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10 转子动平衡.pdf

10 转子动平衡

梁平
2012-02-28 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《10 转子动平衡pdf》,可适用于工程科技领域

转子动平衡技术平衡的目的及内容刚性转子的平衡挠性转子动平衡转子的平衡精度转子动平衡的几个要点ωrmF离心惯性力的影响设:m=kgr=mm当n=rmin,F=NNN≈T如:万千瓦汽轮机转子,φ=m、L=m、Q=T当n=rmin、r=mm时,F=T。消除离心惯性力的影响,称平衡)(nrmrmFπωrrr==ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术、平衡的目的及内容目的:设法将构件的不平衡惯性力加以消除或减少。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术转子的平衡(回转体)刚性转子的平衡挠性转子的平衡(n<nC)静平衡动平衡(惯性力作用产生的变形可忽略)(惯性力作用会产生明显的变形)(n>nC)临界转速刚性转子的平衡•静平衡:只要求惯性力达到平衡•动平衡:要求惯性力和惯性力矩都达到平衡。挠性转子的平衡:转子在工作过程中会产生较大的弯曲变形从而使其惯性力显著增大。、刚性转子的平衡()刚性转子的静平衡静不平衡指质心不在回转轴线上轴向尺寸较小的盘状转子(bD<)在转动时其偏心质量就会产生离心惯性力从而在运动副中引起附加动压力的不平衡现象。静平衡设计指通过在转子上增加或除去一部分质量使质心与回转轴心重合以消除惯性力的不利影响的平衡设计方法。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术刚性转子的静平衡计算(续)如图为一盘状转子。已知m和m和r和r™为平衡这些离心惯性力在转子上加一平衡质量mb使Pb与Pi相平衡即:矢径ri™当转子以角速度ω回转时各偏心质量所产生的离心惯性力为:=bbrmrmrmvvv⎯⎯⎯⎯→⎯=bbbrmPvvω设),==irmPiii(rrω∑==biPPPvvv质径积miri平衡质径积mbrb的大小和方位可根据上式用图解法求出。)分析与计算静平衡的条件:分布于转子上的各个偏心质量的离心惯性力的合力为零或质径积的向量和为零。对于静不平衡的转子不论它有多少个平衡质量都只需在同一平衡面内增加或除去一个平衡质量就可以获得平衡单面平衡。™求出mbrb后可以根据转子的结构选定rb即可定出平衡质量mb。™也可在rb的反方向rb’处除去一部分质量mb’来使转子得到平衡只要保证mbrb=mb’rb’即可。)结论刚性转子的静平衡计算(续)当刚性转子的径宽比Db≥时通常只需对转子进行静平衡试验。静平衡试验所用的设备称为静平衡架。导轨式静平衡架:)应将两导轨调整为水平且互相平行)将转子放在导轨上让其轻轻地自由滚动)待转子停止滚动时其质心S必在轴心的正下方这时在轴心的正上方任意向径处加一平衡质量(一般用橡皮泥))反复试验加减平衡质量直至转子能在任何位置保持静止为止)根据橡皮泥的质量和位置得到其质径积)根据转子的结构在合适的位置上增加或减少相应的平衡质量。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术圆盘式静平衡架:当转子两端支承轴的尺寸不同时应采用这种平衡架。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术™对于bD≥的转子其质量不能再视为分布在同一平面内即使质心在回转轴线上由于各惯性力不在同一回转平面内所形成惯性力偶仍使转子处于不平衡状态。()刚性转子的动平衡计算™动不平衡:只有在转子运动的情况下才显现出来的不平衡。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术™当转子以角速度ω回转时各偏心质量所产生的离心惯性力将形成一空间力系。如图为一长转子。已知mm和m以及rr和r。⇒转子动平衡的条件是:∑P=∑M=PPPrrr和、)分析与计算ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术LlLPPLPlPIII)(,−==(c)在平衡基面I及II内适当地各加一平衡质量分别使两个基面内的惯性力之和分别为零则转子达到动平衡。