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全矢谱技术及其在转子动平衡领域的应用研究

朱东博  
【摘要】:目前,大型旋转机械设备正向着高功效、大功率、高精度和自动化等方向快速发展,而转子作为旋转机械的核心部件,其动平衡问题也愈发重要。然而基于单源信息的传统动平衡方法,由于获取不平衡分量的精度不高,平衡效果评价方式存在弊端。针对这些问题,将传统影响系数法和全矢谱技术相结合,提出了全矢动平衡方法,然后通过转子动力学特性和影响系数矩阵条件数的研究,从理论上证明了全矢动平衡的精度高于传统平衡方法,并提出了最佳平衡面位置的选择,进一步提高了全矢动平衡的精度,本文的主要研究工作包括: 1、通过对存在质量偏心的单圆盘转子系统建模,研究了转子不平衡故障机理,进一步分析了刚性和柔性转子的影响系数法,论证了基于单源信息的传统影响系数法必然产生的种种弊端,针对这些弊端的根源,将全矢谱信息融合技术与影响系数法相结合,提出了全矢动平衡方法,并讨论了全矢不平衡响应的快速算法,提高了动平衡的精度和效率。 2、介绍了转子-支承系统的模化方法,建立了模型的动力学方程,并采用有限元软件ANSYS模拟了转子-轴承系统,进而对其进行动力学分析,并在此有限元模型上进行了转子系统双圆盘、三圆盘虚拟动平衡研究。 3、通过对转子动力学模型分析,推导了影响系数矩阵的数学公式,证明了影响系数矩阵条件数可以衡量动平衡的精度,即同一测量精度下,条件数愈小,平衡精度愈高。并分别在ANSYS模拟的转子动平衡模型和BENTLY转子实验台上进行了全矢动平衡法和传统影响系数法的转子动平衡实验,其结果表明,全矢动平衡方法的条件数小于传统的单通道平衡方法,从而在理论上证明了全矢动平衡方法精度高。 4、通过对转子系统振型分析,得出前四阶振型和不平衡响应,经过分析可知,平衡面位置的选择会对影响系数矩阵性质有决定性作用,从而提出了根据转子振型来确定最佳平衡面位置的方法,进一步提高了全矢动平衡的精度,最后在ANSYS模拟的转子模型进行了双圆盘和三圆盘动平平衡验,证明了该结论。


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