專(zhuān)利名稱：：基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明專(zhuān)利屬于轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地，涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷與振動(dòng)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：目前，柔性轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法很多，大致歸為兩大類(lèi)，即振型平衡法和影響系數(shù)法，振型平衡法是基于平衡重量組與主振型正交的原理進(jìn)行各階振型的分別平衡，其具有高速平衡精度高，試驗(yàn)次數(shù)少等特點(diǎn)，然而，振型平衡法要求首先獲得轉(zhuǎn)子的各階振型數(shù)據(jù)，同時(shí)這種方法要求操作者具有豐富的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，且不大容易采用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行平衡工作，在實(shí)際應(yīng)用中受到很大的限制。而影響系數(shù)法較少依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，整個(gè)操作均由試驗(yàn)來(lái)完成，能夠采用計(jì)算機(jī)輔助和自動(dòng)化，因而在許多場(chǎng)合大受歡迎。而影響系數(shù)法的缺點(diǎn)在于它對(duì)于轉(zhuǎn)子的高階振型的靈敏度不高，影響系數(shù)的計(jì)算主要依賴與振動(dòng)幅值和相位測(cè)量的精確程度，一旦精度程度下降，可能導(dǎo)致其計(jì)算校正量很大，以致于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法實(shí)施。因此，各類(lèi)平衡參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算精度，特別是振動(dòng)幅值與相位信息的準(zhǔn)確獲取對(duì)平衡質(zhì)量尤為重要。但實(shí)際平衡中，由于平衡誤差的產(chǎn)生及傳遞環(huán)節(jié)較多，且不易控制，少量的原始誤差經(jīng)積累最終可能會(huì)產(chǎn)生較大的平衡誤差，從而導(dǎo)致平衡失敗。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明專(zhuān)利目的在于提供一種基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，該方法可以通過(guò)全矢譜分析方法客觀真實(shí)地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子不平衡故障，通過(guò)測(cè)取各測(cè)振截面上互相垂直的兩個(gè)通道的振動(dòng)原始信號(hào)，結(jié)合影響系數(shù)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，顯著提高柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的效率和精度，為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，該方法的步驟如下1)依據(jù)全矢譜的主振矢圖來(lái)識(shí)別轉(zhuǎn)子是否存在不平衡故障；2)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)選取至少兩個(gè)加重平面；現(xiàn)場(chǎng)平衡時(shí)，根據(jù)平衡效果和實(shí)際條件來(lái)確定加重平面的個(gè)數(shù)和加重的位置。3)布置傳感器，傳感器的個(gè)數(shù)至少為加重平面數(shù)的2倍，在轉(zhuǎn)子每側(cè)至少布置一對(duì)傳感器，每對(duì)傳感器相互垂直放置于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)軸外表面近處，用于測(cè)取左、右軸承附近的水平和垂直的振動(dòng)，另外還有一個(gè)傳感器放置于其中一個(gè)加重平面的外圓周處，用于鍵相信號(hào)的測(cè)取；4)在每個(gè)加重平面上分別擬設(shè)加重半徑，并加一試重，啟機(jī)升至設(shè)定轉(zhuǎn)速，并測(cè)得相應(yīng)的主振矢；5)將各個(gè)主振矢利用影響系數(shù)法可以計(jì)算出在應(yīng)分別在各加重平面加的配重。進(jìn)一步，該方法還有平衡驗(yàn)證的步驟。進(jìn)一步，若仍存在不平衡，重復(fù)步驟4)、5)及平衡驗(yàn)證步驟，直至平衡達(dá)標(biāo)。