(a)将力P分解为相互平行的两个分力:(b)选定两个回转平面I及II作为平衡基面将各离心惯性力分别分解到平衡基面I及II内将P,P和P分解为平衡基面I内的P⊃,P⊃,P⊃和平衡基面II内的P⊇,P⊇,P⊇⇒空间力系转化为两个平面汇交力系。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术平衡基面I及II内的平衡质量的大小和方位的确定同静平衡计算方法(a)动平衡的条件:当转子转动时转子分布在不同平面内的各个质量所产生的空间离心惯性力系的合力和合力矩均为零•分别列出基面I及II内的平衡条件•选取适当的比例尺用图解法求出mb⊃rb⊃和mbIIrbII•根据转子的结构选定rb⊃和rbII定出平衡基面I及II内的平衡质量mb⊃和mbII。)结论ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术(b)对于动不平衡的刚性转子不论它有多少个偏心质量以及分布在多少个回转平面内都只需在选定的两个平衡基面内增加或除去一个适当的平衡质量就可以使转子获得动平衡。双面平衡。(c)动平衡同时满足静平衡的条件⇒经过动平衡的转子一定静平衡反之经过静平衡的转子不一定动平衡。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术例:已知:,,,,kgmkgmkgmkgm====cmlllcmrcmrrcmr,,,=======cmrrbIIbI====bIIbImm求根据平衡条件有:==bIIbIIbIbIrmrmrmrmrmrmrmrmvvvvvvvvWμ以作质径积多边形解:基面I:°===bIbIIbwbIkgrWmθμ基面II:°===bIIbIIIIbwbIIkgrWmθμ例(续)ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术()刚性转子的影响系数法对于刚性转子可以在一个平衡转速、两个与转轴垂直的校正平面上进行平衡。进行动平衡时要在与转轴垂直的两个校正平面上安放试探质量在两个测量平面内测量振动然后求出每个校正平面的试探质量对每个测量平面的影响系数并列出动平衡方程最后求出校正质量的大小及其安放位置。具体方法如下:)在机器上选定两个测点A和B。通常选在左右两个轴承盖上如有不接触的传感器备用也可以选在轴颈上或转子本体上。用适当的振动测量仪器测得这两点平衡前的振动值,是矢量它包括幅值A、B(振幅或速度幅值)和相位角。通常在转子上作有标记作为计算方位角的基准同时设法给出每转一次的脉冲信号作为测量振动相位的基准。ArBrAγBγResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术)根据转子的结构选取两个校正平面I、II加重半径分别为rr。先在平面工中加试重(其质量为Q相对与转子上的参考标记的方位角顺转向计算为)。在同一平衡转速下测得AB点的振动为,QrBγArBr矢量及为平面I上试重所引起的轴承振动变化称为试重的效果矢量。方位角为零度的单位试重的效果矢量称为影响系数、AArr−BBrr−QrQrαrβrQAArrrr−=αQBBrrrr−=βResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术)取走在平面II加试重。同样测得A、B点的振动矢量。其效果矢量为影响系数为QrQr,PPrrArBrAArr−BBrr−QAArrrr−=αQBBrrrr−=β)校正平面I、II中所需的校正质量可由下式求得⎪⎩⎪⎨⎧−=−=BPPAPPrrrrrrrrrrββαα用解析法或几何法解此矢量方程组得到平衡量。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术在转子上安装上校正质量重新启动转子。如振动幅度已减小到满意程度则平衡结束。否则可再进行一次修正平衡。一般来说若转子系统没有异常(如严重的非线性显著的非不平衡引起的同频振动等)振动的测量和计算是正确的话一两次加重就可以达到满意的结果。如果平衡出现反常和困难就有必要校验试重与测点振动值之间的线性关系是否良好相位关系有没有重复性平衡转速下转子是否己有明显的挠曲变形等等。