专利名称：一种基于联轴器张口和高低差的轴承载荷识别方法
技术领域：
本发明涉及一种多跨、多支撑静不定轴系轴承载荷识别方法，帮助技术人员分析多跨静不定轴系中各轴承所承受的载荷情况。主要应用领域包括电力、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、风机等轴承载荷识别方法技术领域。
背景技术：
汽轮发电机组、燃气轮发电机组、大型压缩机等各类旋转机械虽然工作原理和工作过程不同，但是它们都具有一个共同的特点，即轴系是由多跟转子和多个轴承组成。这是一个静不定系统。轴承是这类系统的关键部件，对于保证机组的安全稳定运行至关重要。 由润滑理论可知，轴承载荷决定了轴承工作状态，而轴承载荷取决于轴系上多转子之间的对中状况。高速旋转机械对于转子之间对中精度的要求较高。转子之间的中心偏差较大时，很容易产生因轴承载荷过重而引起的碾瓦、碎瓦等故障以及因轴承载荷过轻而引起的轴承失稳等故障。这些都会导致机组产生较大振动，由此所引发的故障在工程上屡见不鲜。通过轴系中心调整来优化轴承载荷分配也是机组振动故障治理的主要手段。因此，轴承载荷识别和调整方法对于汽轮机、压缩机等大型旋转机械而言，具有重要的应用意义。随着机组向大型化方向发展以及现代电力工业对机组安全运行的要求越来越高，识别轴承载荷，分析轴承工作状况，并在此基础上对轴系中心进行优化调整就显得越来越重要。早期人们通过在轴承内表面打孔并加装压力传感器来识别轴承载荷。这种方法不仅破坏了轴承内表面和油膜，而且识别误差较大。在轴承座底部加测力计的方法不仅工作量大，而且改变了轴承座支撑形式。采用千斤顶方法测量轴承载荷时，如果所加力太轻，则无法把轴顶起来；如果所加力太重，由于轴承间隙较小，则很容易接触到上瓦，产生一个附加力向下。两者都会产生较大误差。上述方法都很难准确识别出轴承载荷。大型旋转机械的轴系通常包含3个或3个以上的轴承，这是一个静不定系统，轴承载荷无法由力和力矩平衡方程直接求出。工程上，轴承载荷调整是通过轴系找中技术进行，而找中大多是根据联轴器张口和高低差值进行，这两个值可以通过百分表或高精度激光对中仪比较准确地测量出来。虽然张口和高低差值可以比较方便地测量出来，但是人们并不知道轴承所实际承受的载荷情况。
发明内容
本发明提出一种多支撑静不定轴系轴承载荷识别方法。该发明所提供的方法包括两方面内容由给定各联轴器处的张口和高低差值识别各轴承载荷，指导机组安装、故障治理；由给定轴承载荷求出机组安装时各联轴器处的张口和高低差值，指导机组设计。本发明所提出的方法还能考虑转子弯曲变形对联轴器张口和高低差值的影响。本发明采用如下技术方案一种基于联轴器张口和高低差的轴承载荷识别方法，本发明特征在于
本方法将轴系视为变截面连续梁，各轴段自重作为均布质量，联轴器、推力盘、叶片和轮盘作为加载在连续梁上的集中载荷，将轴承视为刚性支撑，以轴系各轴承处于同心状态为初始基准。计算步骤为首先，将轴系中各转子在联轴器处断开，由材料力学理论以及边界条件构建求解方程组，计算出初始基准下各联轴器处的张口、高低差及其对轴承高度变化的灵敏度矩阵。其次，在轴承处将轴系断开形成多个轴段，对于每一个轴段，利用材料力学理论，建立起始端和终止端之间状态参数关系。其中，状态参数包括挠曲、转角、剪力和弯矩。利用已知的边界条件、轴承处左右两端状态参数关系、已知轴承高度，建立轴承载荷未知变量求解方程组，求出初始基准下轴承载荷分布及其对轴承高度变化的灵敏度矩阵。再次，在联轴器处将轴系断开形成多个轴段，采用和上述相同的方法建立转轴挠曲变形未知变量求解方程组。求出初始基准下转轴变形、联轴器张口、高低差值及其对轴承高度变化的灵敏度矩阵，由此实现轴系中各轴承载荷分配和联轴器状态之间的双向计算。即由给定各联轴器处的张口和高低差值求出各轴承载荷分布以及由给定各轴承处的载荷 分配求出各联轴器处的张口和高低差值。本发明建立轴系力学分析模型，求解出连接状态下各轴承载荷对轴承高度变化灵敏度矩阵和初始直线基准状态下轴承载荷分配，求解出断开状态下联轴器张口和高低差对轴承高度变化灵敏度矩阵和初始直线基准状态下联轴器张口和高低差；由实测联轴器张口和高低差、两个灵敏度矩阵和初始基准下的载荷分布识别轴承载荷，由给定轴承载荷、两个灵敏度矩阵和初始基准下联轴器张口和高低差，设计安装和检修时联轴器张口和高低差标准值。本发明与现有技术相比，本发明具有如下优点(I)实现了轴承载荷和联轴器状态之间的双向计算测出联轴器张口和高低差值后，可以快速地求出轴承载荷，这对于大型旋转机械而言很重要，可以指导机组安装、故障诊断和治理；机组设计时，给定轴承载荷分配，可以方便地设计出联轴器张口和高低差安装标准值。(2)按照传统工艺调整轴系中心时，转子被视为一条直线，不考虑转子本身的挠曲变形。当转子挠曲变形较大时，这种方法具有一定的误差。本发明提出的方法考虑了转子挠曲变形的影响。
