高速轉(zhuǎn)子故障物理特性及全矢動(dòng)平衡技術(shù)研究.pdf

1、對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)，不平衡是其最主要的激振源，導(dǎo)致許多自激振動(dòng)的產(chǎn)生。歷年來(lái)，動(dòng)平衡技術(shù)始終是學(xué)術(shù)界研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械容量不斷增大，機(jī)械結(jié)構(gòu)的不斷復(fù)雜，轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子平衡領(lǐng)域理論和技術(shù)不能很好地適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展要求，主要表現(xiàn)在：多次啟機(jī)試重進(jìn)行平衡，既浪費(fèi)時(shí)間，又增加平衡費(fèi)用。在一些特定的情況下，現(xiàn)有動(dòng)平衡理論計(jì)算出來(lái)的配重有很大偏差，平衡精度很低，甚至導(dǎo)致平衡失敗。在這一背景下，本文從失衡轉(zhuǎn)子故障物理機(jī)理入手，

2、對(duì)不平衡響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行探討，重點(diǎn)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(yīng)的特性。為了提高現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)平衡方法，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新方法的有效性和工程應(yīng)用價(jià)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(shè)和轉(zhuǎn)子各向同性的基礎(chǔ)上，而實(shí)際上轉(zhuǎn)子各向異性和非線性因素是導(dǎo)致平衡精度不佳的主要原因。因此本文重點(diǎn)研究了失衡轉(zhuǎn)子在各向異

3、性和非線性基礎(chǔ)上不平衡響應(yīng)的規(guī)律。結(jié)論表明：在線性模型假設(shè)下，各向異性支撐單圓盤(pán)轉(zhuǎn)子對(duì)于不同的失衡量其不平衡響應(yīng)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(zhǎng)/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(yīng)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(dòng)平衡方法—全矢動(dòng)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(yīng)（FVUR），全矢不平衡響應(yīng)以工頻主振矢作為不平衡響應(yīng)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的平衡；理論推導(dǎo)證明：全矢不平衡響應(yīng)的靈敏度高于單傳感器響應(yīng)的靈敏度，說(shuō)明全矢動(dòng)平衡方法精度優(yōu)于傳統(tǒng)方法；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：全矢動(dòng)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(yīng)用價(jià)值。⑶結(jié)合進(jìn)動(dòng)分解理論，提出一種的新的平衡方法—進(jìn)動(dòng)分解平衡法（PDDB）。提出PDDB方法是源于以下思路：復(fù)雜柔性轉(zhuǎn)

5、子在組合故障作用下，轉(zhuǎn)子軌跡中正反進(jìn)動(dòng)分量呈現(xiàn)不同比值，但總體來(lái)說(shuō)，正進(jìn)動(dòng)分量與平衡故障相關(guān)度更大，反進(jìn)動(dòng)分量往往預(yù)示機(jī)器存在平衡以外的其他故障，即不平衡量與正進(jìn)動(dòng)響應(yīng)矢量是成正比的。PDDB方法的指導(dǎo)思想為：采用正進(jìn)動(dòng)不平衡響應(yīng)，即FPUR作為平衡目標(biāo)結(jié)合傳統(tǒng)的影響系數(shù)法或振型平衡法來(lái)完成平衡。通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究證明：PDDB方法與傳統(tǒng)方法相兼容，在實(shí)際平衡中更能克服平衡故障以外的干擾。相對(duì)于全矢動(dòng)平衡方法 FVDB來(lái)說(shuō)，進(jìn)動(dòng)分解

6、平衡方法 PDDB更適用于復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、特別是除不平衡外還存在其他復(fù)合故障的場(chǎng)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(chǎng)平衡方法。結(jié)合微速差雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)“拍振”信號(hào)的產(chǎn)生原因進(jìn)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(hào)采集導(dǎo)致頻譜泄露的產(chǎn)生，即內(nèi)、外轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)中至少一個(gè)是失真的，這是導(dǎo)致平衡效果不佳的原因。在此基礎(chǔ)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(yīng)分量提取方法，對(duì)失真的轉(zhuǎn)子響應(yīng)的幅值和相位進(jìn)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(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)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(chǎng)平衡實(shí)例充分證明了該方法的優(yōu)越性。⑸開(kāi)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(dòng)平衡方法，采用嵌入式技術(shù)，開(kāi)發(fā)了便攜式現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀。并就全矢不平衡響應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)及鍵相采集等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討，給出了全矢不平衡響應(yīng)，進(jìn)動(dòng)分解算法以及頻譜校正分離方法的算法流程，實(shí)現(xiàn)了新的平衡方法的工程化應(yīng)用。工程應(yīng)用實(shí)例表明了本文研究