必要时还有可能要更改校正平面或测振点的位置重新进行平衡。、挠性转子动平衡当转子的工作转速超过第一临界转速时由离心惯性力所引起的弯曲变形增加到不可忽略的程度且其变形量随转速变化这类转子称为挠性转子。由于转子在运转中产生明显的变形动挠度。•要平衡其离心惯性力•尽量消除其动挠度!!!用刚性转子的平衡方法是不能解决挠性转子动平衡问题ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术)消除或减小转子的支承动反力并不一定能减小转子的弯曲变形程度而明显的动挠度对转子具有不利的影响。)由于存在着随角速度ω变化的动挠度y因此在一个角速度下平衡好的转子不能保证在其它转速下仍处于平衡状态。()挠性转子动平衡的特点:ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术()挠性转子的平衡方法对于柔性转子由于在不平衡质量作用下将产生变形其变形程度随着转速而变化如果采用不计变形影响的刚性转子平衡方法来进行平衡将得不到预期的效果。振型平衡法理论基础是振型函数相互正交可逐阶分离振型进行平衡。主要有N平面法和N平面平衡法两者的区别在于后者还兼顾到低速的刚性平衡。因此N十法比N法精确。它不仅考虑了挠曲变形的振型而且还兼顾了刚性状态的平衡。实际上由于校正荷重不能精确分配有时低速平衡的校正荷重还会激起高阶振型加上N法所需平面较多实际上难以实现故N法相对N法常用。N法缺点是对大阻尼系统平衡效果不好不易自动化对操作者要求较高。平衡时要求知道转子支承系统前几阶临界转速和振型。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术振型圆法也是一种基于振型分离理论的平衡方法与振型平衡法属于一类。振型圆平衡法利用先进的测量手段绘制转子或轴系的升降速过程中各测点的振型圆并进行拟合能较好地分离直到工作转速的各阶振型初步判断不平衡量主要在轴系的哪些跨以及在跨的哪一侧合理选择加重面通过理论估算和试加重求出效果矢量以确定不平衡量可一次平衡各阶振型。由于其基于升降速数据采集分析故对测试技术结果要求较高。影响系数法ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术()一般的影响系数平衡法该方法将转子及支承系统当作黑箱(不要求了解转子上原始不平衡的大致分布也不关心转子及轴承系统的振动特性)平衡面上的试加重量作为这一封闭系统的输人。在相同平衡转速下、测振位置和测振方向上试加重量所引起的振动变化作为系统的输出把输人与输出的传递关系定义为影响系数。如果平衡中转子上的平衡面数为M并且在S个转速、L个测点上测量振动则总测振点数为(S·L)。在转子为线性系统则影响系数法把转子及支承系统简化为具有M个输人和N个输出的线性系统。首先启动转子在所选定的平衡转速下和测振点(位置和方向)上测取原始振动(i=,,,N)然后选取与原始振动大小相适应的试加重量(j=,,,M)逐次安装到M个平衡面上启动转子后在相同平衡转速和测振点处测取试加质量后的振动。按影响系数的定义可得:ijAriArjPrResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术PAAiijijrrrr−=ααij为影响系数表示第j平衡面的试加质量对第i测点振动所产生的影响其物理意义是:在第j平衡面的零相位处单位试加重量对第i测点所产生的振动。影响系数法:各平衡面上校正质量(j=,,,M)对同一测点所产生的振动迭加在一起恰好抵消该测点的原始振动即:jQrResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术求解上述方程组便可得到各平衡面的校正质量。实际中常会遇到以下三种情况:a)M>N即校正面数大于测点数理论上只要求解一组校正面数为N的解得到N个相应的校正荷重即可使转子得到平衡。由于N个校正面的选择有多种方案故归结为选择一组最佳校正面使平衡效果最佳。b)M<N即校正面数小于测点数方程组成了矛盾方程组常采用最小二乘法以求得最佳的平衡方案使测点处的振动全部在允许值之内。c)M=N即校正面数等于测点数方程组有唯一的解求得校正荷重理论上可以使测点处振动减少到零但实际上这不一定是最佳方案。