[发明专利]一种高速转子轴承系统空间振动的动平衡抑制方法

摘要

本发明公开了一种高速转子轴承系统空间振动的动平衡抑制方法。本发明在测试转子轴承系统空间振动的基础上，给出位移及振动运动轨迹面积与不平衡量之间的关联关系，构建了包含转子位移及轴承振动的优化目标函数，结合优化方法实现两者的同步抑制，兼顾了转子回转精度的提升与失衡振动能量的抑制，并通过权重系数的配置，控制不同方位、不同截面上位移及振动抑制效果的比重。本发明克服了传统振动抑制方法鲜有综合考虑转子位移或轴承振动，且振动测试多数仅针对单方向或单截面实施，从而导致时有顾此失彼现象发生的缺点。与传统方法相比，本发明能使转子轴承系统振动控制效果达到最优，在保证系统运行精度的同时，亦能有效延长系统运行寿命。

主权项

一种高速转子轴承系统空间振动的动平衡抑制方法，其特征在于：包括下述步骤：步骤一，通过位移传感器采集配重盘表面水平及垂直方向位移信号峰峰值δ_LH,δ_LV,δ_RH,δ_RV，通过振动传感器采集轴承外圈处振动信号峰峰值υ_LH,υ_LV,υ_RH,υ_RV，通过鉴相传感器采集相位信号；其中：下标字母表示传感器安装位置，L表示左侧，R表示右侧，H表示水平，V表示垂直；δ_LH,δ_LV,δ_RH,δ_RV分别表示左侧水平、左侧垂直、右侧水平、右侧垂直方向的位移信号；υ_LH,υ_LV,υ_RH,υ_RV分别表示左侧水平、左侧垂直、右侧水平、右侧垂直方向的振动信号；步骤二，分别以水平、垂直信号为椭圆长、短轴，构建与振动、位移信号相对应的运动轨迹椭圆，进而根据椭圆面积几何求解公式，建立运动轨迹椭圆面积与振动、位移信号的关联关系；其中：上标字母表示构成椭圆的信号类型，δ表示位移、υ表示振动，下标字母含义同前，即分别表示左侧位移、右侧位移、左侧振动、右侧振动信号所构成的运动轨迹椭圆面积；步骤三，通过在两侧配重盘上添加试重，建立与左、右侧配重盘位置的不平衡量P_l、P_r之间的关联关系：$S_L^{\mathrm{\δ}}=\mathrm{\π}|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{LH}}^{\mathrm{\δl}}{P}_l+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{LH}}^{\mathrm{\δr}}{P}_r|\·|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{LV}}^{\mathrm{\δl}}{P}_l+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{LV}}^{\mathrm{\δr}}{P}_r|$$S_R^{\mathrm{\δ}}=\mathrm{\π}|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{RH}}^{\mathrm{\δl}}{P}_l+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{RH}}^{\mathrm{\δr}}{P}_r|\·|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{RV}}^{\mathrm{\δl}}{P}_l+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{RV}}^{\mathrm{\δr}}{P}_r|$$S_L^{\mathrm{\υ}}=\mathrm{\π}|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{LH}}^{\mathrm{\υl}}{P}_l+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{LH}}^{\mathrm{\υr}}{P}_r|\·|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{LV}}^{\mathrm{\υl}}{P}_l+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{LV}}^{\mathrm{\υr}}{P}_r|$$S_R^{\mathrm{\υ}}=\mathrm{\π}|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{RH}}^{\mathrm{\υl}}{P}_l+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{RH}}^{\mathrm{\υr}}{P}_r|\·|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{RV}}^{\mathrm{\υl}}{P}_l+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{RV}}^{\mathrm{\υr}}{P}_r|$其中：μ为不同位置处位移或振动信号与转子两侧配重盘处单位不平衡量之间的影响系数，μ的上标字母中l、r分别表示与左侧、右侧配重盘相关，其它上、下标字母含义同前；例如在数值上等于左侧配重盘上单位不平衡量引起左侧水平位置处位移信号的变化；步骤四，构建转子轴承系统空间残余振动描述函数：$f_1={\mathrm{\α}}_L^{\mathrm{\δ}}{S}_L^{\mathrm{\δ}}+{\mathrm{\α}}_R^{\mathrm{\δ}}{S}_R^{\mathrm{\δ}}+{\mathrm{\α}}_L^{\mathrm{\υ}}{S}_L^{\mathrm{\υ}}+{\mathrm{\α}}_R^{\mathrm{\υ}}{S}_R^{\mathrm{\υ}}$$f_2=\max ({\mathrm{\α}}_L^{\mathrm{\δ}}{S}_L^{\mathrm{\δ}},{\mathrm{\α}}_R^{\mathrm{\δ}}{S}_R^{\mathrm{\δ}},{\mathrm{\α}}_L^{\mathrm{\υ}}{S}_L^{\mathrm{\υ}},{\mathrm{\α}}_R^{\mathrm{\υ}}{S}_R^{\mathrm{\υ}})$其中：分别表示对左侧位移、右侧位移、左侧振动、右侧振动进行动平衡抑制的权重系数；步骤五，构建多目标优化函数，即：Minimize f(P_l,P_r)＝β₁f₁+β₂f₂其中：β₁,β₂分别表示对全局振动及局部振动进行动平衡抑制的权重系数，取β₁＞β₂；步骤六，根据步骤五建立的优化函数，求解Minimize f所对应的平衡配重组合{P_l,P_r}，该平衡配重组合{P_l,P_r}即为最优平衡配重组合；步骤七，通过转子两侧的配重盘，施加步骤六得到的最优配重，完成转子轴承系统空间振动的动平衡抑制操作。