[发明专利]一种基于旋转坐标系的多轮盘转子动平衡检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机械零部件的检测，具体涉及一种旋转坐标系下多轮盘转子动平衡检测方法。

背景技术

旋转机械，如汽轮机、发电机、燃气轮机、压缩机、风机、泵等，是航空、电力、石化、冶金等行业的关键设备。受转子加工精度、装配误差以及热变形等因素的影响，旋转机械零部件处质心与其旋转中心不重合，在旋转状态下会产生不平衡激励力，导致机组产生振动，缩短机组使用寿命。不平衡故障时各类旋转机械最常见的振动故障，约占各类故障的80％以上。提高旋转机械动平衡效率和精度，具有重要的工程意义。

目前的动平衡检测方法都是在静止坐标系下进行的。测振平衡法和测力平衡法是目前最常用的两类动平衡方法。测振平衡法假设所测振动与不平衡力之间呈线性关系。不平衡力越大，振动越大，反之亦然。动平衡检测时需要首先求出力和振动之间的影响系数，然后由实测振动来反推不平衡力。这种方法在工程上得到广泛应用，但是存在以下缺点：(1)影响系数需要通过试验求出，需要机组反复多次启停，效率较低。对于大型汽轮发电机组而言，机组启停所需代价较大；(2)动平衡加重大多只能在转子两侧和中部进行，动平衡面有限，导致加重面和实际不平衡面不在同一个平面。转轴刚度不够时，转轴会产生变形和新的不平衡量；(3)为了减少开机次数，要求试验人员熟练掌握转子动力学理论，对技术人员的要求较高。测力平衡法主要是在动平衡机上进行。这种方法将转子视为刚性转子，通过测量转子两侧支撑所承受的动态力来识别不平衡力。这种方法存在以下缺点：(1)将转子视为刚性转子，不考虑转轴弹性变形；(2)将不平衡力等效到两个平面上，加重面和不平衡面往往不在同一个平面；(3)需要配备专门的动平衡机，对检测设备的要求较高。

基于应变的动平衡检测方法是另外一种动平衡检测方法。这种方法认为转轴截面应变值与不平衡力之间存在确定性关系。试验前标定好应变和力之间的关系后，根据试验中所测应变值即可反推不平衡力。这种方法可以实现多平面不平衡量的同时检测。静止坐标系下，不平衡力和应变值是一个动态变化的量，为了能够识别不平衡力大小和角度，需要提供一个键相传感器，为确定不平衡角度提供基准，并且要求各通道数据采集时必须严格同步。否则，不平衡力角度会产生较大误差。为了保证测试精度，对数据采集系统的采样频率也有较高要求。这种方法对各通道采集信号时的同步性要求很高。旋转机械转轴动态应变的测量需要采用无线发射和接受方式。受技术条件限制，现阶段无线数据传输还只能采取串行通讯方式，无法实现多通道信号的同步并行采样，这会给不平衡角度的确定带来很大误差。这种方法需要配备专用键相传感器和处理电路来确定不平衡零位。键相传感器需要固定在台架上，而应变传感器固定在转轴上，随轴旋转，这就需要两套测试系统来同时完成两类不同信号的采集，而且要求这两类信号的采集必须严格同步。这给动平衡试验带来了很大困难。为了保证动态应变信号的测试精度，对无线测试系统数据采样频率也有较高要求。现阶段无线测试仪的采样频率有限，最高仅为1KHz。基于应变的动平衡检测法出现上述缺陷的关键在于：这种方法是在固定坐标系下开展动平衡检测试验研究的。固定坐标系下，不平衡力及其引起的动态应变是一个动态变化的量，对无线数据采集装置采样频率、多通道之间同步性等的要求较高。

发明内容

发明目的：为了简化动平衡检测试验，提高动平衡工作的效率，本发明提供了一种基于旋转坐标系的多轮盘转子动平衡检测方法。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本方法认为，静止状态下，轮盘上的质量偏心不会产生激励力。旋转状态下，轮盘上的质量偏心会形成不平衡力，该力作用到转轴上后，会改变转轴截面应变值。根据转动状态下应变值的变化情况可以反推轮盘上的不平衡量。

旋转坐标系下，不平衡力的大小和角度是一个常量，由该力所引起的轮盘两侧应变值的变化也是一个常量，可以通过求取所测应变信号的平均值来得到。这种方法对测量通道之间数据采集时同步性没有要求，并降低了对数据采样率的要求。本发明认为不平衡力作用在轮盘平面上，如果在正交的两个方向上各布置一组应变传感器，由这两个方向上的应变值可以识别出相应方向上的力，合成后就可以得到不平衡力的大小和角度，因而，无需配备键相传感器来确定不平衡角度起点。