[发明专利]旋转机械动平衡的动刚度系数平衡方法及平衡装置

权利要求书

1．一种旋转机械动平衡的动刚度系数平衡方法，其特征在于：其测量和计算的基础是建立一个转子一支承系统动力学模型，将转子一支承系统分割成两个子系统，即转子系统和支座系统，两个子系统分别建立自己的运动方程，其分界面取在转子轴颈与支座轴瓦油膜接触面上，其间由一对耦合力：轴承动反力R和支座动态力R′的{R}=-{R′}关系式相联系，用支座的振动矩阵方程：{K_d]{X_s}={R′}计算支座动态力R′、支座精确等效动刚度系数K_d以及支座振动量X_s，其特点是：用一等效弹性阻尼支承模型，代替了各向异性支座的四个刚度系数和四个阻尼系数的支座模型，这一等效弹性阻尼支承模型只需一个刚度系数和一个阻尼系数，因此，每个支座振动量X_s的测点只需一个，支座动态力R′的测点也只需一个，这两个测点必须放在过支承点的同一条径线上；各支座上的测点都要放在同一过轴线的平面上，即其方位角为φ；等效动刚度系数K_d在(1)对应于第V_c种运行负荷状况下，(2)在选定的ω_k转速下，(3)有确定的选定校正平面位置和数目m的情况下是一个常数，用转子一支承系统动力平衡条件和变形谐调条件： Σ j = 1 m F - j + Σ i = 1 n R - i = 0 , Σ M - x = 0 , Σ M - y = 0 , [ δ - ij ] { R - i } + { S - ip } = { X - si } , ]]>以及计算转子系统不平衡响应的传递矩阵： { Z - } i = { T - } i - 1 [ T - ] i - 2 , · · · , [ T - ] 1 [ P - ] { Z - } 1 ]]>来计算支座动态力和支座振动量，再用平衡目标方程： max { | ϵ - si ( ω k , V c , m , φ ) | } → min ]]> ϵ - si ( ω k , V c , m , φ ) = X si - ( ω k , V c , m , φ ) + X Oi - ( ω k , V c , m , φ ) ]]> [ K d - ] { x s - } = { R ′ - } ]]> [ G r ] { x - } + [ C r ] { x · } + ω [ J ] { x · } + [ K r ] { x } = { F } - { R } ]]> { F j - } = ω 2 k { U j - } ]]>来优化计算在选定校正平面上的最佳成组配重U，式中：F_j-第j个校正平面的平衡量U所产生的惯性力和由于转子动变形引起的

  附加不平衡激振力；

R_i-第i个超静定或静定轴承动反力；

M_x,M_y-转子所有外力和力偶分别在ozy平面和ozx平面的力矩；

X_s-各支座在F_j作用下的振动量；

δ_j-转子各有关点的单位荷载下的柔度，可由Mohr积分或传递矩阵法计算；

S_1P-转子不平衡惯性力在各有关点的变形值，也可由Mohr积分或传递矩阵法计算；

ak-第k个平衡转速。 { Z - } 1 = [ x - , θ y - , M y - , θ x - , y - , θ x - , M x - , θ y - , l ] 1 T ]]>——起始状态向量 [ Z - ] 1 = [ x - , θ y - , M y - , θ x - , y - , θ x - , M x - , θ y - , l ] 1 r ]]>——第Ⅰ截面状态向量 [ T - ] 1 = [ B - ] i [ D - ] i ]]>——圆盘与轴段组合元件传递矩阵

[B]_i--------无质量轴段场阵

[D]_i--------园盘点阵

[P]--------起始矩阵

X_oi----第i个支座测点记录的原始支座振动量；

X_si----第i个支座测点记录的加重后的支座振动量；

ε_si----第i个支座测点记录的残余支座振动量；

i=1,2…,n,---支座测点数；

k=1,…,K+1,K+2,K个轴系临界转速；

K+1----空载下的额定转速；

K+2----满负荷时的转速；

c=1,2…,c运行工况,一般指各种负荷下和长期稳定满负荷工况下；

m----选定的校正平面数目；

G_r----转子质量；

φ----支承处测点的方位角；

U_j=m_jr_j--校正平面的平衡量(重径积)；

[G_r]----转子系统的质量阵；

[C_r]----转子系统的阻尼阵；

[K_r]----转子系统的刚度阵；

{R}----轴承动反力列阵；{F}----转子系统的外力列阵；

[J]----转子系统的回转力矩有关的矩阵，J为反对称阵，各元素是极转动惯量；{x},{x},{x}-转子系统的振动量列阵；其中{x}是转子振动位移响应阵, { x · } ]]>是转子振动速度响应阵， { x · } ]]>是转子振动加速度响应阵；

这样，旋转机械动平衡的动刚度系数平衡方法至少由以下三个步骤来完成：

第一步：测量不平衡转子及轴系中各支座的原始支座振动状态量，所说的支座振动状态量包括支座振动量X_s和支座动态力R′；而原始支座振动状态量是指原始支座振动量X₀和原始支座动态力R₀′；并用常规手段确认是质量不平衡；

第二步：根据测出的各原始支座振动量X₀和测出的各原始支座动态力R₀′计算出各支座的精确等效动刚度系数K_d，从而求出选定校正平面上的最佳成组配重U和预先计算出各支座的残余支座振动量ε_si；

第三步：在选定平面加上最佳成组配重U后，测出各支座的残余支座振动量ε_si小于允许值，平衡完毕。