根据转频信号频率变化函数构造匹配的旋转算子,将启车信号的时频特征进行旋转,准确提取出转频分量。通过添加试重,结合全息动平衡方法获得各个转速下的迁移矩阵,实现转子全工况的动平衡,避免了传统动平衡方法需要获取稳态数据的缺点。实验结果表明,该方法可以方便、快捷地确定出转子的失衡量和失衡方位,有效降低转子系统不平衡振动,同时减少平衡过程中的启车次数。     

基于LabVIEW的微速差双转子动平衡测试系统的开发

介绍了微速差双转子系统的动平衡原理,根据相关原理准确得到内外转子不平衡量大小和相位,结合虚拟仪器技术在LabVIEW下开发的测试程序,实现微速差双转子系统的动平衡,并在卧螺离心机上进行了实验验证。     

力自由不平衡控制下的高速磁悬浮飞轮系统在线动平衡

针对高速磁悬浮飞轮转子的不平衡问题,提出了一种在力自由不平衡控制下的在线动平衡方法,用空气环境下低转速的在线动平衡替代真空环境下的高转速在线动平衡,以实现兼顾高效率和高精度的在线动平衡。通过分析磁悬浮转子系统的不平衡模型和比较各不平衡控制模式下校正质量的求解方法,得出在力自由控制模式下,磁轴承的同频控制电流为零,电磁力在线性化范围内仅是转子位移的线性函数。因此根据转子的同频位移响应可解算动平衡校正质量。通过所设计的磁轴承力自由不平衡控制器使转子绕其惯性主轴旋转,获得了转子同频位移响应。由于系统参数的理论值与实际值存在一定误差,通过一次试重对转换系数矩阵进行了校正。实验结果表明,通过一次试重校正转换系数矩阵,再经过两次试转后即可实现高精度动平衡。另外,转子轴心轨迹显著减小、转子两端同频位移响应分别下降了77.29%和94.14%;在真空环境下,试验转子升速至500Hz时,转子的运行状况与低速状态一致,进一步验证了本文提出方法的有效性。     

基于动力学有限元模型的多跨转子轴系无试重整机动平衡研究*

针对多跨转子轴系现场动平衡需频繁启停机的问题,结合影响系数平衡法和模态振型平衡法特点,提出一种新的基于动力学有限元模型的轴系无试重整机动平衡法。综合转子动力学相关理论和有限元技术,通过仿真构建与轴系结构尺寸和运行参数相符的转子动力学有限元模型。采用柔性转子共振分离原理,分析轴系振型和不平衡振动阶次以确定各跨转子加重平衡平面数和位置,分别在各跨转子平衡位置处施加不平衡激励,获取轴系平衡转速下各振动测点处不平衡响应,计算出相应的加重影响系数,从而取代轴系现场动平衡中需要多次启停机试重测取过程。然后采用最小二乘法通过解平衡矢量方程组得到轴系所需的平衡配重。最后以模拟百万兆瓦超超临界汽轮机的四跨五支承柔性转子轴系试验台为例,应用该方法开展了2 700 r/min转速下轴系四个平面同时配重动平衡试验,单点降幅最高达53%,实现了无试重下柔性转子轴系整机动平衡,可有效减少因盲目试重次数,节省平衡费用和周期。     

Balancing method without trial weights for rotor systems based on similitude scale model

A balancing method without trial weights based on the dynamic similitude scale model was proposed as a solution to the balancing problem of a large-scale rotor system. This method could be used to directly obtain the required coefficients for the balancing problem of the prototype system through a similarity model test without a prototype test. Thus, the weight test process of the prototype system was effectively eliminated in the proposed balancing method. First, with the rotor system as the research object, the analytical expression of the influence coefficient was derived on the basis of rotor dynamics theory. Then, through calculation and dimensional analysis methods, the similitude relationships of the rotor system and the influence coefficient were deduced on the basis of dynamic similitude theory. The correctness of the proposed similitude relationships was verified through numerical simulation and experiment. The balancing method without trial weights was proposed based on the similitude relationship of the influence coefficient. The effect of the balancing method without trial weights was compared with that of the traditional influence coefficient method through numerical simulation, and the results verified the correctness and effectiveness of the proposed balancing method. The results of this study provide theoretical supplements for the balancing method and the similitude design of the rotor system.     

基于模糊控制的转子动平衡变步长寻优方法

自动寻优控制是目前被广泛研究的转子自动平衡控制方法之一,但是该方法平衡精度有限且平衡时间较长,在实际应用中存在较大局限性。基于此,针对单平面双配重的转子自动平衡装置,提出了一种基于模糊控制原理的步长计算方法,并设计了变步长寻优控制算法,进而实现变步长寻优的转子自动平衡控制方法。通过自行设计并搭建的转子实验台及测控系统进行实验验证,实验结果表明该方法较传统的自动寻优控制方法在平衡精度和平衡效率上有明显改善。     

Generalized modal balancing for non-isotropic rotor systems

This paper primarily aims at the new generalized modal balancing for non-isotropic rotor systems. The method is based on the derived unbalance modal responses from the complete modal analysis for non-isotropic rotor systems. We found, from investigating the modal configuration to be balanced, that the isotropic and asymmetric rotor systems appear a single 1X harmonic, whereas the anisotropic and general rotor systems appear duel and multiple harmonics, respectively. Furthermore, for the asymmetric and general rotor systems, each harmonic is combined with the multiple modal parameters. The peculiar feature for balancing the non-isotropic rotor systems is that the additional right eigenvector and counter excitation in stator to cancel the anisotropy are required to suppress effectively the total residual response. In this process, the concept of the dominant balancing mode is drawn from the definition of the major harmonic. Also it is suggested that the balancing performance is dependent upon the degree of accuracy of the unbalance modal response that is approximated by the dominant mode at a critical speed.The numerical simulations of the simple general rotor model with one balancing plane are performed to demonstrate the theoretical findings and effectiveness of the proposed method for non-isotropic rotor systems.     

利用升速响应振幅进行柔性转子的模态平衡

针对稳态平衡方法所面临的问题,提出利用起动过程中的瞬态幅度信息进行柔性转子双面平衡的新方法。该方法在三圆平衡法的基础上,引入测点模态比(Modal ratio among measurement points coefficient,MRMP coefficient)的概念,并通过转子起动过前两阶临界区的瞬态幅度求得两平衡面处的测点模态比,在此基础上将平衡试重组按一、二阶模态进行分解。改变试重组的角度,通过3次加试重起动过程,分别在一、二阶共振区内借助共振幅度值和对应阶模态试重组,利用三圆平衡法完成了对转子前两阶模态不平衡的校正。仿真和试验结果表明,所提出的不需要相位信息的平衡方法,不仅能有效降低转子的瞬态残余振动,而且避免了传统模态平衡方法对转子先验模态知识的过多要求,提高了平衡效率。     

现场智能整机动平衡仪的开发与应用

转子失衡是旋转机械发生故障的主要原因，为降低振动必须对转子进行动平衡。现场智能整机动平衡仪是一种通过测相测幅进行整机动平衡的装置。首先介绍了整机动平衡的原理及动平衡仪的现状，然后围绕如何提取不平衡振动的幅值与相位详细阐述现场智能整机动平衡仪的软、硬件设计，最后通过实验证明仪器的可靠性。     

复合转子修复时动平稳方法的研究

复合转子修复时动平衡的研究是一项非常有价值的工作。转子在动平衡机上校验的过程中,笔者采用了“单体平衡在整体中实现”和“在整体中直接对内转子加平衡配量”的方法,提高了转子的平衡精度和经济性。