柔性转子全息现场动平衡技术及其应用

本项目主要研究了柔性转子全息现场动平衡理论及其在电力、石化、化工等行业中大型回转设备的失衡问题进行识别、 平衡和平衡过程模拟中的应用,主要成果如下: (1)基于全息谱理论,首次阐明了转子平衡过程在全息谱上的表现:转频椭圆上初相点的行为和作用;提出了移相椭圆 的概念和利用移相椭圆预测平衡效果的技术。“转子全息动平衡方法”获得国家发明专利(ZL97108694．X)。     

全息谱技术在现场动平衡前故障诊断中的应用

结合工程实践,具体介绍了以多传感器信息融合为基础的全息谱技术,包括初相点分析方法、全息谱力和力偶分解方法,以区分不平衡与其他常见转频故障,并进一步判明不平衡类。工程诊断实例验证了该技术能有效提高现场动平衡精度和效率。     

全息谱力、力偶分解法在全息动平衡中的应用

在三维全息谱分解技术的基础上,通过分析分解后的力,力偶分量随转速的变化规律,提出了一种在全息动平衡中有效地添加试重的方法,并进行了试验验证,结果表明,此方法能较精确地指出不平衡的方位,在现场动平衡有较好的应用前景。     

国家自然科学基金重点资助项目成果简介——柔性转子全息现场动平衡技术及其应用

本项目主要研究了柔性转子全息现场动平衡理论及其在电力、石化、化工等行业中大型回转设备的失衡问题进行识别、平衡和平衡过程模拟中的应用,主要成果如下。 (1)基于全息谱理论,首次阐明了转子平衡过程在全息谱上的表现:转频椭圆上初相点的行为和作用;提出了移相椭圆的概念和利用移相椭圆预测平衡效果的技术。获得了"转子全息动平衡方法"的国家发明专利(ZL97108694.X)。     

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。     

基于机械滞后角的一次加准动平衡分析

针对影响系数法在转子动平衡中确定加重质量存在较大分散性的情况,综合考虑了加准精度、平衡效率,采用确定机械滞后角的新方法,利用机械滞后角确定转子的不平衡方向。在转子试验台上进行动平衡仿真验证,结合全息谱技术全面描述机组测振面的振动信息,结果表明在转子系统动平衡中,滞后角法确定配重质量方向的方法可靠,提高了一次加准的精度和平衡效率,减少起机次数,节省了平衡成本。     

全息动平衡相位补偿方法

全息动平衡法融合转子系统测振截面中两个相互垂直方向的振动参量制定系统的配重方案,以保证各测振截面周向各方向均具有良好的振动;然而全息动平衡法以初相矢为平衡目标制定的配重方案有时会出现不能保证测振截面周向振动的情况。通过各向异性转子系统失衡和响应关系的分析研究,发现初相矢与转子系统的失衡量之间存在线性映射关系;在原始失衡与配重截面存在轴向位置差异的条件下,受系统降维等效的影响,失衡和响应"椭圆映射"关系中的时间耦合问题是影响初相矢平衡方案不可靠的一个主要原因。在以上分析的基础上,提出一种相位补偿方法修正并优选初相矢对应的配重方案,以消除时时间耦合问题的影响;通过仿真试验,现场案例分析,验证了相位补偿方法对应配重方案的可靠性。     

高速主轴动平衡方法研究现状

动平衡方法是高速主轴在线动平衡的必要条件,是实现高速主轴在线动平衡的关键。基于在线动平衡方法在高速主轴动平衡调控过程中所起到的重要作用,综述了目前所应用于高速主轴及高速转子的各种动平衡方法。详细地阐述了应用于刚性主轴和柔性主轴的动平衡方法,其中针对刚性主轴的动平衡方法主要介绍了力平衡法和影响系数法;针对柔性主轴的动平衡方法则重点对模态平衡法、影响系数法和无试重平衡法进行了详细地梳理。介绍了全息谱动平衡法和低速动平衡法这2种应用于平衡主轴的新方法。最后,对高速主轴在线动平衡方法的发展趋势进行了展望。     

旋转机械动态信号全息谱分析

研究了旋转机械的全息谱分析方法，实现了x和y两方向振动信息的融合。尤其是矢谱，在双通道FFT的基础上，可直接分析出单频椭圆的3个特征参数。把全息谱引入启停分析，可进行全息泊德图和全息瀑布图的分析。指出三维全息谱能用于旋转机械的动平衡，同时还介绍了全息谱分析软件的编制特点。     

