一种转子低速动平衡台及临界转速预测方法与流程

本申请涉及火电机组机械振动领域，更具体地说，涉及一种转子低速动平衡台及临界转速预测方法。
背景技术：
：转子动平衡是转子动力学的一个研究内容，不平衡会引起转子的振动值增大，不利于转子正常运转。所以，针对存在质量不平衡的转子应该进行动平衡处理。在机器制造或维修中，动平衡成为一道工序。机组维修往往工期紧张，同时为了避免转子返厂耗费较高成本等因素，常常选择在现场搭建动平衡台进行转子低速动平衡试验。一般现场低速动平衡试验的平衡转速控制在250r/min左右或更低一些，因而要求这个平衡转速下明显地出现动平衡台系统的一阶临界转速，以获得转子在低速动平衡台上有较合适的不平衡灵敏度。这个不平衡灵敏度是通过调整动平衡台的支承刚度来实现的，其实质是调整支承刚度获得合适的动平衡台系统的一阶临界转速(一般取120r/min～150r/min)，以满足在现场实施动平衡试验的条件。目前，现场常采用橡胶垫式低速动平衡台，是根据经验设计橡胶垫块的初始尺寸架设好低速动平衡台，随后电机拖动转子进行试转。如果升速过程中动平衡台系统不能得到预期的一阶临界转速(过高、过低都不好)，则需要停机拆下橡胶垫块重新进行橡胶垫块尺寸调整，将调整后的橡胶垫块重新安装到动平衡台上。通常需要多次调整才能最终达到现场低速动平衡试验的需求。而现场拆装橡胶垫块的流程比较复杂，频繁的拆装调整橡胶垫块不仅耗费大量的人力物力，对现场的工期也无法很好的把控。因此，如何快速寻找到合适的支承刚度、快速搭建现场低速动平衡台成为关键问题。技术实现要素：本申请的目的是提供一种转子低速动平衡台及临界转速预测方法，以克服现有技术中存在的技术问题。为实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：一种转子低速动平衡台系统临界转速预测方法，转子低速动平衡台包括：底座支架、用于调整所述转子低速动平衡台支承刚度的橡胶垫块、轴承座、用于架设待测转子的轴承、用于测量振动的振动传感器、用于测量转速的键相传感器、用于驱动所述待测转子转动的电机、数据采集仪和计算机；其中，所述橡胶垫块安装在所述底座支架和所述轴承座之间，所述轴承安装在所述轴承座上，所述键相传感器安装在所述轴承的轴向边缘，所述振动传感器安装在所述轴承座上；所述数据采集仪与所述键相传感器和所述振动传感器连接；所述计算机与所述数据采集仪连接；所述橡胶垫块包括：所述电机的非驱动端轴承橡胶垫块，驱动端轴承橡胶垫块；所述方法包括：分别计算若橡胶垫块应用于所述转子低速动平衡台，所述转子低速动平衡台的非驱动端轴承橡胶垫块刚度系数，驱动端轴承橡胶垫块刚度系数；将计算得到的刚度系数输入基于所述转子低速动平衡台建立的一阶临界转速预测模型，得到所述低速动平衡台系统的一阶临界转速。上述方法，优选的，基于所述转子低速动平衡台建立一阶临界转速预测模型的过程包括：获取基于所述转子低速动平衡台结构而得到的待测转子运动方程：其中，l1表示待测转子的质心到所述非驱动端轴承橡胶垫块中心的距离；l2表示待测转子质心到所述驱动端轴承橡胶垫块中心的距离；k1表示所述转子低速动平衡台的非驱动端轴承橡胶垫块刚度系数；k2表示所述转子低速动平衡台的驱动端轴承橡胶垫块刚度系数；c1表示所述非驱动端轴承橡胶垫块的阻尼系数；c2表示所述驱动端轴承橡胶垫块的阻尼系数；m表示所述待测转子的质量；jg表示所述待测转子的转动惯量；x表示所述待测转子的位移；θ表示转轴的扬度；f表示待测转子的弹性恢复力；ω表示待测转子的角速度；根据所述待测转子运动方程的特征方程得到所述一阶临界转速预测模型。