万方数据弘而k焉翥丽cO咖=tan一1(五cO丽)旋转机械无试重现场动平衡原理与应用王维民，高金吉，江志农，李燕1转子无试重平衡原理露=(船一mg／X)2+(cOX)2~／(一m仔)2+(摘要：提出了一种高效的无试重现场动平衡原理与方法，并进行了实验验证及现场应用研究。无试重平衡的基转子系统的质量不平衡是旋转机械同频振动故障的主要原因。统计资料表明：现场发生的机组振动故障，属于转子质量不平衡的约占75％以上。工程实践表明，现场动平衡是解决机组振动故障的有效途径之一。当前现场平衡的方法主要是基于影响系数法，它本质上是利用最小二乘法或者加权最小二乘法求解原始振动、试重和加重后振动组成的一组矛盾方程的数学手段。由于这种方法只需要较少的转子平衡概念即可使用，特别是计算机技术的迅速发展，为使用影响系数法平衡转子和轴系提供了很大的方便。所以很长一段时间将最小二乘法看作是与模态平衡法平行的一项柔性转子平衡技术如文献[1]。文献[2]研究了影响系数法和振型平衡法的关系，并证明二者本质上的统一性。文献[3]研究了一种转子系统多平面等效不平衡量的识别方法，虽然具有较高的识别精度，但是需要识别转子的临界转速、阻尼比和影响系数矩阵等，目前主要用于转子出厂前残余不平衡量的评定，在现场应用还有难度。在现场操作中，由于影响系数法至少需要一次配重，而且配重的大小需要凭借经验进行确定，因此，平衡费用较高。而且，反复的启车导致的生产损失很大。无试重平衡技术利用转子动力学理论和有限元数值方法，通过在转子有限元模型上施加虚拟不平衡量进行不平衡响应分析，替代现场实际中动平衡时的试重启车，实现在工程实际中一次启车并且取得较好的平衡精度。实验研究和现场应用表明，该方法是可靠且有效的。对于一个简单的Jeffcott转子可以简化为单自由度的弹簧质量系统，当其受周期性的激振力时，其运动微分方程如下所述H1：(1)它的一个特解为：戈(t)=Xcos(Ot一西)(2)对于转子来讲，式中1．O。。为转子的转速力，当不平衡的质量为m，，不平衡量的作用半径为e时，则F0=m．eg／。图1所示为该弹簧质量系统的弹性力、阻尼力、惯性力以及激振力的矢量图。从图中可以看出，激振力的R可以表述为：(3)则，此时的振幅X可写为：@))2相位角：(5)图1中0。为振动位移矢量的相位角，在动平衡过程中，该角度就是测量仪器所测得的转子同频振动的相位(这里不考虑测量仪器的测量误差，实际上目前的—●——_—●———●————●—●●——-_—_—____———————_—-———__一II●-——●_—__—_—__—-———_____——■_—_●—_____—____—__●●______—__—●—__—___一(北京化工大学化工安全教育部工程研究中心，北京100029)本原理是通过数值模拟的方法，通过在平衡平面上施加虚拟不平衡量，确定转子在轴承处的振动相位相对于平衡平面处的激振力的相位的滞后角。这种滞后可以借助不断完善的转子动力学理论以及有限元数值模拟方法进行确定，其关键是确定轴承的刚度和阻尼系数。滞后角和振动的相位相加便为激振力的相位，将该相位反相可得到配重的相位。配重量由测量得到的振幅和计算得到的振幅之间的比例关系以及虚拟不平衡量的大小确定。实验研究以及现场的平衡实践表明，该方法可以在不加试重的情况下，实现对转子的有效平衡，从而降低机组的现场动平衡的时间和成本。关键词：旋转机械；现场动平衡；转子动力学；轴承参数中图分类号：THl33文献标识码：Ar／'tx+既+kx=FoCOSOOexct图1无试重平衡原理图振动与冲击第29卷第2期基金项目：国家自然科学基金项目(50635010)；北京化工大学青年教师基金(QN0717)收稿日期：2008一12一10修改稿收到日期：2009—03—25第一作者王维民男，博士，1978年生F．JOURNAl。OFVIBRATIONANDSHOCKV01．29No．22010万方数据咖1=01+02=亿2试验研究3工程应用舶啦舶号：埘m叭叭∞∞吣∞∞振动测量仪器对相位测量的精度已经可以满足工程需要)。以为滞后角，即振动响应滞后于激振力的角度，等于式(2)中的(b。从式(5)可知，该滞后角跟转速、质量、刚度、阻尼等都有关系，是本文研究的重点。咖。为激振力的相位，咖：为配重质量的相位，其关系为：(6)也=币1+180。(7)振动由平衡前的12pm降到了平衡后的1．6斗m。由此可以看出，本论文所研究的无试重平衡技术不仅可以减少启车次数，而且可以达到很高的平衡精度。为了验证上述算法的准确性，同时对振动测量设备进行标定，进行实验研究。试验装置如图2所示，由电机、齿轮箱、轴承及支座、转子和圆盘(I、Ⅱ、Ⅲ)组成。电机为55kW直流变频电机、齿轮箱速比1：5，表l所示