专利名称：：跨外转子混合动平衡方法
技术领域：
：本发明属于转子动平衡领域，涉及跨外转子，即有外伸端转子动平衡的研究和应用。该方法可用于在机组不揭盖的前提下，解决跨外转子的平衡问题。
背景技术：
：透平机械是旋转机械中将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器，广泛应用于电站、航空、化工等国民经济各部门，是消耗能源的主要对象。对于大型汽轮发电设备而言，提高机组效率的有效方法是提高参数和增大单机容量或采取联合循环的技术，这意味着两方面内容(1)转子转速升高，一般都在一阶甚至二阶临界转速以上的转速下工作，几克的质量失衡就足以引起转子严重的振动，这种柔性转子的动平衡要求更高的平衡精度和平衡效率；(2)机组总容量增大，轴系越来越长，跨数也越来越多。由于以上原因，就会导致排汽缸的尺寸也增加较快，致使外伸端加长，外伸端质量也普遍增大。对于大型压缩机来说，烟机本身就装在转子的外伸端，随着工业需求增大，其功率和质量也增加较快。同时，受工作条件和工作介质的影响，由于机组内部催化剂粘结、结垢等原因导致转子经常性不平衡。机组现场振动处理的实践表明，虽然有些转子的跨内平衡状态较好，但因其外伸端存在质量不平衡，会使该转子的振动较大。当转子存在不平衡振动时，对现场及时、有效地处理振动问题非常重要。另一方面，现有的现场动平衡方法都需要大量的试重启车，平衡计算仍需要手工试凑，而且平衡方法的实施需要开盖，耗费大量的人力和财力。例如，600MW发电机组启动一次仅燃油就需要200吨。一般而言，如果整个平衡过程比较顺利，平均起车要两次，但是往往由于现场情况比较复杂多变，需要多次起车才能完成平衡工作，再加上开盖等程序，往往历时多天，那么给企业造成的直接经济损失就有数百甚至数千万元之多。并且对于一些机组，停机时为防止转子弯曲，在进行开盖等工序时也要使机组处于盘车状态，过程危险而复杂。对此，有文献指出，机组轴系是由若干个转子通过联轴器连为一体的结构，某一转子是其相邻转子的外伸端，两个转子间的联轴器也可认为是该两转子的外伸端。对于大型回转机械转子，如果在外伸端，如联轴器上加重使其平衡，如此就避免了开盖等工作。并且，近年来国外生产的离心压缩机上，在透平与低压缸的半联轴节附近设计有专用的平衡面，在结构上也提供了这种不揭盖在现场进行单面动平衡的便利。
发明内容针对现有技术存在的缺陷或不足，即现场动平衡需多次起机，平衡配重加载要揭开机盖，平衡工作周期长，严重损害企业的经济效益。本发明的目的在于，针对大型回转机械转子跨内或跨外不平衡，在转子跨外，即在转子外伸端加重动平衡，以达到在不揭盖的前提下，完成转子平衡工作，提高现场动平衡效率，节省机组停机时间，提高企业经济效益。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案根据现场各种大型回转机械的结构，选择合适加重面，运用跨外转子混合动平衡方法将转子振动降低，具体实现步骤如下1)选择合适的平衡面；2)设置动平衡效果的评定指标；3)根据转子原始振动，在平衡面上估算、加载试重；4)运用混合动平衡法对转子进行平衡；5)动平衡效果分析。所述的选择合适的平衡面，具体做法是根据转子结构确定振动异常测点部位，选择靠近异常测点的联轴器作为平衡面。这样，在保证降低靠近联轴器测点振动的前提下，无须揭开机盖，大大提高现场动平衡的效率。所述的根据原始振动，在平衡面上估算加载试重，基本思路是根据原始振动值的大小和相位，以及动平衡经验，估算试重量的大小和角度。在振动相位已知的前提下，试加重量的角度由机械滞后角确定。β=α+γ-φ+180β为试重角度；α为相位；Y为测振传感器与键相传感器的夹角(以键相传感器为起点，逆转向度量)；Φ为滞后角。试重角度β是指以键相传感器位置为起点，逆转向转过β角度。所述的混合动平衡方法，是指运用最小二乘影响系数平衡法和全息动平衡技术来计算最终的平衡配重量。最小二乘影响系数平衡法能使各测点残余振动值的平方和达到最小；全息动平衡技术将全息谱的原理和柔性转子的动平衡技术结合，充分利用机组的结构信息和振动信息，提高了现场动平衡的精度和效率。首先假设转子系统具有M个平衡面、N个测振截面，平衡方案中只有一个平衡转速，寻找一组合适的配重向量{Pj}使得配重后转子系统满足以下的振动方程权利要求跨外转子混合动平衡方法，其特征在于，包括如下步骤(1)选择合适的平衡面选择联轴器端面或转子外伸端面作为混合动平衡的平衡面；(2)设置均方振动值为动平衡效果的评定指标，均方振动值的计算公式如下所示<mrow><msub><mi>x</mi><mi>rms</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mfrac><mn>1</mn><mi>N</mi></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>=</mo><msqrt><mfrac><mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>x</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>+</mo><msubsup><mi>x</mi><mi>N</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mi>N</mi></mfrac></msqrt></mrow>式中xrms为均方振动值；N为测点数目；xi为各测点的振动值；(3)根据转子原始振动，在平衡面上加载试重转子原始振动用振动的大小和相位表示，大小表示振动强度，相位是振动不平衡量的角度位置；根据转子靠近平衡面测点的原始大小及相位，估算试重量值及加载角度；在振动相位已知的前提下，试加重量的角度由机械滞后角确定，β＝α+γφ+180β为试重角度；α为相位；γ为测振传感器与键相传感器的夹角；φ为滞后角。