[发明专利]基于进动矢量的全息现场动平衡方法

说明书

技术领域

本发明属于转子动平衡技术领域，涉及旋转机械故障诊断与控制方法，特别涉及基于进动矢量的全息现场动平衡方法，该方法能够用于组合故障或非对称支承刚度作用下转子故障的定性分离、不平衡故障的识别、机组不平衡量的衡量与估计、配重方案(包括大小、方向)的制定以及根据平衡终止条件做出的平衡决策。

背景技术

传统的动平衡法，无论是刚性转子动平衡法，还是柔性转子动平衡法——模态平衡法和影响系数平衡法，都只是利用转子各个测振面上单方向传感器的振动信号获取转子的配重方案，为了保证与之相垂直的另一个方向的平衡状态，现场应用时一般都需要进行平衡方案的振动校核。由于转子系统各测振截面的弱刚度方向往往不一致，在机组某个截面垂直方向的振动比较大，而在机组的另一截面有可能出现水平振动比较大，这样在进行平衡计算时将会面临一个艰难的取舍问题。不同方向振动数据得到的平衡方案可能不同，在某些极端情况下甚至是矛盾的。“转子全息动平衡法”(参见中国发明专利ZL97108694.X)考虑了转子支承各项刚度异性的影响，实现了多传感器信息融合在转子动平衡技术上的应用。但并未完全排除转子支承各向刚度异性对不平衡量估计带来的干扰。在转子不平衡量大小不变但方位改变的情况下，由于转子工频轨迹初相矢IPV的位置变化会直接导致IPV的大小的变化，在对机组平衡状态的描述上存在不确定因素的情况，这显然是受到了转子非对称支承刚度的影响，见图2。因此不能仅根据IPV的大小来进行转子平衡状态好坏的判断，这在一定程度上限制了它的作用。

发明内容

在上述现有技术的基础上，本发明的目的在于，针对组合故障作用的大型旋转机组的现场动平衡，提供一种基于进动矢量的全息现场动平衡方法(以下简称进动矢全息平衡法)。本发明的进动矢全息平衡法，虽然与“转子全息动平衡方法”(参见中国发明专利ZL97108694.X)都是建立在“全息谱”的基础上，但是本发明的进动矢全息平衡法和“转子全息动平衡方法”是两种不相同的理论。进动矢全息平衡法有一套完整的理论体系。本发明旨在拓展转子全息动平衡方法、理论以及技术的应用范围。

在转子系统各向刚度异性明显时，用单方向(X方向或Y方向)振动信号获得的配重方案虽然能够降低该方向的振动，但无法保证另一个方向上的振动。即从振动二维全息谱工频椭圆上看来，进动轨迹椭圆的长轴(即转子进动的最大值)并未降低，所以配重方案往往不能很好的降低转子系统整体振动。本发明利用各截面工频分量正进动轨迹初相矢IPV₊作为平衡计算过程中的平衡目标，主要目的就是最大限度的降低转子系统整体振动，即降低各测振截面二维全息谱工频椭圆的长轴大小。由于工频正进动分量轨迹为一个圆，在转子平衡状态一定的情况下IPV₊的大小不受其方位的影响，与IPV相比，在IPV₊与转子不平衡量之间具有更为紧密、稳定的联系；其次，本发明通过转子工频轨迹的进动分解实现转子工频振动故障源的定性分离，最大限度地排除了组合故障作用下非平衡故障对转子不平衡量估计带来的干扰，实现转子不平衡故障的精确识别；最后，根据平衡过程中各截面工频分量进动比的变化情况，设定现场动平衡终止条件，为现场排查故障明确方向、减少现场平衡盲目性、缩短故障解决周期、降低故障排查成本等提供了依据。

本发明采取的技术解决方案是：

基于进动矢量的全息现场动平衡方法，其特征在于，该方法采用转子各截面工频轴心轨迹进动分解后的正进动轨迹圆初相矢IPV₊作为平衡目标，控制机组各截面工频椭圆轨迹的长轴，即进动最大值；通过分析转子工频进动轨迹的进动比在平衡过程中的变化情况，设立了组合故障机组现场动平衡的终止条件，即进动比发生从δ≥1或δ＞＞1到δ＜＜1的一个突然翻转；

对于以失衡为主导故障的机组来说，则平衡步骤为：

步骤一，采集故障机组各平衡转速下各测点原始振动信号；

步骤二，根据多传感器信息融合技术，建立各测振截面的工频二维全息谱图；通过进动分解获得各测振截面正进动轨迹圆初相矢IPV₊、原始振动工频轨迹进动比δ以及工频分量轨迹长轴a；在以失衡为主导故障的情况下进动比δ应满足如下条件：δ≥1或δ＞＞1，以正进动轨迹圆初相矢IPV₊作为平衡目标准备带入平衡计算；

步骤三，根据现场条件和机组实际振动情况确定试重添加的位置和模式，添加试重或试重组并测量各次试重运行的振动情况，对所获数据再按步骤二进行处理；