具體講，根據(jù)機(jī)組上轉(zhuǎn)子一端截面上采集到的雙通道電渦流信號(hào)，進(jìn)行矢量譜分析，從分析圖譜中直接判定該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子不平衡故障；判別方法為從矢量譜的主振矢圖中可査找到幅值最高的一條譜線，如該譜線為轉(zhuǎn)子的1倍頻且明顯高于于其它譜線，參照國(guó)際振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)其振值超標(biāo)，則轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡的可能性極大，然后從轉(zhuǎn)子的另一端進(jìn)行判斷，若情況類(lèi)似，則可判定為轉(zhuǎn)子的不平衡故障，需要實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。一般情況下，傳感器對(duì)稱布置在轉(zhuǎn)子的兩端，雙加重平面轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的傳感器為相互垂直放置于轉(zhuǎn)子兩端轉(zhuǎn)動(dòng)軸外表面近處，用于測(cè)取左、右軸承附近的水平和垂直的振動(dòng)。傳感器采用光電傳感器或電渦流傳感器來(lái)測(cè)取機(jī)器的轉(zhuǎn)速并獲取振動(dòng)相位參考的脈沖信號(hào)，對(duì)于光電傳感器，要求在軸上標(biāo)記處粘上反射窄帶，其余部分為黑區(qū)，或者相反；對(duì)于電渦流傳感器，則要求軸上標(biāo)記線處開(kāi)一個(gè)鍵槽，將以上傳感器信號(hào)線與動(dòng)平衡儀相連。對(duì)于有兩個(gè)加重平面的轉(zhuǎn)子，平衡方法如下a)啟動(dòng)機(jī)器，提升轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)動(dòng)平衡儀測(cè)取兩個(gè)平面的初始振動(dòng)，并采用矢量濾波算法直接計(jì)算出至少兩個(gè)平面的初始工頻主振矢；b)對(duì)于兩個(gè)校正平面，設(shè)定加重半徑，在其中一個(gè)平面中加一試重G，^為矢量，其質(zhì)量為《，相對(duì)轉(zhuǎn)子上參考標(biāo)記的方位角，逆旋轉(zhuǎn)方向計(jì)算為&，啟機(jī)升至同一轉(zhuǎn)速，，并測(cè)得相應(yīng)的主振矢；c)取走^(guò)，在另一平面上加試重込，可測(cè)得其相應(yīng)的主振矢；d)利用影響系數(shù)法可以計(jì)算出在應(yīng)分別在兩平面加的配重。本發(fā)明專(zhuān)利具有以下功能和特點(diǎn)1、本方法提供矢量譜分析軟件和相應(yīng)圖譜顯示功能，矢量譜具有高分辨率，融合雙通道的信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子的不平衡故障的識(shí)別具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。2、測(cè)振傳感器采用單截面雙通道并成90度的布置方式，傳感器為觸式電渦流位移傳感器測(cè)軸振動(dòng)。信號(hào)采集采用同步整周期方式，可以用鍵相信號(hào)觸發(fā)采集，也可以采用光電開(kāi)關(guān)觸發(fā)。采用基于矢譜的軟件濾波方式提取各測(cè)振平面的工頻主振矢，濾波方法借助了復(fù)FFT的快速算法，同步整周期信號(hào)采集的特點(diǎn)，提高了工頻幅值和相位提取的精度和效率，較好地避免了單通道信號(hào)的片面性，從而提高影響系數(shù)法的平衡精度。3、測(cè)振平面數(shù)目可以任意指定，完全滿足絕大多數(shù)柔性轉(zhuǎn)子軸系的動(dòng)平衡要求。4、平衡過(guò)程采用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行，操作直觀，明了，較少地依賴于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)。圖1為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置方案；圖2為矢量譜圖3為矢譜濾波的流程圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明專(zhuān)利的具體實(shí)施方式為(1)基于矢譜的轉(zhuǎn)子不平衡故障識(shí)別根據(jù)機(jī)組上轉(zhuǎn)子一端某截面上采集到的雙通道電渦流信號(hào)，進(jìn)行矢量譜分析，從圖譜中可直接判定該轉(zhuǎn)子是否屬于轉(zhuǎn)子不平衡故障。