CN107621333A - 一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置及方法 - Google Patents
一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置及方法，属于机械故障诊断噪声与振动控制领域。本发明的校准装置，包括转轴，转轴上设有转子，转子的两端面分别为校正面A和校正面B，转轴的两端分别设有用于检测振动信号的电涡流位移传感器，转子的一侧设有用于检测相位信号的键相传感器，电涡流位移传感器和键相传感器分别与上位机相连。本发明克服现有技术中现场双面动平衡拆卸试重和配重困难的不足，具有较高的平衡精度和良好平衡效果，大大简化传统去试重法现场动平衡的操作步骤，又能快速解决机组问题，同时大大节省人工拆卸机组转子维修的巨额费用，给企业带来明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及机械故障诊断噪声与振动控制技术领域，更具体地说，涉及一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置及方法。
背景技术
据统计，生产实践中机组转子不平衡故障约占故障总数的75％以上，而引起转子不平衡的因素有很多，如：本身的制造安装误差、原材料缺陷、转子运行过程中产的结垢不均匀以及热变形等，可以说动平衡工作始终贯穿机组制造、安装和运行整个阶段，是旋转机械故障治理的重要手段。动平衡就是通过在转子适当部位上加重或去重，调整转子质心位置，使不平衡力减小到能够满足机组稳定运行为止。
大型转子叶轮较长，转子不仅仅会产生静不平衡，还会产生力偶不平衡，而力偶不平衡通过现场单面动平衡解决振动效果不佳，采取现场双面动平衡则可以很好的消除机组振动。目前普遍采用的现场双面动平衡方法要求在试验过程中卸下第一次试重和配重，而对于某些大型机组转子而言，其试重和配重块的重量很重，最重有时甚至高达数百公斤，安装和拆卸都会给作业人员带来巨大困难和一定危险性，如何在不拆卸试重的情况下实现良好的动平衡对于实践应用意义重大。
经检索，中国专利申请号：2012105498739，申请日：2012年12月18日，发明创造名称为：双转子轴流风机转子在线动平衡校正方法，该申请案公开了一种双转子轴流风机转子在线动平衡校正方法，在风机转轴设置转速触发光标，在风道外壁一侧的筋板位置安装振动加速度传感器，采用波形分析仪的动平衡校正功能，测得到两个测量点的振动幅值、初始相位；在振动幅值高的叶轮上安装试重块，开机后再次检测两个测量点的振动幅值和相位，并据此计算出理论配重块重量及安装位置和角度；分别针对刚性和柔性基础风机，按理论配重块重量及安装位置和角度在两个叶轮上按比例设置配重块，重新检测两个测量点的振动幅值和相位，直至振动幅值达到正常范围内。该申请案可实施风机转子在线动平衡校正，保证了风机设备的正常运行，但该申请案仍需拆卸试重，较为繁琐。
又如中国专利申请号：2013101455921，申请日：2013年4月24日，发明创造名称为：一种解决风机振动的双面动平衡方法，该申请案公开了一种解决风机振动的双面动平衡方法，包括以下步骤：1)测得两端轴瓦处对应的水平振动值OA1与OB1，以及相应相位；2)在风机转子两侧同一位置分别焊接一块重量相同的试加配重，测得两端轴瓦对应的水平振动值OA2与OB2，以及相应相位；3)逆风机转向绘制振动坐标图；4)将向量AB逆时针或顺时钟旋转α角度抵消向量OB，使用公式获得校正重量和校正相位。该申请案避免动平衡繁琐的计算过程中出现校正配重角度和重量不合适，而造成多次反复拆装设备，振动无法消除等技术难题，但对于平衡过程中试重的是否拆除并无太多助益，仍有优化的空间。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中现场双面动平衡拆卸试重和配重困难的不足，提供了一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置及方法，针对平衡过程中残留振动问题，提出多次校准算法，具有较高的平衡精度和良好平衡效果，大大简化传统去试重法现场动平衡的操作步骤，又能快速解决机组问题，同时大大节省人工拆卸机组转子维修的巨额费用，给企业带来明显的经济效益。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，包括转轴，转轴上设有转子，转子的两端面分别为校正面A和校正面B，转轴的两端分别设有用于检测振动信号的电涡流位移传感器，转子的一侧设有用于检测相位信号的键相传感器，电涡流位移传感器和键相传感器分别与上位机相连。
更进一步地，转轴的两端分别各设有两个相互垂直分布的电涡流位移传感器，校正面A的一侧设有竖直分布的第一位移传感器以及水平分布的第二位移传感器，校正面B的一侧设有竖直分布的第三位移传感器以及水平分布的第四位移传感器。
更进一步地，转子的校正面A和校正面B上均沿周向环绕开设有配置槽，该配置槽用于安装放置试重块。
更进一步地，配置槽的一侧开设有与配置槽相连通的配置开口，试重块经配置开口进入配置槽内并与配置槽相配合安装。