图I是多跨静不定轴系模型简图；图2是在轴承处将转子断开后各轴段受力分析示意图；图3是在联轴器处将转子断开后各转子弯曲变形示意图；图4是考虑和不考虑转子弯曲变形对联轴器开口和高低差影响示意5是本发明的方法流程图。
具体实施例方式一种基于联轴器张口和高低差的轴承载荷识别方法，本发明特征在于本方法将轴系视为变截面连续梁，各轴段自重作为均布质量，联轴器、推力盘、叶片和轮盘作为加载在连续梁上的集中载荷，将轴承视为刚性支撑，以轴系各轴承处于同心状态为初始基准。计算步骤为首先，将轴系中各转子在联轴器处断开，由材料力学理论以及边界条件构建求解方程组，计算出初始基准下各联轴器处的张口、高低差及其对轴承高度变化的灵敏度矩阵。其次，在轴承处将轴系断开形成多个轴段，对于每一个轴段，利用材料力学理论，建立起始端和终止端之间状态参数关系。其中，状态参数包括挠曲、转角、剪力和弯矩。利用已知的边界条件、轴承处左右两端状态参数关系、已知轴承高度，建立轴承载荷未知变量求解方程组，求出初始基准下轴承载荷分布及其对轴承高度变化的灵敏度矩阵。再次，在联轴器处将轴系断开形成多个轴段，采用和上述相同的方法建立转轴挠曲变形未知变量求解方程组。求出初始基准下转轴变形、联轴器张口、高低差值及其对轴承高度变化的灵敏度矩阵，由此实现轴系中各轴承载荷分配和联轴器状态之间的双向计算。即由给定各联轴器处的张口和高低差值求出各轴承载荷分布以及由给定各轴承处的载荷 分配求出各联轴器处的张口和高低差值。本实施例是以图I所示的多跨静不定系统为例进行分析，参照图2 5。如图I所示，轴系上设置有转子I、轴承2、联轴器3。本发明所提出的基于联轴器张口和高低差数据的轴承载荷识别方法包括以下步骤(I)建立计算分析模型将轴系视为变截面连续梁，各轴段自重作为均布质量，联轴器、推力盘、叶片和叶轮作为加载在连续梁上的集中载荷，将轴承视为刚性支撑，如图2所示。(2)在η-I个轴承面处将轴系断开成η个单元段，首段单元由起始截面和第I个轴
承截面组成，尾段单元由最后一个轴承截面和终止截面组成，其余单元由任意两个相邻的
轴承截面构成，如图2所示；每一个单元的未知数为左、右端状态参数(位移、转角、剪力和
弯矩)和轴承反力。η个单元未知状态参数合计为(9η-1)个。以轴系中各轴承处于同心状
态为初始基准，在每一个单元段内按材料力学理论建立起始截面和终止截面之间状态参数
关系分析模型。以图2所示某一单元i为例进行说明
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如果单元内轴段直径不等，则可在每个等截面轴段内建立两端状态参数之间的关系，将多个关系矩阵相乘即可得到非等截面轴段两端状态参数之间的关系
权利要求
1.一种基于联轴器张口和高低差的轴承载荷识别方法，其特征在于 本方法将轴系视为变截面连续梁，各轴段自重作为均布质量，联轴器、推力盘、叶片和轮盘作为加载在连续梁上的集中载荷，将轴承视为刚性支撑，以轴系各轴承处于同心状态为初始基准；计算步骤为 首先，将轴系中各转子在联轴器处断开，由材料力学理论以及边界条件构建求解方程组，计算出初始基准下各联轴器处的张口、高低差及其对轴承高度变化的灵敏度矩阵；其次，在轴承处将轴系断开形成多个轴段，对于每一个轴段，利用材料力学理论，建立起始端和终止端之间状态参数关系；其中，状态参数包括挠曲、转角、剪力和弯矩；利用已知的边界条件、轴承处左右两端状态参数关系、已知轴承高度，建立轴承载荷未知变量求解方程组，求出初始基准下轴承载荷分布及其对轴承高度变化的灵敏度矩阵； 再次，在联轴器处将轴系断开形成多个轴段，采用和上述相同的方法建立转轴挠曲变形未知变量求解方程组；求出初始基准下转轴变形、联轴器张口、高低差值及其对轴承高度变化的灵敏度矩阵，由此实现轴系中各轴承载荷分配和联轴器状态之间的双向计算。
全文摘要
一种基于联轴器张口和高低差的轴承载荷识别方法，本发明所提供的方法包括两方面内容由给定各联轴器处的张口和高低差值识别各轴承载荷，指导机组安装、故障治理；由给定轴承载荷求出机组安装时各联轴器处的张口和高低差值，指导机组设计。本发明所提出的方法还能考虑转子弯曲变形对联轴器张口和高低差值的影响。
文档编号G01M13/04GK102759450SQ20121025387
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者彭斌, 李燕勇, 董川 申请人:云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司