高速轉(zhuǎn)子故障物理特性及全矢動平衡技術(shù)研究.pdf

1、對于旋轉(zhuǎn)機械來說，不平衡是其最主要的激振源，導致許多自激振動的產(chǎn)生。歷年來，動平衡技術(shù)始終是學術(shù)界研究和關(guān)注的焦點。隨著旋轉(zhuǎn)機械容量不斷增大，機械結(jié)構(gòu)的不斷復雜，轉(zhuǎn)速進一步提高，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子平衡領域理論和技術(shù)不能很好地適應工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展要求，主要表現(xiàn)在：多次啟機試重進行平衡，既浪費時間，又增加平衡費用。在一些特定的情況下，現(xiàn)有動平衡理論計算出來的配重有很大偏差，平衡精度很低，甚至導致平衡失敗。在這一背景下，本文從失衡轉(zhuǎn)子故障物理機理入手，

2、對不平衡響應規(guī)律進行探討，重點分析了失衡轉(zhuǎn)子在支撐各向異性和非線性因素下不平衡響應的特性。為了提高現(xiàn)場平衡的效率和精度，本文利用信息融合的全矢譜理論和有關(guān)技術(shù)，提出了新的轉(zhuǎn)子動平衡方法，實驗驗證了新方法的有效性和工程應用價值。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了失衡轉(zhuǎn)子的故障物理特性。傳統(tǒng)平衡方法均是建立在線性假設和轉(zhuǎn)子各向同性的基礎上，而實際上轉(zhuǎn)子各向異性和非線性因素是導致平衡精度不佳的主要原因。因此本文重點研究了失衡轉(zhuǎn)子在各向異

3、性和非線性基礎上不平衡響應的規(guī)律。結(jié)論表明：在線性模型假設下，各向異性支撐單圓盤轉(zhuǎn)子對于不同的失衡量其不平衡響應為一組同心橢圓，其方位角維持不變，橢圓的偏心率保持不變，其長/短半軸隨不平衡量的大小線性變化，橢圓的初始相位角隨失衡量的相位的變化而變化；而在非線性情況下，轉(zhuǎn)子的不平衡響應橢圓的偏心率和方位角均隨失衡量的大小的變化而變化。⑵提出一種新的動平衡方法—全矢動平衡方法（FVDB）。該方法基于全矢譜的截面信息融合方法定義了全矢不平衡響

4、應（FVUR），全矢不平衡響應以工頻主振矢作為不平衡響應的幅值，以橢圓的相位角為其相位，結(jié)合影響系數(shù)法或振型平衡法進行現(xiàn)場的平衡；理論推導證明：全矢不平衡響應的靈敏度高于單傳感器響應的靈敏度，說明全矢動平衡方法精度優(yōu)于傳統(tǒng)方法；實驗結(jié)果表明：全矢動平衡方法平衡效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法，提高了平衡的效率和精度，具有良好的工程應用價值。⑶結(jié)合進動分解理論，提出一種的新的平衡方法—進動分解平衡法（PDDB）。提出PDDB方法是源于以下思路：復雜柔性轉(zhuǎn)

5、子在組合故障作用下，轉(zhuǎn)子軌跡中正反進動分量呈現(xiàn)不同比值，但總體來說，正進動分量與平衡故障相關(guān)度更大，反進動分量往往預示機器存在平衡以外的其他故障，即不平衡量與正進動響應矢量是成正比的。PDDB方法的指導思想為：采用正進動不平衡響應，即FPUR作為平衡目標結(jié)合傳統(tǒng)的影響系數(shù)法或振型平衡法來完成平衡。通過數(shù)值模擬和實驗研究證明：PDDB方法與傳統(tǒng)方法相兼容，在實際平衡中更能克服平衡故障以外的干擾。相對于全矢動平衡方法 FVDB來說，進動分解

6、平衡方法 PDDB更適用于復雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、特別是除不平衡外還存在其他復合故障的場合。⑷提出了基于相位差頻譜校正的微速差雙轉(zhuǎn)子現(xiàn)場平衡方法。結(jié)合微速差雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對“拍振”信號的產(chǎn)生原因進行分析，結(jié)果表明：由于內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近，非整周期信號采集導致頻譜泄露的產(chǎn)生，即內(nèi)、外轉(zhuǎn)子不平衡響應中至少一個是失真的，這是導致平衡效果不佳的原因。在此基礎上，提出了基于相位差頻譜校正的內(nèi)外轉(zhuǎn)子不平衡響應分量提取方法，對失真的轉(zhuǎn)子響應的幅值和相位進行校正，

7、并給出相位差校正平衡法的微速差雙轉(zhuǎn)子平衡方法，通過仿真和實驗證明：該方法可顯著提高微速差雙轉(zhuǎn)子的平衡精度?，F(xiàn)場平衡實例充分證明了該方法的優(yōu)越性。⑸開發(fā)了包含以上新平衡方法功能的系列儀器?；谝陨先N新的動平衡方法，采用嵌入式技術(shù)，開發(fā)了便攜式現(xiàn)場動平衡儀。并就全矢不平衡響應的振動信號及鍵相采集等關(guān)鍵技術(shù)進行了探討，給出了全矢不平衡響應，進動分解算法以及頻譜校正分離方法的算法流程，實現(xiàn)了新的平衡方法的工程化應用。工程應用實例表明了本文研究