專利名稱：：基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明專利屬于轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地，涉及旋轉(zhuǎn)機械故障診斷與振動控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：目前，柔性轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡方法很多，大致歸為兩大類，即振型平衡法和影響系數(shù)法，振型平衡法是基于平衡重量組與主振型正交的原理進行各階振型的分別平衡，其具有高速平衡精度高，試驗次數(shù)少等特點，然而，振型平衡法要求首先獲得轉(zhuǎn)子的各階振型數(shù)據(jù)，同時這種方法要求操作者具有豐富的經(jīng)驗知識，且不大容易采用計算機輔助進行平衡工作，在實際應(yīng)用中受到很大的限制。而影響系數(shù)法較少依賴于操作者的經(jīng)驗知識，整個操作均由試驗來完成，能夠采用計算機輔助和自動化，因而在許多場合大受歡迎。而影響系數(shù)法的缺點在于它對于轉(zhuǎn)子的高階振型的靈敏度不高，影響系數(shù)的計算主要依賴與振動幅值和相位測量的精確程度，一旦精度程度下降，可能導(dǎo)致其計算校正量很大，以致于現(xiàn)場無法實施。因此，各類平衡參數(shù)的測量和計算精度，特別是振動幅值與相位信息的準(zhǔn)確獲取對平衡質(zhì)量尤為重要。但實際平衡中，由于平衡誤差的產(chǎn)生及傳遞環(huán)節(jié)較多，且不易控制，少量的原始誤差經(jīng)積累最終可能會產(chǎn)生較大的平衡誤差，從而導(dǎo)致平衡失敗。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明專利目的在于提供一種基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，該方法可以通過全矢譜分析方法客觀真實地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場轉(zhuǎn)子不平衡故障，通過測取各測振截面上互相垂直的兩個通道的振動原始信號，結(jié)合影響系數(shù)法進行現(xiàn)場動平衡，顯著提高柔性轉(zhuǎn)子動平衡的效率和精度，為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，該方法的步驟如下1)依據(jù)全矢譜的主振矢圖來識別轉(zhuǎn)子是否存在不平衡故障；2)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)選取至少兩個加重平面；現(xiàn)場平衡時，根據(jù)平衡效果和實際條件來確定加重平面的個數(shù)和加重的位置。3)布置傳感器，傳感器的個數(shù)至少為加重平面數(shù)的2倍，在轉(zhuǎn)子每側(cè)至少布置一對傳感器，每對傳感器相互垂直放置于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動軸外表面近處，用于測取左、右軸承附近的水平和垂直的振動，另外還有一個傳感器放置于其中一個加重平面的外圓周處，用于鍵相信號的測?。?)在每個加重平面上分別擬設(shè)加重半徑，并加一試重，啟機升至設(shè)定轉(zhuǎn)速，并測得相應(yīng)的主振矢；5)將各個主振矢利用影響系數(shù)法可以計算出在應(yīng)分別在各加重平面加的配重。進一步，該方法還有平衡驗證的步驟。進一步，若仍存在不平衡，重復(fù)步驟4)、5)及平衡驗證步驟，直至平衡達標(biāo)。具體講，根據(jù)機組上轉(zhuǎn)子一端截面上采集到的雙通道電渦流信號，進行矢量譜分析，從分析圖譜中直接判定該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子不平衡故障；判別方法為從矢量譜的主振矢圖中可査找到幅值最高的一條譜線，如該譜線為轉(zhuǎn)子的1倍頻且明顯高于于其它譜線，參照國際振動標(biāo)準(zhǔn)其振值超標(biāo)，則轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡的可能性極大，然后從轉(zhuǎn)子的另一端進行判斷，若情況類似，則可判定為轉(zhuǎn)子的不平衡故障，需要實施現(xiàn)場的轉(zhuǎn)子動平衡。一般情況下，傳感器對稱布置在轉(zhuǎn)子的兩端，雙加重平面轉(zhuǎn)子動平衡的傳感器為相互垂直放置于轉(zhuǎn)子兩端轉(zhuǎn)動軸外表面近處，用于測取左、右軸承附近的水平和垂直的振動。