多故障转子进动趋势分析与平衡策略

现场机组的振动往往并非由单一故障所引起,在支承刚度的各向异性以及组合故障的共同作用下转子的进动轨迹表现为十分复杂的形式。对机组实施现场动平衡的过程中由于受到这些因素的干扰而无法准确判断转子失衡形式,导致平衡收敛速度减慢甚至出现多次平衡仍无法实现有效减振的情况。通过对进动轨迹的分解,建立以正进动分量初相矢为平衡目标的改进全息动平衡法。由于该方法中排除了反进动分量的干扰,对转子的失衡响应描述更为清晰,提高了平衡收敛速度。此外,根据对进动比的变化趋势提出的现场动平衡终止条件定性地揭示了转子残余振动的来源,从而减少了现场动平衡的盲目性,提高了故障排查的效率。实例验证了改进全息动平衡法以及现场动平衡终止条件的有效性。     

闪频式现场整机动平衡仪的开发与应用

闪频式现场整体动平衡仪是一种通过测幅进行整机动平衡的装置，本文首先介绍了测相测幅整体动平衡的方法与原理，然后围绕如何提取不平衡振动的幅值与相位详细阐述仪器的硬件设计，最后通过实验证明仪器的可靠性。     

基于单开链单元的空间机构震动力完全平衡的单位向量法

提出了一种基于单开链单元的空间机构震动力完全平衡的单位向量法,按照序单开链的机构结构分解方法,机构可被分解为一组有序单开链。用在机构各构件上固接相互垂直的三单位向量表示单开链单元的质径积方程,再利用闭环向量方程和相邻构件某些单位向量的关系消去一些线性相关的单位向量,从而导出机构的震动力完全平衡条件。此方法不需进行坐标变换矩阵的运算,导出的平衡条件为标量形式,推导过程简单,文中给出了一个例子。     

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。     

提高刚性转子现场一次动平衡精度研究

针对现场动平衡系统一次平衡精度问题,给出极大振动计算模型及实验验证;改进平衡效率计算公式,提出初相点影响系数法并与水平振动、垂直振动、极大振动三种振动测量项的影响系数法进行实验比较;开发相应的转子现场动平衡软件模块,集成到“PMS2000设备预知维修与故障诊断系统”。实验结果表明,该极大振动计算模型可用于表征不平衡转子的振动水平;初相点影响系数法对试重角度不敏感,其一次平衡精度较理想。     

A modified low-speed balancing method for flexible rotors based on holospectrum

Most high-speed rotating machineries operate at a speed higher than their first critical speeds. Since there are two different modal shapes existing in rotors under and over that speed, the most currently used balancing techniques for rotors require two steps to fulfill the balancing purpose. Firstly, a traditional low-speed rigid balancing is performed, and secondly, a high-speed balancing procedure is carried out. This high-speed balancing procedure is very complicated and dangerous; it needs large number of test runs and causes corresponding wastages as well. This paper develops a novel balancing method, called Low-Speed Holo-Balancing (LSHB), which can balance a flexible rotor without test runs at high speeds. The principle of LSHB is mainly based on the holospectrum technique, which will be explained in detail at the end of this paper. Instead of using information from a single sensor, through a multi-sensor fusion a three-dimensional holospectrum is constructed to describe the vibration response of a rotor vividly and accurately. LSHB can easily balance the flexible rotors at lower speeds than the first critical speed, according to the decomposition results of holospectrum. Because LSHB does not need any test runs at or higher than the first critical speed like any other traditional balancing techniques do, the balancing procedure is much safer, and economical. The key points and main operating steps of LSHB will be presented. The experimental results conducted on a flexible-rotor test rig validated the effectiveness of this method.     

平面连杆机构摆动力和摆动力矩的完全平衡

本文利用质量分布和附加两种惯性配重相结合的方法,实现了平面多杆机构摆动力摆动力矩的完全平衡。这两种惯性配重是定轴齿轮机构（简称为齿轮机构）惯性配重和行星机构惯性配重。笔者先以一种六杆机构为例,说明一般多杆机构力与力矩完全平衡的条件推导过程。本文的重点是根据上述理论进一步提出了铰链多杆机构的分解平衡法,即把该类机构分解成若干个铰链四杆机构和双杆组来分别平衡,从而明显简化了平衡方程的推导过程。     

相位补偿滤波方法在自动平衡系统中的应用

为了解决旋转机械在线自动平衡中信号相位提取问题,提出了一种无需整周期采样的相位检测算法。该算法基于互功率谱估计,具有算法复杂度低、抗干扰性好、精确度高和适用频率范围广等优点。在此基础上又提出了一种相位补偿滤波方法,使信号滤波造成的相位偏移得到补偿;该方法运算量低、精度高(误差小于1°)、可在线实时实现。仿真和实验表明,结合上述两种方法可准确、快速提取信号相位,从而使旋转机械在线自动平衡可以高效、准确、低成本的实现。     

截尾奇异值分解技术在动平衡中的应用

在最小二乘影响系数法动平衡中，由于计算中有求逆过程，因而可能引起计算所得平衡质量缺乏适宜性，引起平衡失败，为解决这一问题，引入了截尾奇异值分解技术（ＴＳＶＤ），实践证明平衡效果是好的。