更进一步地，试重块为螺钉。
本发明的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准方法，采用如权利要求1～5任一项所述的校准装置，按照以下步骤进行：
步骤一、检测初始状态下转子A、B两端原始的振幅值A0及相位角∠α0、B0及相位角∠β0；
步骤二、在校正面A上加试重p1，检测转子A、B两端的振动值和相位分别为A1及相位角∠α1，B1及相位角∠β1；
步骤三、保留校正面A上的试重p1，在校正面B上加试重p2，检测转子A、B两端的振动值和相位分别为A2及相位角∠α2，B2及相位角∠β2；
步骤四、保留试重p1和p2，按照以下公式计算应加重量Q1和Q2：
其中：
更进一步地，所述校准装置包括转轴，转轴上设有转子，转子的两端面分别为校正面A和校正面B，转轴的两端分别设有用于检测振动信号的电涡流位移传感器，转子的一侧设有用于检测相位信号的键相传感器，电涡流位移传感器和键相传感器分别与上位机相连。
更进一步地，转轴的两端分别各设有两个相互垂直分布的电涡流位移传感器，校正面A的一侧设有竖直分布的第一位移传感器以及水平分布的第二位移传感器，校正面B的一侧设有竖直分布的第三位移传感器以及水平分布的第四位移传感器。
更进一步地，转子的校正面A和校正面B上均沿周向环绕开设有配置槽，该配置槽用于安装放置试重块。
更进一步地，配置槽的一侧开设有与配置槽相连通的配置开口，试重块经配置开口进入配置槽内并与配置槽相配合安装。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准方法，采用多次校准算法，具有较高的平衡精度和良好平衡效果，大大简化传统去试重法现场动平衡的操作步骤，又能快速解决机组问题，同时大大节省人工拆卸机组转子维修的巨额费用，给企业带来明显的经济效益。
(2)本发明的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，转子的两端校正面上均沿周向环绕开设有用于安装放置试重块的配置槽，配置槽的一侧开设有连通的配置开口，试重块经配置开口进入配置槽内并与配置槽相配合安装，这种配重方式巧妙实现了试重块的灵活取放，而且可以根据配重质量灵活放置多个试重块，极大地方便了现场操作，更无需拆卸试重，降低了现场操作难度，节省操作时间和费用。
(3)本发明的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，结构设计合理，原理简单，便于推广使用。
附图说明
图1为本发明的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置的结构示意图；
图2为本发明的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置的主视示意图；
图3为本发明的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置的左视示意图；
图4为本发明中转子的结构示意图；
图5为初始振动下转子X1方向振动位移波形图；
图6为初始振动下转子X1方向振动位移频谱图；
图7为初始振动下转子Y1方向振动位移波形图；
图8为初始振动下转子Y1方向振动位移频谱图；
图9为初始振动下转子X2方向振动位移波形图；
图10为初始振动下转子X2方向振动位移频谱图；
图11为初始振动下转子Y2方向振动位移波形图；
图12为初始振动下转子Y2方向振动位移频谱图；
图13为初始振动下转子Y1方向振动伯德图；
图14为初始振动下转子Y2方向振动伯德图；
图15为动平衡后转子Y1方向振动位移波形图；
图16为动平衡后转子Y1方向振动位移频谱图；
图17为动平衡后转子Y2方向振动位移波形图；
图18为动平衡后转子Y2方向振动位移频谱图；
图19为动平衡后转子Y1方向振动伯德图；
图20为动平衡后转子Y2方向振动伯德图。
示意图中的标号说明：1、转轴；2、转子；201、配置开口；202、配置槽；3、第二转子；301、校正面A；302、校正面B；4、第一位移传感器；5、第二位移传感器；6、第三位移传感器；7、第四位移传感器；8、试重块。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1～图4所示，本实施例的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，包括转轴1，转轴1上设有转子2，转子2的两端面分别为校正面A301和校正面B302，转轴1的两端分别设有用于检测振动信号的电涡流位移传感器，转子2的一侧设有用于检测相位信号的键相传感器，电涡流位移传感器和键相传感器分别与上位机相连，具体地，转轴1的两端分别各设有两个相互垂直分布的非接触式电涡流位移传感器，如图1所示，校正面A301的一侧设有竖直分布的第一位移传感器4(X1方向)以及水平分布的第二位移传感器5(Y1方向)，校正面B302的一侧设有竖直分布的第三位移传感器6(X2方向)以及水平分布的第四位移传感器7(Y2方向)，键相传感器则设于转子2的一侧，且转子2上设有用于触发键相传感器的反光光标纸，键相传感器用于检测转子2转速，非接触式电涡流位移传感器则用于检测转子2两端的振动位移值，本实施例将采集到的转子2的振动信号和振动相位传输给上位机，并采用特定的算法程序对采集的数据进行后续分析与处理，指导转子2上的加重重量与角度，使转子2两端的振动降到最低，从而实现转子2的动平衡调节。