傳感器采用光電傳感器或電渦流傳感器來測取機器的轉(zhuǎn)速并獲取振動相位參考的脈沖信號，對于光電傳感器，要求在軸上標(biāo)記處粘上反射窄帶，其余部分為黑區(qū)，或者相反；對于電渦流傳感器，則要求軸上標(biāo)記線處開一個鍵槽，將以上傳感器信號線與動平衡儀相連。對于有兩個加重平面的轉(zhuǎn)子，平衡方法如下a)啟動機器，提升轉(zhuǎn)速，啟動動平衡儀測取兩個平面的初始振動，并采用矢量濾波算法直接計算出至少兩個平面的初始工頻主振矢；b)對于兩個校正平面，設(shè)定加重半徑，在其中一個平面中加一試重G，^為矢量，其質(zhì)量為《，相對轉(zhuǎn)子上參考標(biāo)記的方位角，逆旋轉(zhuǎn)方向計算為&，啟機升至同一轉(zhuǎn)速，，并測得相應(yīng)的主振矢；c)取走^，在另一平面上加試重込，可測得其相應(yīng)的主振矢；d)利用影響系數(shù)法可以計算出在應(yīng)分別在兩平面加的配重。本發(fā)明專利具有以下功能和特點1、本方法提供矢量譜分析軟件和相應(yīng)圖譜顯示功能，矢量譜具有高分辨率，融合雙通道的信號的特點，對于現(xiàn)場轉(zhuǎn)子的不平衡故障的識別具有獨特的優(yōu)勢。2、測振傳感器采用單截面雙通道并成90度的布置方式，傳感器為觸式電渦流位移傳感器測軸振動。信號采集采用同步整周期方式，可以用鍵相信號觸發(fā)采集，也可以采用光電開關(guān)觸發(fā)。采用基于矢譜的軟件濾波方式提取各測振平面的工頻主振矢，濾波方法借助了復(fù)FFT的快速算法，同步整周期信號采集的特點，提高了工頻幅值和相位提取的精度和效率，較好地避免了單通道信號的片面性，從而提高影響系數(shù)法的平衡精度。3、測振平面數(shù)目可以任意指定，完全滿足絕大多數(shù)柔性轉(zhuǎn)子軸系的動平衡要求。4、平衡過程采用計算機輔助進行，操作直觀，明了，較少地依賴于專家經(jīng)驗。圖1為現(xiàn)場測點布置方案；圖2為矢量譜圖3為矢譜濾波的流程圖。具體實施例方式本發(fā)明專利的具體實施方式為(1)基于矢譜的轉(zhuǎn)子不平衡故障識別根據(jù)機組上轉(zhuǎn)子一端某截面上采集到的雙通道電渦流信號，進行矢量譜分析，從圖譜中可直接判定該轉(zhuǎn)子是否屬于轉(zhuǎn)子不平衡故障。判別方法為從矢量譜的主振矢圖中可査找到幅值最高的一條譜線，如該譜線為轉(zhuǎn)子的1倍頻且明顯高于于其它譜線，參照一定的國際振動標(biāo)準(zhǔn)其振值超標(biāo)，則轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡的可能性極大，然后從轉(zhuǎn)子的另一端進行判斷，若情況類似，則基本可判定為轉(zhuǎn)子的不平衡故障，需要實施現(xiàn)場的轉(zhuǎn)子動平衡。用矢量譜圖識別轉(zhuǎn)子不平衡故障方法參見圖2,圖中為從某C^壓縮機組現(xiàn)場靠近增壓箱截面通過一對互相垂直的電渦流傳感器x和y實測的一組振動數(shù)據(jù)，并對x，y方向單獨作頻譜圖和主振動矢量圖。若單獨從x方向的振幅圖可以看出該機組2倍頻最大，最有可能是發(fā)生了轉(zhuǎn)子不對中現(xiàn)象，但是從y方向看機組l倍頻最大，顯然大于2倍頻，機組故障應(yīng)該是不平衡故障,即單獨用x，y方向判斷機組故障出現(xiàn)了矛盾，這是單通道信號的片面性導(dǎo)致出現(xiàn)的問題。而主振動矢圖是綜合了x,y兩個方向信號而得到的振幅圖，具有客觀真實性和唯一性，從該組數(shù)據(jù)的主振矢圖中可以看出機組的1倍頻幅值明顯，而2倍頻較小，因此肯定機組發(fā)生了轉(zhuǎn)子不平衡故障。(2)加重平面的確定現(xiàn)場平衡時，一般根據(jù)平衡效果和實際條件來確定加重平面的個數(shù)和加重的位置。(3)傳感器的布置傳感器的布置方法可根據(jù)轉(zhuǎn)子的特點進行，傳感器的個數(shù)至少為加重平面數(shù)的2倍。傳感器往往采用對稱布置在轉(zhuǎn)子的兩端，雙平面轉(zhuǎn)子動平衡的傳感器布置方式見圖1所示，一共采用5只電渦流傳感器，傳感器KP用于鍵相信號的測取，IX，1Y，2X，2Y分別用于測取左、右軸承附近的水平和垂直的振動。(4)動平衡過程以下以雙平面為例來說明使用基于全矢譜的現(xiàn)場動平衡儀來實現(xiàn)平衡的過程，柔性轉(zhuǎn)子的平衡一般需要從低到高進行多個轉(zhuǎn)速下多平面的平衡，這里以某一轉(zhuǎn)速"(轉(zhuǎn)/分)下的平衡過程為例說明(其它轉(zhuǎn)速下的平衡過程與之類似)a)在機器上選定兩個測振平面1和平面2，在每個平面上互成90。