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术影响系数平衡法的流程是:()确定平衡面、平衡转速和测振点。()测取转子系统的原始不平衡振动确定所需平衡的主要轴段确定出作平衡计算的原始振动(i=,,,N)()根据原始振动的大小分布和试加质量的选取原则或平衡经验选取合适的试加质量(j=,,,M)()试加质量分别加到对应的平衡面上在相同的转速下读取试加质量后的振动()计算出第I平衡面对所有选定测点的影响系数αij()所有平衡面的影响系数测得后进入下一步否则返回()()建立平衡方程采用数值计算稳定较好的算法求解复系数平衡方程得到各平衡面的校正质量(j=,,,M)()根据转子系统的振动特性和实际平衡经验判断计算所得的校正质量是否合理。若不合理重新计算校正质量。()安装校正质量平衡块启动转子并在相同平衡转速下测取各测点的剩余振动。若各测点的剩余振动已经达到平衡要求则平衡结束。否则以加校正质量后的剩余振动为新的原始振动返回()jQrijAriArjPrResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术()最小二乘处理的影响系数平衡法对于大型机组的现场平衡由于机组系统的复杂其临界转速和振型已经不再是简单的形式振型法已经无能为力。影响系数法是一种与振型法迥然不同的方法它既不用振型法的正交性也不用逐阶平衡而是基于系统为线性假设的前提下利用力学中的影响系数概念和一些数据处理技术求得选定校正面上的最佳校正质量。易于使用计算机运算加上过程简单、易于操作等特点故被广泛使用。对于刚性转子由于转子的变形可以忽略不计在应用影响系数法作动平衡时就可以达到转子的全速平衡。而柔性转子由于要求有影响的各阶临界转速下的振型都得到平衡因此选择的平衡转速就需要有各相应的临界转速和工作转速。柔性转子的平衡是一个多平面多转速的影响系数平衡。平衡时测点数和平衡面数一般不相等求解校正质量的线性方程组为矛盾方程组故常用到最小二乘法处理的影响系数平衡法ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术在测点数多于平衡面时根据轴承座上的振动可以不为零的特点在线性条件下可得出下列方程组:ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术、转子的平衡精度转子要完全平衡是不可能的实际上也不需要过高要求转子的平衡精度而应以满足实际工作要求为度。为此对不同工作要求的转子规定了不同的许用不平衡量即转子残余不平衡量。许用不平衡量有两种表示方法:)用质径积mr(单位gmm)表示)用偏心距e(单位mm)表示e=mrmResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术对于rmin的汽轮机标准平衡精度应归属G级。由此得容许最大质量偏心距为:)(mnGGeμπω===上式求出的质量偏心距是单位质量转子所容许的不平衡度转子的质量越大则容许的剩余不平衡也越大。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术、转子动平衡的几个要点()校正面的选择消除转子的不平衡使其处于平衡状态的操作叫作平衡校正平衡校正是在垂直与转子轴线的平面上进行的该平面称为校正平面。只需要在一个校正面内校正平衡的方式称为单面平衡在两个或多个校正平衡内进行校正的方式称为双面或多面平衡。对于薄盘形状的转子力偶不平衡很小实用上都只做单面平衡。例如飞轮砂轮风扇叶片离合器盘以及最大外径为其净长度的倍以上的转子等。对于初始不平衡量很大旋转时振动过大的转子在作动平衡之前要做单面平衡以消除静不平衡。校正最好是在重心所在的平面内进行以减少力偶不平衡。若重心所在平面不允许去重时一般应在位于重心所在平面两侧的两个平面内进行。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术•对于刚性转子而言一般具有静不平衡与偶不平衡。可在任意选择的与轴线相垂直的两个校正平面内校正其不平衡即所谓的双平面平衡。•校正方法一般采用加重或去重的方式进行。校正平面的位置一般由转子的结构决定。为减少在平衡操作中所花费的时间和劳力应设法减少校正量为此在可能的条件下尽可能地增加两校正面的距离和校正半径以取得好的平衡效果。