[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

摘要

一种属机械领域的“旋转机械动平衡的动刚度系数平衡方法及平衡装置”，它适用于分布质量连续转子多跨支承的旋转机组。是利用等效支座力学模型的振动矩阵方程［Kd］{Xs}＝{Ｒ′}中等效动刚度系数Kd在一定工况下是一个常数的理论，用测取的支座振动量Xs和支座动态力Ｒ′，经带有前置信号处理器和四个计算模块的专用计算机来直接计算精确Kd或选取近似Kd并优化计算出在选定校正平面的最佳组成配重Ｕ以及预计残余支座振动量ε＃-[si]的方法及装置。具有平衡精度高；不需试加重；只需加重启动１～２次，缩短平衡工期和适用范围广等优点。

主权项

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：{Kd]{Xs}={R′}计算支座动态力R′、支座精确等效动刚度系数Kd以及支座振动量Xs，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Xs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Kd在(1)对应于第Vc种运行负荷状况下，(2)在选定的ωk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：Σj=1mF-j+Σi=1nR-i=0,ΣM-x=0,ΣM-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(ωk,Vc,m,φ)|}→minϵ-si(ωk,Vc,m,φ)=Xsi-(ωk,Vc,m,φ)+XOi-(ωk,Vc,m,φ)[Kd-]{xs-}={R′-}[Gr]{x-}+[Cr]{x·}+ω[J]{x·}+[Kr]{x}={F}-{R}{Fj-}=ω2k{Uj-}来优化计算在选定校正平面上的最佳成组配重U，式中：Fj-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；Ri-第i个超静定或静定轴承动反力；Mx,My-转子所有外力和力偶分别在ozy平面和ozx平面的力矩；Xs-各支座在Fj作用下的振动量；δj-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；S1P-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-,θy-,My-,θx-,y-,θx-,Mx-,θy-,l]1T——起始状态向量[Z-]1=[x-,θy-,My-,θx-,y-,θx-,Mx-,θy-,l]1r——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Xoi----第i个支座测点记录的原始支座振动量；Xsi----第i个支座测点记录的加重后的支座振动量；εsi----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；Gr----转子质量；φ----支承处测点的方位角；Uj=mjrj--校正平面的平衡量(重径积)；[Gr]----转子系统的质量阵；[Cr]----转子系统的阻尼阵；[Kr]----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Xs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Kd，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εsi；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εsi小于允许值，平衡完毕。