上述方法，优选的，所述根据所述待测转子运动方程的特征方程得到所述一阶临界转速预测模型，包括：根据动力矩阵d获取所述待测转子运动方程的特征方程；其中，k11＝k1+k2，k12＝-k1l1+k2l2，k21＝-k1l1+k2l2，所述特征方程为：|d-ω2i|＝0；根据所述特征方程得到一阶临界转速预测模型f1为：一种转子低速动平衡台，包括：底座支架；用于调整所述转子低速动平衡台支承刚度的橡胶垫块；轴承座；用于架设待测转子的轴承；用于测量转速的键相传感器；用于测量振动的振动传感器；用于驱动所述待测转子转动的电机；数据采集仪和计算机；其中，所述橡胶垫块安装在所述底座支架和所述轴承座之间，所述轴承安装在所述轴承座上，所述键相传感器安装在所述轴承的轴向边缘，所述振动传感器安装在所述轴承座上；所述数据采集仪与所述键相传感器和所述振动传感器连接；所述计算机与所述数据采集仪连接；所述橡胶垫块包括：所述电机的非驱动端轴承橡胶垫块，驱动端轴承橡胶垫块。上述转子低速动平衡台，优选的，所述振动传感器的数量为2～4个。上述转子低速动平衡台，优选的，所述2～4个振动传感器布置于同一水平面的不同位置。上述转子低速动平衡台，优选的，所述非驱动端轴承橡胶垫块包括n个子橡胶垫块，所述驱动端轴承橡胶垫块包括p个子橡胶垫块，所述n和p均为大于1的正整数。上述转子低速动平衡台，优选的，所述轴承是半圆轴承。上述转子低速动平衡台，优选的，所述底座支架通过固定螺栓与水泥基础连接。上述转子低速动平衡台，优选的，还包括：滴油管，所述滴油管位于所述轴承的上方，所述滴油管滴落的润滑油用于所述待测转子和所述轴承之间的润滑。上述转子低速动平衡台，优选的，所述电机与所述待测转子通过齿轮或万向节连接。上述转子低速动平衡台，优选的，所述电机为通过盐浴原理进行制动的电机。通过以上方案可知，本申请提供的一种转子低速动平衡台及临界转速预测方法，转子低速动平衡台包括底座支架、用于调整转子低速动平衡台支承刚度的橡胶垫块、轴承座、用于架设待测转子的轴承、键相传感器、振动传感器、用于驱动待测转子转动的电机、数据采集仪和计算机；其中，橡胶垫块安装在底座支架和轴承座之间，轴承安装在轴承座上，键相传感器安装在轴承的轴向边缘，振动传感器安装在轴承座上；数据采集仪与键相传感器、振动传感器连接和计算机连接；橡胶垫块包括：电机的非驱动端轴承橡胶垫块，驱动端轴承橡胶垫块。基于上述转子低速动平衡台的结构，建立了转子低速动平衡台系统的一阶临界转速预测模型，而由于转子低速动平衡台的支承刚度与橡胶垫块的尺寸相关，因此，通过该一阶临界转速预测模型，可以寻找橡胶垫块尺寸与一阶临界转速之间的关系，从而可提前预测系统搭建好的转子低速动平衡台系统的一阶临界转速是否满足动平衡试验的要求，而不需要将橡胶垫块安装于上述低速动平衡台之后进行反复试转和拆装调整橡胶垫块，达到快速寻找到合适的支承刚度、快速搭建现场转子低速动平衡台的目的。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的转子低速动平衡台的一种结构示意图；图2为图1所示转子低速动平衡台的右视图；图3为本申请实施例提供的获取一阶临界转速预测模型的一种实现流程图；图4为本申请实施例提供的转子低速动平衡台的数学计算模型；图5为本申请实施例提供的简化后的转子低速动平衡台的数学计算模型；图6为本申请实施例提供的转子低速动平衡台系统临界转速预测方法的一种实现流程图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图1和图2，图1为本申请实施例提供的转子低速动平衡台的一种结构示意图，图2为图1所示转子低速动平衡台的右视图(图中2中仅示出图1中的部分部件)，该转子低速动平衡台可以包括：底座支架1，橡胶垫块2，轴承座3，轴承4，滴油管5，固定螺栓6，电机7(图1中未示出)，振动传感器8，键相传感器9，数据采集仪10和计算机11；其中，橡胶垫块2安装在底座支架1和轴承座3之间。