[发明专利]一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法

说明书

技术领域

本发明属于旋转机械故障诊断与控制技术领域，涉及一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法。

背景技术

传统动平衡方法通常采用单个振动或者位移传感器获取转子的振动信息，并基于该传感器的信号进行平衡识别。对于各向同性的转子—轴承系统而言，其振动信号沿圆周方向是一致的，单个传感器能够很好地反映转子振动状态。因此，传统的基于单传感器的动平衡方法往往就能够取得令人满意的效果。

然而，转子—轴承系统经过一段时间运行后，其轴承的刚度与阻尼一般都为各向异性。另外转子本身也可能由于在圆周方向上的主惯矩不等，存在结构上的各向异性等等。显然，对于这类支承刚度具有一定各向异性的转子而言，转子测量截面的单方向振动并不能精确地描述转子振动状态。实质上，受支承刚度各向异性的影响，转子的转频轴心轨迹为椭圆，对转子进行高精度动平衡时必须考虑转子进动的轴心轨迹。因此，工业现场常采用双传感器垂直安装的方式来实现对每个转子测量截面振动信息的全面监测。

全息谱技术通过在频域集成两个方向的振动信息，利用形成的谱图或轴心轨迹来描述转子振动状态，由于全息谱是在数据层对信息进行融合，所以对所集成的信号以及数据融合的过程有严格的要求。全息谱充分考虑了支承刚度的各向异性对轴心轨迹的影响，可以用于转子前期故障诊断判断。全息动平衡技术是基于全息谱的在线动平衡技术，它以全息谱技术中的初相矢为平衡目标，可通过监测初相点和工频椭圆，来判断转子不平衡状态是否发生变化，计算不平衡矢量。

全息动平衡方法虽然以初相矢表征失衡响应，但本质上仍然基于矢量反馈原理求解不平衡量。而利用矢量反馈原理是需要满足一定先决条件的，即平衡目标要与不平衡量之间满足线性关系，这就要求表征不平衡响应的初相矢的大小与不平衡量的大小成比例关系，初相矢的相位与失衡相位之间的相位差保持不变。然而，初相矢只有在转子表现为各向同性时，它与不平衡量之间的线性关系才成立，当转子各向异性时，这一关系并不能满足，因此，传统初相矢对不平衡响应的描述存在一定的缺陷。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法，以等效初相矢作为失衡振动表征量，等效初相矢与转子失衡量之间有着严格而明确的线性关系，能够避免传统的全息谱动平衡理论中利用转频椭圆初相矢作为失衡振动表征量存在的缺陷。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法，以等效初相矢EIPV作为失衡振动表征量，对于失衡状态下各向异性转子的平衡步骤如下：

1）选择振动信号测量面和鉴相信号测量面后，启动转子，采集转子平衡转速下测量截面相互垂直方向上的两路原始振动信号；

2）利用鉴相标志作为相位基准，提取两路振动信号的工频成分，进行频谱分析并提取工频振动，根据全息谱技术构造转频椭圆；

3）将全息谱椭圆转换为等效转频圆，根据全息谱椭圆的长半轴a和短半轴b，计算出等效转频圆的半径r₀，并以此为与原始不平衡U₀状态所对应的初始等效初相矢EIPV₀的幅值；

4）根据等效转频圆半径调整转频椭圆方程，获得等效初相矢的相位∠EIPV₀，结合r₀，得到初始等效初相矢：

EIPV₀=r₀∠EIPV₀；

5）在转子上设置配重面，根据转子振动情况确定配重面上加试重的大小与方向，加试重W_T之后再次按照步骤1）～3）操作，获得转子加试重之后的不平衡响应，并计算添加试重后等效转频圆半径r₁；

6）将试重前后的转子的转频椭圆初相矢IPV₀、IPV₁分别按照角动量守恒原则转化至等效转频圆上，并基于此计算等效转频圆上的不平衡量角度变化Δγ；

7）根据加试重后等效转频圆半径r₁和不平衡量角度变化Δγ得到加试重后等效初相矢EIPV₁，其幅值为r₁，相位为∠EIPV₀+Δγ；

8）根据矢量反馈平衡的原理，计算得到转子的原始不平衡量U₀，卸载试重W_T，添加配重W_C=-U₀；