如图4所示，本实施例中转子2的A、B两端面分别为校正面A301和校正面B302，校正面A301和校正面B302上均沿周向环绕开设有配置槽201，该配置槽201用于安装放置试重块8，进一步地，配置槽201的一侧开设有与配置槽201相连通的配置开口202，试重块8经配置开口202进入配置槽201内并与配置槽201相配合安装，试重块8具体可采用螺钉配重，添加配重时将一定质量的螺钉先穿入配置开口202然后调节至配置槽201中，在配置槽201中达到适宜角度位置时旋紧固定，实现配重的添加。采用本实施例的这种配重方式巧妙实现了试重块8的灵活取放，而且可以根据配重质量灵活放置多个试重块8，极大地方便了现场操作，更结合本实施例的多次校准算法，无需拆卸试重，降低了现场操作难度，节省人工拆卸机组转子维修的费用，并能快速解决机组问题，有助于提高企业生产效益。
采用本实施例的校准装置进行现场双面动平衡的方法，按照以下步骤进行：
步骤一、检测初始状态下转子2的A、B两端原始的振幅值A0及相位角∠α0、B0及相位角∠β0；具体地，在转子2表面粘贴光标纸，用键相传感器测量转子2转速；在转子2的A、B两端(或转轴1的两端)位置布置非接触式电涡流位移传感器，测量转子2的A、B端或转轴1的振动位移值，由测得的转子2转速和A、B端的振动值，得知转子2初始状态下原始不平衡重量产生的振幅值A0及相位角∠α0、B0及相位角∠β0；
步骤二、在校正面A301上加试重p1，启动转子2，检测转子2A、B两端的振动值和相位分别为A1及相位角∠α1，B1及相位角∠β1；
步骤三、保留校正面A301上的试重p1，在校正面B302上加试重p2，启动转子2，检测转子2A、B两端的振动值和相位分别为A2及相位角∠α2，B2及相位角∠β2；
步骤四、在校正面A301上加试重p1时，
对转子2的A端影响系数为
对转子2的B端影响系数为
在校正面B302上加试重p2时，
对转子2的A端影响系数为
对转子2的B端影响系数为
保留转子2的试重p1和p2，要使原始振动A0和B0理论上降为0，则校正面A301、校正面B302的分别应加重量Q1和Q2应满足下面振动矢量方程：
按照以上公式即可求得Q1和Q2，然后按照计算结果分别对应在校正面A301、校正面B302的配置槽201中继续添加配置螺钉即可，最终实现动平衡。还需要说明的是，本实施例中加重的方向与转子2转动的方向相反。
本实施例的校准装置，结合上述校准方法，现场为转子2进行双面动平衡调整时，试重块8取放灵活，且无需拆卸试重，操作简单便捷，适宜推广应用。
实施例2
本实施例的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，基本同实施例1，进一步地，本实施例结合现场操作情况进行具体说明。
本实施例中采用直流并励电机经联轴器直接驱动转子2，电机转速范围为0～10000rpm的无级调速，转轴1直径为9.5mm，长度为320mm，转子2直径为76mm，半径为19mm，重量为400g；本实施例采用美国NI公司生产的USB-4432数据采集卡采集转子2的振动信号和振动相位，然后经采集卡采集的数据通过USB数据线回收到笔记本电脑上，用振动数据采集软件对数据进行相关分析和处理。本实施例转子在3010rpm运行，出现明显的不平衡故障特征，按照同实施例1所述的双面动平衡法进行动平衡处理，通过电涡流传感器和键相传感器来采集转子2两端轴的振动信号和相位，再对采集数据分析计算，指导在转子2圆盘上加重重量和角度，使转子2两端产生的振动降到最低，使转子2动平衡。
具体地，首先测试X方向垂直和Y方向水平初始振动、相位见下表1：
表1：初始振动值
转子2两端振动主要能量为转子2的转频，其振动波形为都为正弦波形，主要频率为转子2的转频50.13Hz，是典型的不平衡特征：如图5所示为初始振动下转子2的X1方向振动位移波形图，图6所示为初始振动下转子2的X1方向振动位移频谱图；图7为初始振动下转子2的Y1方向振动位移波形图；图8为初始振动下转子2的Y1方向振动位移频谱图；图9为初始振动下转子2的X2方向振动位移波形图；图10为初始振动下转子2的X2方向振动位移频谱图；图11为初始振动下转子2的Y2方向振动位移波形图；图12为初始振动下转子2的Y2方向振动位移频谱图；图13为初始振动下转子2的Y1方向振动伯德图；图14为初始振动下转子2的Y2方向振动伯德图。
在转子2的校正面A301上加试重1g(2个螺钉)后，启动机组，测试转子2两端振动值、相位见下表2：
表2：校正面A301加试重后振动值
保留转子2校正面A301上的试重，在校正面B302上加试重(2个螺钉)，启动机组，测试转子2两端振动值和相位见下表3：
表3：校正面B302加试重后振动值
基于实施例1所述的双面平衡算法，算得校正面A301、校正面B302各自的再次加重为：