判別方法為從矢量譜的主振矢圖中可査找到幅值最高的一條譜線，如該譜線為轉(zhuǎn)子的1倍頻且明顯高于于其它譜線，參照一定的國(guó)際振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)其振值超標(biāo)，則轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡的可能性極大，然后從轉(zhuǎn)子的另一端進(jìn)行判斷，若情況類(lèi)似，則基本可判定為轉(zhuǎn)子的不平衡故障，需要實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。用矢量譜圖識(shí)別轉(zhuǎn)子不平衡故障方法參見(jiàn)圖2,圖中為從某C^壓縮機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)靠近增壓箱截面通過(guò)一對(duì)互相垂直的電渦流傳感器x和y實(shí)測(cè)的一組振動(dòng)數(shù)據(jù)，并對(duì)x，y方向單獨(dú)作頻譜圖和主振動(dòng)矢量圖。若單獨(dú)從x方向的振幅圖可以看出該機(jī)組2倍頻最大，最有可能是發(fā)生了轉(zhuǎn)子不對(duì)中現(xiàn)象，但是從y方向看機(jī)組l倍頻最大，顯然大于2倍頻，機(jī)組故障應(yīng)該是不平衡故障,即單獨(dú)用x，y方向判斷機(jī)組故障出現(xiàn)了矛盾，這是單通道信號(hào)的片面性導(dǎo)致出現(xiàn)的問(wèn)題。而主振動(dòng)矢圖是綜合了x,y兩個(gè)方向信號(hào)而得到的振幅圖，具有客觀真實(shí)性和唯一性，從該組數(shù)據(jù)的主振矢圖中可以看出機(jī)組的1倍頻幅值明顯，而2倍頻較小，因此肯定機(jī)組發(fā)生了轉(zhuǎn)子不平衡故障。(2)加重平面的確定現(xiàn)場(chǎng)平衡時(shí)，一般根據(jù)平衡效果和實(shí)際條件來(lái)確定加重平面的個(gè)數(shù)和加重的位置。(3)傳感器的布置傳感器的布置方法可根據(jù)轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)進(jìn)行，傳感器的個(gè)數(shù)至少為加重平面數(shù)的2倍。傳感器往往采用對(duì)稱布置在轉(zhuǎn)子的兩端，雙平面轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的傳感器布置方式見(jiàn)圖1所示，一共采用5只電渦流傳感器，傳感器KP用于鍵相信號(hào)的測(cè)取，IX，1Y，2X，2Y分別用于測(cè)取左、右軸承附近的水平和垂直的振動(dòng)。(4)動(dòng)平衡過(guò)程以下以雙平面為例來(lái)說(shuō)明使用基于全矢譜的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡的過(guò)程，柔性轉(zhuǎn)子的平衡一般需要從低到高進(jìn)行多個(gè)轉(zhuǎn)速下多平面的平衡，這里以某一轉(zhuǎn)速"(轉(zhuǎn)/分)下的平衡過(guò)程為例說(shuō)明(其它轉(zhuǎn)速下的平衡過(guò)程與之類(lèi)似)a)在機(jī)器上選定兩個(gè)測(cè)振平面1和平面2，在每個(gè)平面上互成90。方向各安裝兩只電渦流傳感器，采用光電傳感器或電渦流傳感器來(lái)測(cè)取機(jī)器的轉(zhuǎn)速并獲取振動(dòng)相位參考的脈沖信號(hào)。如果是光電傳感器，要求在軸上標(biāo)記處粘上一反射窄帶，其余部分為黑區(qū)，或者相反。如果使用電渦流傳感器，則要求軸上標(biāo)記線處開(kāi)一幾毫米深的鍵槽。將以上5只傳感器信號(hào)線與動(dòng)平衡儀相連。b)啟動(dòng)機(jī)器，升速至轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)/分,啟動(dòng)平衡儀分別測(cè)取兩個(gè)平面的x和y方向的初始振動(dòng)，并采用矢量濾波算法直接計(jì)算出平面1和平面2的初始工頻主振矢^和^。；工頻主振矢計(jì)算的原理如圖3所示。以其中的平面l的主振矢「i。的計(jì)算為例設(shè)平面1上測(cè)得的X和Y方向振動(dòng)原始信號(hào)分別為"}和"}(i=0,1，2，…，N-1)，N為信號(hào)的采集點(diǎn)數(shù)，一般為2的整數(shù)次冪，如512，1024，2048等，R為每周期采樣點(diǎn)數(shù)，一般為32，64等。然后構(gòu)造復(fù)信號(hào)z'-x'+化(i=0，l，2，"*,N-l)，并采用公式(1)對(duì)構(gòu)造信號(hào)進(jìn)行復(fù)FFT變換Z=|];力薦(n:0，1，2,…N-1)(1)然后，計(jì)算出工頻主振矢譜的序號(hào)Ind:/"d=7V/i—1②工頻主振矢(包括幅值和方位角)可用公式(3)、(4)計(jì)算Z舟Z単一,〕-Z力Z翠一o(=/wj)(4)則平面I的初始工頻主振矢「1。=w^z"^c)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)選取兩個(gè)校正平面1和平面2，加重半徑分別為^和。