[发明专利]转子全息动平衡方法

说明书

本发明属于转子动平衡技术领域，进一步涉及旋转机械振动诊断与控制领域。

目前，转子动平衡方法，从原理上区分，可以归为两大类，即振型平衡法和影响系数法。振型平衡法需要对转子系统的振型，临界转速等参数有先验的了解，而且这些参数在计算时由于假设太多与近似，影响平衡的精度与效率。影响系数法需要多次加重以测定反映转子不平衡响应全貌的影响系数矩阵，另外，由于平衡面选择不当等原因易造成影响系数矩阵病态化。因而，目前两种平衡方法，都需要大量的人工参与，过多地依赖平衡专家的经验。挠性转子的平衡基本上还是一种(在理论指导下的)手工试凑过程。

另一方面，目前平衡所利用的振动信号，都是用一个传感器从单向采集。这样做是基于转子系统各向刚度相等的假设，在转子各向刚度存在明显差异时，现行的方法必然会带来误差，降低平衡精度，严重影响平衡的效率。

本发明的目的在于提供一种全新、直观、明了的动平衡方法。该方法基于全息谱信息集成的原理，在获取转子上全部传感器振动信息的基础上，集成幅、频、相信息，以全面地描述转子的振动行为，作为评定转子失衡状态和试重影响的依据，从而选择转子最佳平衡面和加重质量及方位。

本发明的具体实施步骤如下(本发明可用于现场动平衡，也可用于现有平衡机的改造，因为这两种方法的原理是一样的，在这里着重阐述现场平衡时的实施步骤。)：

1．采集故障机组数据，利用全息谱能正确辨别故障的性质，判明机组是否以不平衡为主导故障。若是，则进行下一步。

2．根据现场机组转子的情况，决定加重面个数。

3．将采集的数据进行数据预处理，与键相信号归一化。

4．利用全息谱软件，精确地求出各传感器拾取的信号的幅值、频率和相位。作出各个数据采集面的二维全息谱及转子转频下的三维全息谱。

5．将三维转频全息谱分解，比较力不平衡与力偶不平衡初相点矢量的大小，根据比较的结果决定平衡方案。方案主要包括优先平衡静力不平衡，优先平衡力偶不平衡和力、力偶同时平衡。三种方案分别对应着三种比较结果。

6．根据平衡方案，结合机组的平衡转速，确定试重添加的大小和方位。对于工作在一、二阶临界转速之间的转子，将其静力分量反向后与力偶分量重新合成为一矢量，在此矢量的反方向加重。

用本发明的的添加试重的方法，对于两不平衡面，两配重面的转子，能在第一次添加试重时便可获得较好的效果，从而减少起车次数，提高平衡效率。

7．采集加重后的数据，作出试重轨迹。

8．将试重轨迹分解，检验分解后的静力、力偶分量的初相点是否落在相应的移相椭圆之内，根据其与移相椭圆中心的角度差与大小之比，分别确定静力、力偶分量应该修正的大小和角度。以静力分量为例来说明，参照图1。

图1中，1为移相椭圆，2为试重轨迹的静力分量，3为原始轨迹的静力分量，4为初相点。原始轨迹静力分量初相点为P_O，试重轨迹的静力分量初相点为A。有效的平衡试重，其试重轨迹初相点应落在原始轨迹的移相椭圆之内。而且应以移相椭圆的圆心为努力目标。所以，试重的静力分量应使试重椭圆形成的初相点B正处于原始椭圆与移相椭圆的圆心连线OO₁上。则此静力分量应沿圆周上移过AOB角，使形成的初相点正对P_O。

静力分量的修正比应等于原始椭圆和试重椭圆的初相点矢径之比。也即是OP_O与OB之比。

9．将两个平面所加的试重分解为力不平衡量和力偶不平衡量。根据第8步确定的静力、力偶分量的修正量，分别修正力不平衡量和力偶不平衡量。

10．将两个平面的修正过的力不平衡量和力偶不平衡量矢量合成。合成后的结果即是两个平面所应加的校正配重。

11．校正配重加上后，测试再次加重后的结果，如果满足平衡要求，则平衡结束。否则，重复第3～10步。

本发明提供的全息动平衡方法，为动平衡领域开辟了新的思路，显示了如下优越性：

1．充分地利用了双向传感器的信息，考虑了转子-轴承系统两个方向刚度不等对数据的影响。用全息谱参数，如半长轴、初相点矢量等来表征振动的强度，更加全面也更加真实。

2．利用图形方式显示平衡过程、结果及效果，平衡方法直观明了。

3．对人员经验的依赖性低。本发明用于现场动平衡时，大量的计算和角度判断均由软件在后台完成。一方面可以减少人为判断出错，另一方面工厂的技术人员通过简单的学习就可掌握，使工厂的设备管理有更大的自主性。