校正面A301应加重3.7g，加重角度132°(即Q1)(加重位置是以原来试重为参考，逆着转子2再转动132°位置，同时保留校正面A301试加重)；校正面B302应加重1.5g，加重角度153°(即Q2)(加重位置是以原来试重为参考，逆着转子2再转动153°位置，同时保留校正面B302试加重)。
机组启动后，转子2振动较初始振动有明显下降，启动机组，测试转子2两端振动值和相位见下表4：
表4：校正面A301、校正面B302校准加重后的振动值
更显著地，如图15为动平衡后转子2的Y1方向振动位移波形图；图16为动平衡后转子2的Y1方向振动位移频谱图；图17为动平衡后转子2的Y2方向振动位移波形图；图18为动平衡后转子2的Y2方向振动位移频谱图；图19为动平衡后转子2的Y1方向振动伯德图；图20为动平衡后转子2的Y2方向振动伯德图，由此可见转子2显著的动平衡效果。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，其特征在于：包括转轴(1)，转轴(1)上设有转子(2)，转子(2)的两端面分别为校正面A(301)和校正面B(302)，转轴(1)的两端分别设有用于检测振动信号的电涡流位移传感器，转子(2)的一侧设有用于检测相位信号的键相传感器，电涡流位移传感器和键相传感器分别与上位机相连。
2.根据权利要求1所述的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，其特征在于：转轴(1)的两端分别各设有两个相互垂直分布的电涡流位移传感器，校正面A(301)的一侧设有竖直分布的第一位移传感器(4)以及水平分布的第二位移传感器(5)，校正面B(302)的一侧设有竖直分布的第三位移传感器(6)以及水平分布的第四位移传感器(7)。
3.根据权利要求1所述的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，其特征在于：转子(2)的校正面A(301)和校正面B(302)上均沿周向环绕开设有配置槽(201)，该配置槽(201)用于安装放置试重块(8)。
4.根据权利要求3所述的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，其特征在于：配置槽(201)的一侧开设有与配置槽(201)相连通的配置开口(202)，试重块(8)经配置开口(202)进入配置槽(201)内并与配置槽(201)相配合安装。
5.根据权利要求3所述的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准装置，其特征在于：试重块(8)为螺钉。
6.一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任一项所述的校准装置，按照以下步骤进行：
步骤一、检测初始状态下转子(2)A、B两端原始的振幅值A0及相位角∠α0、B0及相位角∠β0；
步骤二、在校正面A(301)上加试重p1，检测转子(2)A、B两端的振动值和相位分别为A1及相位角∠α1，B1及相位角∠β1；
步骤三、保留校正面A(301)上的试重p1，在校正面B(302)上加试重p2，检测转子(2)A、B两端的振动值和相位分别为A2及相位角∠α2，B2及相位角∠β2；
步骤四、保留试重p1和p2，按照以下公式计算应加重量Q1和Q2：
其中：
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7.根据权利要求6所述的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准方法，其特征在于：所述校准装置包括转轴(1)，转轴(1)上设有转子(2)，转子(2)的两端面分别为校正面A(301)和校正面B(302)，转轴(1)的两端分别设有用于检测振动信号的电涡流位移传感器，转子(2)的一侧设有用于检测相位信号的键相传感器，电涡流位移传感器和键相传感器分别与上位机相连。
8.根据权利要求7所述的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准方法，其特征在于：转轴(1)的两端分别各设有两个相互垂直分布的电涡流位移传感器，校正面A(301)的一侧设有竖直分布的第一位移传感器(4)以及水平分布的第二位移传感器(5)，校正面B(302)的一侧设有竖直分布的第三位移传感器(6)以及水平分布的第四位移传感器(7)。
9.根据权利要求7所述的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准方法，其特征在于：转子(2)的校正面A(301)和校正面B(302)上均沿周向环绕开设有配置槽(201)，该配置槽(201)用于安装放置试重块(8)。
10.根据权利要求7所述的一种不拆卸试重的转子现场双面动平衡校准方法，其特征在于：配置槽(201)的一侧开设有与配置槽(201)相连通的配置开口(202)，试重块(8)经配置开口(202)进入配置槽(201)内并与配置槽(201)相配合安装。
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