转子低速动平衡台的支承刚度通过橡胶垫块2来调整。通过调整橡胶垫块2的尺寸，可以改变转子低速动平衡台的支承刚度。轴承4安装在轴承座3上，轴承4用于架设待测转子，且轴承4为半圆轴承。振动传感器8，用于测量轴瓦振动。振动传感器8安装在轴承座3上，可选的，振动传感器8可以安装在轴承座3上与轴承4的轴线平行的侧面。键相传感器9安装在轴承4的轴向边缘，用于测量待测转子的转速。电机7与待测转子连接，用于驱动待测转子转动。数据采集仪10用于采集键相传感器9和振动传感器8的数据，并将数据传送给计算机11，以便于监测轴瓦振动和转子低速动平衡台系统的一阶临界转速。其中，橡胶垫块2包括两部分，分别为：电机7的非驱动端轴承橡胶垫块，驱动端轴承橡胶垫块。可选的，振动传感器8可以设置多个，例如可以设置2～4个，该多个振动传感器8分布在同一水平面，且布置于非驱动端轴承的轴承座和驱动端轴承的轴承座上。可选的，非驱动端轴承橡胶垫块可以包括n个子橡胶垫块，驱动端轴承橡胶垫块可以包括p个子橡胶垫块，p和n均为整数，p和n可以相同，也可以不同。可选的，底座支架1可以通过固定螺栓6与水泥基础连接，以将底座支架1固定在水泥基础上。可选的，滴油管5位于轴承4的上方，滴油管5滴落的润滑油用于待测转子和轴承4之间的润滑。可选的，电机7通过盐浴原理进行制动，即电机7可以是通过盐浴原理进行制动的电机。可选的，待测转子与电机7之间可以通过齿轮或者万向节连接，即待测转子由电机7通过齿轮或者万向节驱动。基于上述转子低速动平衡台，本申请提供一种转子低速动平衡台系统的一阶临界转速预测模型。具体的，本申请提供的获取一阶临界转速预测模型的一种实现流程图如图3所示，可以包括：步骤s31：获取基于转子低速动平衡台结构而得到待测转子运动方程。本申请实施例中，上述转子低速动平衡台的数学计算模型如图4所示，为得到上述待测转子运动方程，将图4所示数学计算模型进行简化，得到简化后的转子低速动平衡台的数学计算模型，如图5所示，其中，x表示一个参考方向。具体得到的待测转子运动方程的矩阵形式如下所示：其中，l1表示待测转子的质心g到所述非驱动端轴承橡胶垫块中心的距离；l2表示待测转子质心g到所述驱动端轴承橡胶垫块中心的距离；k1表示所述转子低速动平衡台的非驱动端轴承橡胶垫块刚度系数；k2表示所述转子低速动平衡台的驱动端轴承橡胶垫块刚度系数；c1表示所述非驱动端轴承橡胶垫块的阻尼系数；c2表示所述驱动端轴承橡胶垫块的阻尼系数；m表示所述待测转子的质量；jg表示所述待测转子的转动惯量；x表示所述待测转子的位移；θ表示转轴的扬度；f表示待测转子的弹性恢复力；ω表示待测转子的角速度。步骤s32：根据上述待测转子运动方程的特征方程得到一阶临界转速预测模型。为便于计算，定义动力矩阵d：其中，k11＝k1+k2，k12＝-k1l1+k2l2，k21＝-k1l1+k2l2，得到特征方程为：|d-ω2i|＝0，即：(ω2m-k11)(ω2jg-k22)+k12×k21＝0；根据上述特征方程得到:则，一阶临界转速预测模型f1为：二阶临界转速预测模型为f2为：基于前述转子低速动平衡台和一阶临界转速预测模型，本申请提供一种转子低速动平衡台系统临界转速预测方法，该转子低速动平衡台系统临界转速预测方法的一种实现流程图如图6所示，可以包括：步骤s61：分别计算若橡胶垫块应用于转子低速动平衡台，转子低速动平衡台的非驱动端轴承橡胶垫块刚度系数，驱动端轴承橡胶垫块刚度系数。