方向各安裝兩只電渦流傳感器，采用光電傳感器或電渦流傳感器來測取機器的轉(zhuǎn)速并獲取振動相位參考的脈沖信號。如果是光電傳感器，要求在軸上標(biāo)記處粘上一反射窄帶，其余部分為黑區(qū)，或者相反。如果使用電渦流傳感器，則要求軸上標(biāo)記線處開一幾毫米深的鍵槽。將以上5只傳感器信號線與動平衡儀相連。b)啟動機器，升速至轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)/分,啟動平衡儀分別測取兩個平面的x和y方向的初始振動，并采用矢量濾波算法直接計算出平面1和平面2的初始工頻主振矢^和^。；工頻主振矢計算的原理如圖3所示。以其中的平面l的主振矢「i。的計算為例設(shè)平面1上測得的X和Y方向振動原始信號分別為"}和"}(i=0,1，2，…，N-1)，N為信號的采集點數(shù)，一般為2的整數(shù)次冪，如512，1024，2048等，R為每周期采樣點數(shù)，一般為32，64等。然后構(gòu)造復(fù)信號z'-x'+化(i=0，l，2，"*,N-l)，并采用公式(1)對構(gòu)造信號進行復(fù)FFT變換Z=|];力薦(n:0，1，2,…N-1)(1)然后，計算出工頻主振矢譜的序號Ind:/"d=7V/i—1②工頻主振矢(包括幅值和方位角)可用公式(3)、(4)計算Z舟Z単一,〕-Z力Z翠一o(=/wj)(4)則平面I的初始工頻主振矢「1。=w^z"^c)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)選取兩個校正平面1和平面2，加重半徑分別為^和。，先在平面1中加一試重G,(Q為矢量，其質(zhì)量為&，相對轉(zhuǎn)子上參考標(biāo)記的方位角，逆旋轉(zhuǎn)方向角度為、)，同樣，啟機升至同一轉(zhuǎn)速，并測得相應(yīng)的主振矢為^和^;此時可以計算出影響系數(shù)(方位角為零度的單位試重的效果矢量)"i和Qi(5)G(6)d)取走G，在平面2上加試重込，可測得^和^;同理可以計算出A和A:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>e)利用影響系數(shù)法可以計算出在應(yīng)分別在平面1和平面2加的配重為A(包括配重的大小和方向，正方向的定義與加試重Q和^相同)和A。計算A和^的方法就是解矢量方程組(9):f)按照(e)步計算結(jié)果添加配重，啟機升至同一轉(zhuǎn)速，測量剩余振動矢量^'和K，如K和《相對于初始振動矢量^和^其幅值均有大幅度減小，說明平衡效果較好。(5)平衡驗證與結(jié)論為了驗證全矢動平衡的平衡效果，在轉(zhuǎn)子試驗臺進行了大量的驗證工作，實驗過程按照以上實施步驟展開。實驗將全矢動平衡方法與傳統(tǒng)的基于單方向傳感器信號的動平衡方法進行了比較，并將實驗數(shù)據(jù)列出如表1所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>從表2中可以看出，按照全矢動平衡方法計算出來的需加配重與單獨用X或y方向傳感器信號方法計算出來的配重略有不同，為了驗證各種動平衡方法的精度，分別按照3種配重方案添加配重，并測取加配重后兩個平面x，y方向上的振動。通過加配重后振動數(shù)據(jù)分析可以得到采用上面兩種(單獨使用X，Y方向信號)平衡方法效果基本相當(dāng)，最后的振動量偏大，在平衡精度要求較高的場合，則往往還需要進一步平衡。而采用全矢動平衡方法最后測得的振動量在x，y兩個方向上均比較小，其平衡效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的基于單方向信號的平衡方法。通過對比分析可知，相對與傳統(tǒng)方法，全矢動平衡方法具有更高的精度，能起到顯著提高平衡效果，減少平衡次數(shù)的目的。權(quán)利要求1、一種基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在id="icf0001"file="A2009101432240002C1.tif"wi="4"he="5"top="30"left="139"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>該方法的步驟如下1)依據(jù)矢量譜的主振矢圖來識別轉(zhuǎn)子是否存在不平衡故障；2)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)選取至少兩個加重平面；3)布置傳感器，傳感器的個數(shù)至少為加重平面數(shù)的2倍，在轉(zhuǎn)子每側(cè)至少布置一對傳感器，每對傳感器相互垂直放置于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動軸外表面近處，用于測取左、右軸承附近的水平和垂直的振動，另外還有一個傳感器放置于其中一個加重平面的外圓周處，用于鍵相信號的測?。?)