，先在平面1中加一試重G,(Q為矢量，其質(zhì)量為&，相對(duì)轉(zhuǎn)子上參考標(biāo)記的方位角，逆旋轉(zhuǎn)方向角度為、)，同樣，啟機(jī)升至同一轉(zhuǎn)速，并測(cè)得相應(yīng)的主振矢為^和^;此時(shí)可以計(jì)算出影響系數(shù)(方位角為零度的單位試重的效果矢量)"i和Qi(5)G(6)d)取走G，在平面2上加試重込，可測(cè)得^和^;同理可以計(jì)算出A和A:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>e)利用影響系數(shù)法可以計(jì)算出在應(yīng)分別在平面1和平面2加的配重為A(包括配重的大小和方向，正方向的定義與加試重Q和^相同)和A。計(jì)算A和^的方法就是解矢量方程組(9):f)按照(e)步計(jì)算結(jié)果添加配重，啟機(jī)升至同一轉(zhuǎn)速，測(cè)量剩余振動(dòng)矢量^'和K，如K和《相對(duì)于初始振動(dòng)矢量^和^其幅值均有大幅度減小，說(shuō)明平衡效果較好。(5)平衡驗(yàn)證與結(jié)論為了驗(yàn)證全矢動(dòng)平衡的平衡效果，在轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了大量的驗(yàn)證工作，實(shí)驗(yàn)過(guò)程按照以上實(shí)施步驟展開(kāi)。實(shí)驗(yàn)將全矢動(dòng)平衡方法與傳統(tǒng)的基于單方向傳感器信號(hào)的動(dòng)平衡方法進(jìn)行了比較，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列出如表1所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>從表2中可以看出，按照全矢動(dòng)平衡方法計(jì)算出來(lái)的需加配重與單獨(dú)用X或y方向傳感器信號(hào)方法計(jì)算出來(lái)的配重略有不同，為了驗(yàn)證各種動(dòng)平衡方法的精度，分別按照3種配重方案添加配重，并測(cè)取加配重后兩個(gè)平面x，y方向上的振動(dòng)。通過(guò)加配重后振動(dòng)數(shù)據(jù)分析可以得到采用上面兩種(單獨(dú)使用X，Y方向信號(hào))平衡方法效果基本相當(dāng)，最后的振動(dòng)量偏大，在平衡精度要求較高的場(chǎng)合，則往往還需要進(jìn)一步平衡。而采用全矢動(dòng)平衡方法最后測(cè)得的振動(dòng)量在x，y兩個(gè)方向上均比較小，其平衡效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的基于單方向信號(hào)的平衡方法。通過(guò)對(duì)比分析可知，相對(duì)與傳統(tǒng)方法，全矢動(dòng)平衡方法具有更高的精度，能起到顯著提高平衡效果，減少平衡次數(shù)的目的。權(quán)利要求1、一種基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，其特征在id="icf0001"file="A2009101432240002C1.tif"wi="4"he="5"top="30"left="139"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>該方法的步驟如下1)依據(jù)矢量譜的主振矢圖來(lái)識(shí)別轉(zhuǎn)子是否存在不平衡故障；2)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)選取至少兩個(gè)加重平面；3)布置傳感器，傳感器的個(gè)數(shù)至少為加重平面數(shù)的2倍，在轉(zhuǎn)子每側(cè)至少布置一對(duì)傳感器，每對(duì)傳感器相互垂直放置于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)軸外表面近處，用于測(cè)取左、右軸承附近的水平和垂直的振動(dòng)，另外還有一個(gè)傳感器放置于其中一個(gè)加重平面的外圓周處，用于鍵相信號(hào)的測(cè)??；4)在每個(gè)加重平面上分別擬設(shè)加重半徑，并加一試重，啟機(jī)升至設(shè)定轉(zhuǎn)速，并測(cè)得相應(yīng)的主振矢；5)將各個(gè)主振矢利用影響系數(shù)法可以計(jì)算出在應(yīng)分別在各加重平面加的配重。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，其特征在于，該方法還有平衡驗(yàn)證的步驟。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，其特征在于，若仍存在不平衡，重復(fù)步驟4)、5)及平衡驗(yàn)證步驟，直至平衡達(dá)標(biāo)。