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转子不平衡故障机理及其精确动平衡方法研究

肖洒  
【摘要】:随着现代工业的进步与发展,旋转机械已经是工业部门中应用的最为广泛的一类设备,在旋转机械中最经常出现的故障类型就是不平衡,所以转子不平衡故障机理和动平衡技术的发展是非常重要的。在实际的转子工程应用中,由于转子系统自身结构等因素,转子必然存在各向异性。转子的各向异性会使转子同一截面在不同方向的响应不同,转子转频的轴心轨迹为椭圆,若要仍然以某一方向的振动来描述转子的振动状态,并根据这一方向的振动来进行动平衡,必然会引入误差。全矢谱这一同源信息融合技术能够更加全面的描述转子的振动状态,弥补了传统方法的缺陷,将全矢谱技术与影响系数法相结合的全矢动平衡技术可以很好的解决各向异性的转子动平衡问题。针对各向异性转子的不平衡响应规律的研究,分别推导了Jeffcott转子模型、各向异性转子模型和有限元模型下不平衡响应的解析解。对各向异性进行数值仿真进一步研究各向异性转子的不平衡响应的特性。综合三种模型得到的响应和数值仿真的结果可以得到结论:受各向异性的影响转子轴心轨迹为椭圆,x、y方向幅值不同,相位差也并非90°。在整个升速的过程中受到各向异性影响,x、y方向会在不同转速下响应幅值达到最大值,即在两个方向的临界转速不同,因此仅仅从某一方向很难对转子系统进行完整的状态描述,使用全矢谱可以很好的融合各向异性造成的差异,对转频响应有更加完整的描述,有助有不平衡故障的判断。转子不同方向的响应,除了受到各向异性的影响,还会受到转子系统内激励的影响。一般进行动平衡时普遍认为转频的响应仅有不平衡激励造成,但由于旋转机械所处的环境难免也存在与转频同频的环境激励,若转子系统不平衡激励与环境激励同时存在,系统的动态特性就会发生变化,此时全矢动平衡方法以主振矢为动平衡参考会存在误差,因此需要将全矢动平衡方法的平衡目标进行优化,本文提出两种优化方法:1、在已知转子大部分物理参数后,通过数值计算得到环境激励所存在的角度,以环境激励存在角度的垂直方向为参考则可以进行动平衡。2、基于全矢谱技术,将转频椭圆等效成为转频圆,并以等效转频圆的半径代替全矢动平衡方法里的平衡目标,定义了等效振矢不平衡响应(EVUR),以等效转频圆半径作为不平衡响应的幅值,以椭圆相位角为不平衡相位,这种方法平均均化了环境激励在某一方向产生的影响,能够很大程度上减小环境激励带来的影响。通过数值仿真和模型仿真的手段证明了等效振矢不平衡响应(EVUR)相对于全矢不平衡响应(FVUR)在复杂环境激励影响对转子进行动平衡的优势。由于环境激励与很多非线性因素一样,以实验的方式进行模拟代价过于大,一般以仿真手段进行模拟实验。所以最后,利用有限元软件进行受环境激励影响下转子各向异性转子的动平衡表实验,验证了等效振动矢量这一平衡目标在平衡过程中的有效性和相对于全矢动平衡方法优势。


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