也就是说，本申请是在将橡胶垫块应用于转子低速动平衡台之前，先计算如果橡胶垫块应用于转子低速动平衡台，转子低速动平衡台的非驱动端轴承橡胶垫块刚度系数，驱动端轴承橡胶垫块刚度系数会是多少。具体如何计算非驱动端轴承橡胶垫块刚度系数，驱动端轴承橡胶垫块刚度系数属于本领域的公知常识，这里不再赘述。步骤s62：将上述计算得到的刚度系数输入前述一阶临界转速预测模型，得到转子低速动平衡台系统的一阶临界转速。根据该一阶临界转速，结合实际的测试需求，测试人员可以确定待应用于转子低速动平衡台的橡胶垫块是否满足实施低速动平衡试验的条件。具体的，若该一阶临界转速与实际需求的一阶临界转速的差值小于预设阈值，可以认为满足实施低速动平衡试验的条件，否则认为不满足实施低速动平衡试验的条件。具体阈值为多少可以根据实际的精度需求确定。若实际的精度需求较高，则阈值可以小一些，若实际的精度需求较低，则阈值可以大一些。若确定上述待应用于转子低速动平衡台的橡胶垫块不满足实施低速动平衡试验的条件，则在修改橡胶垫块的尺寸后，再次使用图6所示的临界转速预测方法预测转子低速动平衡台系统的一阶临界转速，直至满足实施低速动平衡试验的条件。下面结合具体案例对本申请实施例进行解释说明。例如，某汽轮发电机组在揭缸清理异物时，意外发现某个汽轮机转子的13压力级有3只叶片断裂，15压力级有2只叶片断裂，在对损坏的叶片进行了更换后，为了消除更换叶片造成的转子失衡，对更换叶片后的转子进行低速动平衡处理。该低速动平衡处理过程中，橡胶垫块2为条形的橡胶垫块，其具体设计如表1所示：表1项目单位转子的高压侧转子的低压侧断面尺寸m0.08×0.0650.08×0.065布置形式2层×3排×2组2层×4排×2组有效接触面积m0.14640.2048压缩量m0.08170.0633静荷重kn6778比压n/m2(pa)4.58×1053.81×105刚度系数n/m8.2×1051.232×106其中，断面尺寸是指橡胶垫块上，垂直于待测转子轴向的平面；有效接触面积是指橡胶垫块与轴承座之间的接触面积。根据本申请提供的一阶临界转速预测模型，可得f1＝1.875hz，相当于转子低速动平衡台系统的一阶临界转速为：1.875×60＝113r/min。基于本申请提供的转子低速动平衡台可以通过“自振法”进行动平衡台系统的一阶临界转速的测试，下面通过“自振法”测试转子低速动平衡台系统的一阶临界转速：将上述转子架设在转子低速动平衡台的轴承上，人力推动转子中部并迅速松开，使其转动，通过数据采集仪10采集的数据得到转子低速动平衡台系统的一阶临界转速为124r/min。下面通过转子低速动平衡台系统测试其一阶临界转速：将上述转子架设在转子低速动平衡台的轴承上后，启动电机带动转子转动，通过数据采集仪10采集的数据得到转子低速动平衡台系统的一阶临界转速为120r/min。由上述数据可知，本申请实施例中转子低速动平衡台系统的一阶临界转速预测模型是可行的。综上所述，本申请提供了一种转子低速动平衡台，一种转子低速动平衡台系统的一阶临界转速预测模型，当需要基于本申请提供的转子低速动平衡台进行转子低速动平衡试验时，可以先通过上述一阶临界转速预测模型预测转子低速动平衡台系统的一阶临界转速，待预测得到的一阶临界转速满足动平衡试验条件时再搭建转子低速动平衡台，从而一次即可搭建好满足动平衡试验条件的转子低速动平衡台，达到快速寻找到合适的支承刚度、快速搭建现场低速动平衡台的目的。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12