在每個加重平面上分別擬設(shè)加重半徑，并加一試重，啟機升至設(shè)定轉(zhuǎn)速，并測得相應(yīng)的主振矢；5)將各個主振矢利用影響系數(shù)法可以計算出在應(yīng)分別在各加重平面加的配重。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于，該方法還有平衡驗證的步驟。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于，若仍存在不平衡，重復(fù)步驟4)、5)及平衡驗證步驟，直至平衡達標(biāo)。4、權(quán)利要求1、2或3所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于，根據(jù)機組上轉(zhuǎn)子一端截面上采集到的雙通道電渦流信號，進行矢量譜分析，從分析圖譜中直接判定該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子不平衡故障；判別方法為從矢量譜的主振矢圖中可查找到幅值最高的一條譜線，如該譜線為轉(zhuǎn)子的1倍頻且明顯高于于其它譜線，參照國際振動標(biāo)準(zhǔn)其振值超標(biāo)，則轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡的可能性極大，然后從轉(zhuǎn)子的另一端進行判斷，若情況類似，則可判定為轉(zhuǎn)子的不平衡故障，需要實施現(xiàn)場的轉(zhuǎn)子動平衡。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于，傳感器對稱布置在轉(zhuǎn)子的兩端，雙加重平面轉(zhuǎn)子動平衡的傳感器為相互垂直放置于轉(zhuǎn)子兩端轉(zhuǎn)動軸外表面近處，用于測取左、右軸承附近的水平和垂直的振動。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于，傳感器采用光電傳感器或電渦流傳感器來測取機器的轉(zhuǎn)速并獲取振動相位參考的脈沖信號，對于光電傳感器，要求在軸上標(biāo)記處粘上反射窄帶，其余部分為黑區(qū)，或者相反；對于電渦流傳感器，則要求軸上標(biāo)記線處開一個鍵槽，將以上傳感器信號線與動平衡儀相連。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于，對于有兩個加重平面的轉(zhuǎn)子，平衡方法如下a)啟動機器，提升轉(zhuǎn)速，啟動動平衡儀測取兩個平面的初始振動，并采用矢量濾波算法直接計算出至少兩個平面的初始工頻主振矢；b)對于兩個校正平面，設(shè)定加重半徑，在其中一個平面中加一試重G，^為矢量，其質(zhì)量為A，相對轉(zhuǎn)子上參考標(biāo)記的方位角，逆旋轉(zhuǎn)方向角度為"a，啟機升至同一轉(zhuǎn)速，，并測得相應(yīng)的主振矢；c)取走Q，在另一平面上加試重込，可測得其相應(yīng)的主振矢；d)利用影響系數(shù)法可以計算出在應(yīng)分別在兩平面加的配重。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，通過全矢譜分析軟件能夠客觀真實地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場轉(zhuǎn)子不平衡故障，并通過測取各測振截面上互相垂直的兩個通道的振動原始信號，用全矢譜濾波方法來提取轉(zhuǎn)子在各測振截面的工頻主振矢，用此主振矢來代替?zhèn)鹘y(tǒng)單通道信號中提取的轉(zhuǎn)子工頻幅值和相位，結(jié)合影響系數(shù)法進行現(xiàn)場動平衡，平衡過程較少依賴于操作者的經(jīng)驗知識，可顯著提高柔性轉(zhuǎn)子動平衡的效率和精度，是一種高度集成的計算機輔助型現(xiàn)場動平衡方法。文檔編號G01M1/00GK101556200SQ20091014322公開日2009年10月14日申請日期2009年5月21日優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日發(fā)明者孫俊杰,董辛?xí)F,宏陳,雷文平,捷韓申請人:鄭州大學(xué)