4、權(quán)利要求1、2或3所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，其特征在于，根據(jù)機(jī)組上轉(zhuǎn)子一端截面上采集到的雙通道電渦流信號(hào)，進(jìn)行矢量譜分析，從分析圖譜中直接判定該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子不平衡故障；判別方法為從矢量譜的主振矢圖中可查找到幅值最高的一條譜線，如該譜線為轉(zhuǎn)子的1倍頻且明顯高于于其它譜線，參照國(guó)際振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)其振值超標(biāo)，則轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡的可能性極大，然后從轉(zhuǎn)子的另一端進(jìn)行判斷，若情況類(lèi)似，則可判定為轉(zhuǎn)子的不平衡故障，需要實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，其特征在于，傳感器對(duì)稱布置在轉(zhuǎn)子的兩端，雙加重平面轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的傳感器為相互垂直放置于轉(zhuǎn)子兩端轉(zhuǎn)動(dòng)軸外表面近處，用于測(cè)取左、右軸承附近的水平和垂直的振動(dòng)。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，其特征在于，傳感器采用光電傳感器或電渦流傳感器來(lái)測(cè)取機(jī)器的轉(zhuǎn)速并獲取振動(dòng)相位參考的脈沖信號(hào)，對(duì)于光電傳感器，要求在軸上標(biāo)記處粘上反射窄帶，其余部分為黑區(qū)，或者相反；對(duì)于電渦流傳感器，則要求軸上標(biāo)記線處開(kāi)一個(gè)鍵槽，將以上傳感器信號(hào)線與動(dòng)平衡儀相連。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，其特征在于，對(duì)于有兩個(gè)加重平面的轉(zhuǎn)子，平衡方法如下a)啟動(dòng)機(jī)器，提升轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)動(dòng)平衡儀測(cè)取兩個(gè)平面的初始振動(dòng)，并采用矢量濾波算法直接計(jì)算出至少兩個(gè)平面的初始工頻主振矢；b)對(duì)于兩個(gè)校正平面，設(shè)定加重半徑，在其中一個(gè)平面中加一試重G，^為矢量，其質(zhì)量為A，相對(duì)轉(zhuǎn)子上參考標(biāo)記的方位角，逆旋轉(zhuǎn)方向角度為"a，啟機(jī)升至同一轉(zhuǎn)速，，并測(cè)得相應(yīng)的主振矢；c)取走Q，在另一平面上加試重込，可測(cè)得其相應(yīng)的主振矢；d)利用影響系數(shù)法可以計(jì)算出在應(yīng)分別在兩平面加的配重。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種基于全矢譜的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，通過(guò)全矢譜分析軟件能夠客觀真實(shí)地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子不平衡故障，并通過(guò)測(cè)取各測(cè)振截面上互相垂直的兩個(gè)通道的振動(dòng)原始信號(hào)，用全矢譜濾波方法來(lái)提取轉(zhuǎn)子在各測(cè)振截面的工頻主振矢，用此主振矢來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)單通道信號(hào)中提取的轉(zhuǎn)子工頻幅值和相位，結(jié)合影響系數(shù)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，平衡過(guò)程較少依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，可顯著提高柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的效率和精度，是一種高度集成的計(jì)算機(jī)輔助型現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法。文檔編號(hào)G01M1/00GK101556200SQ20091014322公開(kāi)日2009年10月14日申請(qǐng)日期2009年5月21日優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日發(fā)明者孫俊杰,董辛?xí)F,宏陳,雷文平,捷韓申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)