旋转机械振动分析中的谐分量转速平衡方法

摘要

一种旋转机械振动中的谐分量转速平衡方法，通过测定机组启动或停机过程中被测转子上的两个轴承的振动，获取转子两个轴承座振动

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转机械振动中的谐分量转速平衡方法，帮助技术人员分析转子不平衡型式和不平衡位置。主要应用领域包括：动力、冶金、石化、航空等大型旋转机械，如汽轮机、压缩机、发电机、燃气轮机、泵、风机等。

背景技术

振动是影响旋转机械安全稳定运行的重要因素。质量不平衡是旋转机械最常见的振动故障，约占总故障的80％以上。准确判定不平衡位置和不平衡型式可以有效地提高动平衡效率、减少开机次数，对于汽轮机、发电机、压缩机等大型旋转机械而言，具有重要的应用意义。

目前旋转机械振动分析常用图谱包括棒图、波形图、频谱图、振动趋势图、全息谱图、轴心轨迹图、轴心位置图、波德图、奈奎斯特图、瀑布图和级联图等。上述图谱可以有效地帮助技术人员分析机组存在和潜在的振动故障。

上述图谱中，波德图反映了升、降速过程中振动幅值和相位随转速变化情况，据此可以初步分析不平衡型式和位置。但是，波德图反映的是单测点振动随转速变化情况。对于实际大型转子而言，单测点信息是远远不够的。

发明内容

本发明提供一种旋转机械振动分析中的谐分量转速平衡方法，本发明能够快速、准确、方便地分析出转子上的不平衡型式与不平衡位置，提高动平衡的效率。

本发明采用如下技术方案：

(1)通过测定机组启动或停机过程中被测转子上的2个轴承的振动，获取被测转子的振动数据，并根据矢量运算法则，将同一转速下的振动数据分解为对称及反对称振动谐分量。

(2)以转速为横坐标，对称振动谐分量为纵坐标，绘制被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线图；以转速为横坐标，反对称振动谐分量为纵坐标，绘制被测转子的反对称振动谐分量随转速变化的曲线图。

(3)建立升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第一标准曲线图，建立升速过程中反对称振动谐分量随转速变化标准曲线图，再建立升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第二标准曲线图：

所述的升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第一标准曲线的特征是：在一阶临界转速下，对称振动谐分量出现峰值，越过临界转速后，对称振动谐分量逐渐减小，在工作转速下对称振动谐分量仍然大于40μm，升速过程中对称振动谐分量的相位角越来越大；

所述的升速过程中反对称振动谐分量随转速变化标准曲线的特征是：在二阶临界转速下，反对称振动谐分量出现峰值，越过二阶临界转速后，反对称振动谐分量逐渐减小，在工作转速下反对称振动谐分量仍然大于40μm，或者，随着转速的升高反对称振动谐分量越来越大；

所述的升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第二标准曲线的特征是：在一阶临界转速下，对称振动谐分量出现峰值，越过一阶临界转速后，随着转速升高，对称振动谐分量逐渐减小，然后随着转速继续升高，对称振动谐分量又变得越来越大，工作转速下对称振动谐分量大于40μm；

(4)对步骤2得到的被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线及被测转子的反对称振动谐分量随转速变化的曲线进行分析。

当被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线具有升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第一标准曲线特征时，转子上存在一阶不平衡，不平衡位于转子中部，或者，位于转子两端且两端不平衡力角度同相；

当被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线具有升速过程中反对称振动谐分量随转速变化标准曲线的特征时，转子上存在二阶不平衡，不平衡位于转子两端且两端不平衡力角度反相；

当被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线具有升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第二标准曲线的特征时，转子外伸段存在不平衡，或者转子上存在三阶不平衡。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)将升、降速过程中转子振动对称和反对称振动谐分量随转速变化情况以谐分量转速图表示出来，可简明、直观分析转子上存在的不平衡型式和位置。

