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。     

弱非平稳转速下转子动平衡方法

提出弱非平稳转速下转子动平衡方法,通过对动不平衡振动信号的时间频率联合分析处理获取各次动平衡试验振动信号的转速无关化幅值、相位和振幅转速无关化信号初相点等转速无关化振动信息。根据转速无关化振动信息给出了分别采用影响系数法、振型平衡法和全息谱平衡法计算不平衡量重径积和相位的方法。弱非平稳转速下转子动平衡方法免去了现有动平衡方法理论上对平衡转速必须处于恒定转速的严格要求,允许动平衡试验中平衡转速可以有一定的波动范围,消除现有动平衡方法中转速波动对动平衡精度的影响,实现超精密转子动平衡技术。     

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。     

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。     

变转速下涡旋压缩机转子系统不平衡瞬态响应分析

基于ANSYS Workbench软件对某卧式涡旋压缩机转子系统三维模型模态分析,获取转子系统前六阶模态的固有频率、振型以及临界转速;应用瞬态不平衡响应分析法对该转子系统在变转速工况下(尤其启动时)运行、不平衡质量产生离心力的变化问题进行分析。分析结果表明:临界转速在工作转速0～6000 r/min范围内没有出现转子系统最大变形出现位于平衡铁外边缘处,变形量为3.8698e-3mm。依据旋转机械标准振动评价等级ISO-10816,转子系统振动状态良好,工作平稳运行。     

柔性转子无试重模态动平衡方法与试验

为解决影响系数法和模态平衡法需添加试重的问题,进一步提高转子动平衡效率,在模态平衡理论的基础上,推导出一种高速柔性转子无试重模态动平衡方法.该方法利用有限元软件对转子进行动力学特性数值模拟,从中获取转子的各阶模态振型函数.结合实时测得的转子不平衡瞬态响应数据,利用建立的无试重模态动平衡方法计算出转子的不平衡量大小及方位.为验证该方法的正确性,在一高速柔性模拟转子试验器上进行了无试重动平衡试验,一次平衡后转子过临界时振幅平均降低70％以上.试验结果表明,该方法能有效、准确、快速地获取柔性转子的不平衡量大小及方位.     

柔性转子无试重模态动平衡测试系统

针对传统柔性转子动平衡方法需要多次添加试重、多次启动而导致平衡效率低、安全性无法保证的问题,提出了一种高速柔性转子无试重模态动平衡方法。该方法借助有限元软件计算得到转子的模态特征,结合测量得到的振动信息,计算出平衡配重的大小和相位。为了将此方法应用于工程实际,研制了一套柔性转子无试重模态动平衡软、硬件测试系统。将该系统与国外同类先进测试设备SIRIUS对比,两者之间的相位测量误差为2.376°。转速计量表明,该测试系统的转速测量范围为0～60kr/min,最大测量误差为10%。应用该系统对跨二阶双盘柔性转子实施了无试重动平衡试验,平衡后一阶振幅下降60.6%,二阶振幅下降74%。试验结果表明,所研制的无试重模态动平衡系统可有效应用于高速柔性转子的动平衡,提高平衡效率和安全性。     

基于最小二乘法的转子不平衡振动信号的提取

不平衡振动是旋转机械失效的重要原因,实现精确平衡必须从强噪声中提取出与主轴转速同频的不平衡量振动信号,因此,不平衡振动信号的准确提取是进行转子动平衡的前提。基于最小二乘法的原理,通过建立提取转子振动不平衡信号的数学模型,提出了一种准确提取转子不平衡振动信号的方法。基于该方法,并通过Matlab仿真分析,有效提取了转子振动不平衡信号。研究表明,基于最小二乘法的转子振动不平衡信号提取方法能够准确提取转子不平衡振动的幅值和相位信息,该方法可用于转子不平衡振动监测及动平衡等方面。     

转子系统穿越临界转速瞬态响应的振幅特性分析

由于不平衡质量的作用,转子系统在起动或停车过程中穿越临界转速时会产生很大的振动,严重时会造成转子破坏。研究了转子在瞬态响应中的振幅特性,通过调整转子加速度、支承刚度以及阻尼,分析各参数变化对转子共振振幅的影响。结果表明,选取适当的参数,可以有效减小转子系统的振幅,使转子平稳地穿越临界转速的共振区。     

具有密临界转速的挠性转子动平衡

对于具有二个相隔很近的临界转速的挠性转子,用振型平衡法进行动平衡时常会遇到困难,因为通常很难将两阶不同模态的影响相互分离。针对这种情况文中提出了模态影响因子法(MIF 法)。根据两组不同的试加重量,可以定出模态影响因子,从而识别出这两阶模态的不平衡量。该方法曾试用于国产 QFS—60MW 透平发电机挠性转子动平衡上,得到了验证。     