•对于曲轴之类的转子由于不平衡量校正的角度位置受到限制用两个校正面达不到平衡要求因此需要采用三面或五面方式。对于实际工作转速接近或超过临界转速的转子在工作状态下已经呈挠性故在平衡时必须考虑旋转引起的挠曲当实际工作转速接近临界转速时可用多转速两个以上校正面平衡当转子转速远远超过一阶临界转速而达到二阶临界转速时就必须采用四校正平面以上的平衡法。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术()校正平面数目•校正平面数目和轴向位里的选取根据振型法的原理有N法和N+法即根据待平衡的振型阶数N确定校正平面的数目。主要原则是平衡低阶振型时采用N平面平衡高阶振型时采用N个平面。•至于校正平面轴向位置的选取要考虑以下两点:()能使平衡重量在相应振型下产生较大的平衡效果()在平面上加重的可能性和方便性。•但在实际平衡中选取的校正平面不但要平衡一阶和二阶而且还要平衡三阶要满足以上两个条件是比较困难的。所以校正平面实际选取一般尽可能均布在转子的有效长度内这样近似地能满足上述两个条件而且对于减少高阶不平衡量也有利。•对于影响系数法校正平面的数目和轴向位置的确定都应该以振型法为依据否则可能会导致计算出的校正质量过大在实际中无法实现或显著破坏高阶振型的平衡。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术()平衡转速•平衡的目标是保证转子在一定转速范围内振动满足要求。对于工作转速至少大于一阶临界转速的柔性转子不但要保证工作转速下振动满足要求而且要保证启停过程中平稳地通过各阶临界转速。()平衡时振动测点•对于振型法从理论上来说取一个振动测点即可。对于影响系数法方程组有解的条件是:校正平面数目<二测点数目*平衡转速数目。实际中为减少测量误差往往要取多个振动测点运用最小二乘法等来求解。•测点数的确定包括测点轴向位置的选取和测点方向的选取。轴向位置的选取原则为:()原始振动大()距校正平面较近且对该平面的加重敏感。对于其他测点应尽量抛弃一方面为了减少测点数另一方面因为这些测点的影响系数正确性较差代人方程会显著降低校正质量计算的准确性。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术•测点方向的确定从理论上说轴承XYZ三个方向的振动都可以作为平衡计算的依据但是与不平衡质量有较好线性关系的一是垂直振动二是水平振动最差的是轴向振动。而且水平和轴向振动中往往会含有较大的非基频分量(不平衡分量为基频分量)。()试加平衡质量的选取•无论采用哪种平衡方法在确定平衡重量之前都必须正确地选取试加质量。试加平衡质量选取得是否恰当将直接影响到平衡试验的成败特别是在测振幅的平衡中。当转子严重不平衡时或轴承振动过大时如果试加平衡质量过小将不会时轴承振动产生显著的变化也就无法求得正确的校正质量的大小和相位。•试重的选取包括大小和相位两个方面相位的选取一般根据平衡经验并参考平衡的历史记录。试重的选取主要原则为:()最好加在原始不平衡的反方向以引起振动的减少()试重大小要合适既要引起一定的振动变化又不能引起太大的振动变化。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术•当转子支承在平衡台上进行平衡实验时单个平衡面试加平衡的大小可由下式计算:KAP=式中Ao一原始振动幅值K-平衡台灵敏度系数m(gm)。平衡台灵敏度系数K对刚性一、二阶振动是不同的。对于摇摆式和弹性式平衡台转子重~T在一阶振型下K=m(gm)在二阶振型下K=~m(gm)。转子的质量大小不同灵敏度系数也就不同一般地质量小的转子取上限质量大的转子取下限。ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术当转子在自身支承上进行平衡实验时每个试加质量由下式估算:ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术挠性转子其他平衡方法ResearchCenterofConditionMonitoringFaultDiagnosis(RCCMFD),http:wwwrccmfdcom转子动平衡技术例:例(续)、挠性转子动平衡

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