(2)能够综合考虑转子一阶与二阶不平衡型式和不平衡位置，提高动平衡效率。

(3)通过对称、反对称振动谐分量峰值，可直观判断系统一阶临界转速与二阶临界转速。

(4)分析机组启停过程中对称、反对称振动谐分量的振动差别，来判断转子是否存在热变形等故障。

(5)可以形成固定算法，方便快捷准确的对旋转机械动平衡。

附图说明

图1是悬臂转子系统测振系统简图。

1轴承 2转子 3振动传感器 4光电传感器 5测振仪 6悬臂端

图2是升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第一标准曲线图。

图3是升速过程中反对称振动谐分量随转速变化的标准曲线图。

图4是升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第二标准曲线图。

图5是现场实测升速过程中对称振动谐分量随转速变化曲线1。

图6是现场实测升速过程中反对称振动谐分量随转速变化曲线。

图7是现场实测升速过程中对称振动谐分量随转速变化曲线2。

图8是旋转机械谐分量转速平衡方法流程图

具体实施方式

本实施例是以图1所示的旋转机械系统为例，进行旋转机械振动中的谐分量转速平衡分析，参照图2～7。

本实施例涉及的一种旋转机械振动中的谐分量转速平衡方法是：

(1)通过测定机组启动或停机过程中被测转子上的2个轴承的振动，获取被测转子的振动数据，并根据矢量运算法则，将同一转速下的振动数据分解为对称及反对称振动谐分量。

被测转子上的2个轴承的振动的测定方法是：

在外转子上贴反光带，安装键相传感器；在轴承座上安装振动传感器(位移、速度或加速度)，将传感器信号引入具有测量相位功能的测振仪器。

测试转子两个轴承座振动并将分解为对称振动谐分量和反对称振动谐分量

${\overrightarrow{A}}_0={\overrightarrow{A}}_{d0}+{\overrightarrow{A}}_{f0},$${\overrightarrow{B}}_0={\overrightarrow{A}}_{d0}-{\overrightarrow{A}}_{f0}$

${\overrightarrow{A}}_{d0}=\frac{{\overrightarrow{A}}_0+{\overrightarrow{B}}_0}{2},$${\overrightarrow{A}}_{f0}=\frac{{\overrightarrow{A}}_0-{\overrightarrow{B}}_0}{2}$

(2)以转速为横坐标，对称振动谐分量为纵坐标，绘制被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线图；以转速为横坐标，反对称振动谐分量为纵坐标，绘制被测转子的反对称振动谐分量随转速变化的曲线图。

根据大量的工程经验，现场实测谐分量转速图最有可能出现以下三种情况：

(a)对称振动谐分量转速变化情况1：一阶临界转速下对称振动谐分量出现峰值，越过临界转速后对称振动谐分量逐渐减小，工作转速下对称振动谐分量仍然大于40^μm，升速过程中对称振动谐分量的相位角越来越大。

(b)反对称振动谐分量转速变化情况：二阶临界转速下反对称振动谐分量出现峰值，越过二阶临界转速后，反对称振动谐分量逐渐减小，工作转速下反对称振动谐分量仍然大于40μm。或者，随着转速的升高反对称振动谐分量越来越大。

(c)对称振动谐分量转速变化情况2：一阶临界转速下对称振动谐分量出现峰值，越过临界转速后对称振动谐分量逐渐减小。然后，随着转速的升高，对称振动谐分量又变得越来越大。工作转速下对称振动谐分量仍然大于40μm。

(3)以一带悬臂转子系统模型，建立转子振动有限元方程，在转子非悬臂端施加不平衡量，获得升速过程中转子两端轴承振动值，并将两端轴承振动进行对称、反对称振动谐分量分解。以转速为横坐标，对称振动谐分量为纵坐标建立升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第一标准曲线图。以转速为横坐标，反对称振动谐分量为纵坐标建立升速过程中反对称振动谐分量随转速变化标准曲线图。除去非悬臂端不平衡量，在悬臂端施加不平衡量，获得升速过程中转子两端轴承振动值，并将两端轴承振动进行对称，反对称振动谐分量分解。以转速为横坐标，对称振动谐分量为纵坐标，建立升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第二标准曲线图。

所述的升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第一标准曲线的特征是：在一阶临界转速下，对称振动谐分量出现峰值，越过临界转速后，对称振动谐分量逐渐减小，在工作转速下对称振动谐分量仍然大于40μm，升速过程中对称振动谐分量的相位角越来越大；

所述的升速过程中反对称振动谐分量随转速变化标准曲线的特征是：在二阶临界转速下，反对称振动谐分量出现峰值，越过二阶临界转速后，反对称振动谐分量逐渐减小，在工作转速下反对称振动谐分量仍然大于40μm，或者，随着转速的升高反对称振动谐分量越来越大；

所述的升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第二标准曲线的特征是：在一阶临界转速下，对称振动谐分量出现峰值，越过一阶临界转速后，随着转速升高，对称振动谐分量逐渐减小，然后随着转速继续升高，对称振动谐分量又变得越来越大，对称振动谐分量由小变大的拐点由系统本身的性质决定，拐点位置在一阶临界转速与三阶临界转速之间，相对于三阶临界转速，拐点位置更接近于一阶临界转速，工作转速下对称振动谐分量大于40μm；

(4)对步骤2得到的被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线及被测转子的反对称振动谐分量随转速变化的曲线进行分析。

参照图2和图5，当被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线具有升速过程中对称谐分量随转速变化的第一标准曲线特征时，转子上存在一阶不平衡，不平衡位于转子中部，或者，位于转子两端且两端不平衡力角度同相。

参照图3和图6，当被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线具有升速过程中反对称振动谐分量随转速变化标准曲线的特征时，转子上存在二阶不平衡，不平衡位于转子两端且两端不平衡力角度反相。

参照图4和图7，当被测转子的对称振动谐分量随转速变化的曲线具有升速过程中对称振动谐分量随转速变化的第二标准曲线的特征时，转子悬臂端存在不平衡，或者转子上存在三阶不平衡。