旋转式能量回收装置转速测量方法研究

海水淡化旋转式能量回收装置的转子转速最能直接体现装置的运转状态,但转子被外筒体完全包裹,转子转速无法直接测量。为此,对旋转式能量回收装置振动频率与转子转频进行了分析,提出了一种基于振动信号的旋转式能量回收装置转子转速测量方法。首先,通过实验采集了不同流量下装置的振动和转速数据,并且对装置振动频率与转子转频进行了分析,发现了装置振动主要频率与转子8倍转频有良好的对应关系,建立了振动主频与转子转频的关系式;然后,在此基础上研究了从振动信号中获取转频信息的信号处理与转频计算方法,包括使用小波变换消除振动信号中的基线漂移,利用包络法进行了信号解调以凸显转频信息,为了准确地计算旋转式能量回收装置转子的转速,通过振动能量估计了转频的范围;最后,为了对该转速测量方法的准确性进行验证,在实验平台上对其进行了实验。研究结果表明：在装置平稳运转状态下,该方法测量转速最大误差率为2.55%,在非平稳运转状态下的最大误差率为4.58%,能够满足在线、准确地测量旋转式能量回收装置转子转速的要求。     

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。     

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。     

电磁轴承-挠性转子系统的本机动平衡方法

介绍了对电磁轴承-挠性转子系统进行本机动平衡的方法。在实际的动平衡试验中,以自行设计的电磁轴承-挠性转子试验装置为对象,利用转子的3个平衡圆盘,采用影响系数法和振型平衡法分别对转子的刚性模态和前两阶挠性模态进行了本机动平衡。平衡后,转子的振幅明显减小,最大降振幅度为83．6％,并在H∞控制器作用下,转子顺利超越了第二阶挠性临界转速,提高了系统的运行精度和安全性。     

高速线材成卷用吐丝机转子振动测试及动平衡研究

由于某厂设计生产的吐丝机样机在试运行过程中发生了剧烈振动,基于此对吐丝机样机转子进行振动测试和频谱分析,找出产生振动的主要原因。基于有限元的模态分析方法对吐丝机转子进行了分析,计算出临界转速,应用SAMCEF Rotor求解器对吐丝机转子进行不平衡响应分析,结合吐丝机结构得到了合适的配平平面,运用刚性转子动平衡理论对吐丝机转子进行了配平并满足了使用要求,对比现场动平衡方法有明显优势。     

不平衡量对非线性转子-挤压油膜阻尼器系统临界转速影响的研究

对动力涡轮转子这种柔性细长轴超临界转子进行动平衡时,需要知道知道转子运行的模态信息以及动平衡影响系数。基于ANSYS有限元分析软件建立了动力涡轮转子-挤压油膜阻尼器的动力学模型,提出了一种考虑阻尼器偏心率和转速变化的变刚度阻尼系数不平衡谐响应计算方法。通过计算发现:由于挤压油膜阻尼器的非线性特性,会导致转子系统的临界转速随着不平衡量的增加而明显增加。同时,这也导致了同一位置、同一转速下,动平衡影响系数也会随着不平衡量的变化而变化。在进行这类转子动平衡时,需高度重视这2种现象。     

基于ANSYS的磁悬浮轴承转子系统的动力学特性研究

针对一个实际应用的磁悬浮支承柔性转子系统,进行多组参数条件下的有限元模态分析,分别得到系统的前8阶临界转速与模态振型。将有限元计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元分析的正确性。通过对该磁悬浮转子系统的有限元分析表明:"轴承主导型"的低阶临界转速及振动模态是由轴承控制器各控制通道决定的;而"转子主导型"的高阶临界转速及振动模态符合传统的轴承转子系统动力学特性普遍规律。     

一种非平稳转速下不平衡信号提取方法

针对动平衡测量中实际存在的转速波动问题,提出一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)和瞬时频率估计的不平衡信号提取方法。与传统的平稳信号分析方法不同,该方法采用3次样条插值法从键相信号中获取转子的瞬时频率,由瞬时频率构造不平衡信号,进而采用最小二乘法(least square method,简称LSM)辨识出不平衡信号的幅值和相位。为提高幅值和相位估计的精度,采用EMD算法对振动信号进行滤波处理后,再从中抽取数据样本。仿真和实验结果表明,该方法能够有效克服转速波动和干扰信号对不平衡信号提取精度的不利影响,提高不平衡量测量精度和稳定性,非常适合于工程应用。     

某型高速电机转子动力学分析

为了避免电机转子的额定转速与转子系统的临界转速相接近而发生共振,应用有限元法,编写Ansys软件的APDL语言,对转子系统进行模态、Campbell图及不平衡响应计算。分别得到转子系统的前四阶模态振型和前两阶临界转速,利用不平衡响应法计算的临界转速与Campbell图法对比验证计算的正确性,并得到各结构位置处的稳态响应。研究结果表明,该转子额定转速避开了转子的临界转速,转子设计合理。     

便于工程应用的转子动力学计算软件开发

开发了便于工程应用的转子动力学计算软件,解决传递矩阵法输入数据和转子分段的繁琐而又专业性强的工作,使转 子临界转速、失稳转速和振动模态的计算软件的使用更为方便。该处理软件能够实现转子设计图纸的自动提取、图形处理、 转子的自动分段或辅助手动分段功能,通过可视化技术克服计算临界转速中可能出现的遗漏根问题。