试重角度β是指以键相传感器位置为起点，逆转向转过β角度；(4)运用混合动平衡法对转子进行平衡根据转子原始振动数据和加载试重后的振动数据值计算最终平衡加重量，混合动平衡法是运用最小二乘影响系数平衡法和全息动平衡技术来计算最终的平衡配重量；首先假设转子系统具有M个平衡面、N个测振截面，平衡方案中只有一个平衡转速，寻找一组合适的配重向量{pj}使得配重后转子系统满足以下的振动方程<mfencedopen=''close='}'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>A</mi><mn>10</mn></msub><mo>+</mo><munderover><mi>Σ</mi><mn>1</mn><mi>M</mi></munderover><msub><mi>c</mi><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi></mrow></msub><msub><mi>p</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>A</mi><mn>20</mn></msub><mo>+</mo><munderover><mi>Σ</mi><mn>1</mn><mi>M</mi></munderover><msub><mi>c</mi><mrow><mn>2</mn><mi>j</mi></mrow></msub><msub><mi>p</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo>+</mo><munderover><mi>Σ</mi><mn>1</mn><mi>M</mi></munderover><msub><mi>c</mi><mi>Nj</mi></msub><msub><mi>p</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced>Ak0——k测振截面的原始振动；ckj——j配重截面对k测振截面的影响系数；pji——在平衡面j上施加的配重；如果M＜N，这时方程组的未知数少于方程的个数，就不能保证方程有解，设各测点所出现的残余振动为Δk，机组振动方程可以表示为{Ak}+[ckj]{pj}＝{Δk}最小二乘法处理时其法方程为[c*kj]T[ckj]{pj}＝[c*kj]T{Δk}式中c*kj——复数ckj的共轭复数；[c*kj]T为[c*kj]矩阵的转置矩阵。因为[c*kj]T[ckj]是一个方阵，因此机组振动方程的解可表示为{pj}＝([c*kj]T[ckj])1[c*kj]T{Ak0}全息动平衡技术通过转频椭圆和迁移矩阵实现，转频椭圆轨迹的坐标为x＝(a×cosα)sinωt+(a×sinα)cosωty＝(b×cosβ)sinωt+(b×sinβ)cosωtx＝sx·sinωt+cx·cosωt变形为y＝sy·sinωt+cy·cosωt式中sx、cx为信号x的正弦项和余弦项系数；sy、cy为信号y的正弦项和余弦项系数；ω为转子回转的圆周频率；整个轴系的转频椭圆可以用系数矩阵表示|sxicxisyicyi|；i＝1，2，…，n迁移矩阵是在平衡面上加载标准试重(1000g∠0°)，在n个测振面引起的振动响应按行排列所组成的矩阵；表示成如下三维全息谱的形式<mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>sx</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>cx</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>sy</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>cy</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>sx</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>cx</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>sy</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>cy</mi><mn>2</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>sx</mi><mi>n</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>cx</mi><mi>n</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>sy</mi><mi>n</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>cy</mi><mi>n</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced>矩阵每一行为一个二维全息谱，第i行表示了试重在第i个测振面上引起的振动响应；对应于机组的每一个平衡面，都有一个迁移矩阵；根据迁移矩阵，求出任意配重下的机组振动响应，当机组出现由于不平衡而导致的振动过大时，可以通过调整配重大小和角度，削减机组的原始振动；(5)动平衡效果分析平衡效果设定的评定指定指标为均方振动值，平衡后均方振动值与平衡前对比，一般情况下，经过混合动平衡后，均方振动值会降低；之后再结合每个测点的振动值大小变化评定平衡效果；对于某些机组虽然均方振动值有明显下降，但个别测点振动可能升高；对此情况，重复进行步骤(3)和步骤(4)，最终保证平衡达到理想目标。全文摘要本发明公开了一种跨外转子混合动平衡方法，该方法通过在转子跨外选择合适的平衡面，在不揭盖的情况下，进行动平衡工作；运用混合动平衡方法，即最小二乘影响系数平衡法和全息动平衡技术，对平衡加重量进行计算。最小二乘影响系数平衡法能使各测点残余振动值的平方和达到最小，全息动平衡技术将全息谱的原理和柔性转子的动平衡技术结合，充分利用机组的结构信息和振动信息，提高了现场动平衡的精度和效率；跨外转子混合动平衡方法能更快更有效的对转子进行动平衡，该方法的具有快速和准确的优点。文档编号H02K7/04GK101964565SQ20101025785公开日2011年2月2日申请日期2010年8月19日优先权日2010年8月19日发明者吴婷婷,张西宁,温广瑞,田利凯,臧廷朋申请人:西安交通大学