CN112105799B - 转子平衡方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了针对燃气轮机的转子平衡方法。该方法包括提供转子(100)，转子(100)包括：第一轴承(140)和第二轴承(142)，以及多个校正面(150)，多个校正面(150)包括第一校正面(152)和第二校正面(154)。该方法还包括通过将第一轴承(140)接纳在第一基座(212)上并且将第二轴承(142)接纳在第二基座(214)上来安装转子(100)以用于平衡。该方法还包括通过以下来执行基础运转：使转子(100)以预期的平衡速度运转并且测量第一基座(212)处的振动。该方法还包括通过以下实现部分平衡和转子(100)的第一影响运转：将第一平衡配重(W1)安装到第一校正面(152)，以减少第一基座(212)处的振动。该方法还包括通过以下来执行第一影响运转：使转子(100)以预期的平衡速度运转并且测量第一基座(212)和第二基座(214)处的振动，对于所有随后的影响运转，使第一平衡配重(W1)处于安装状态。该方法还包括通过以下来执行第二影响运转：将第一校准配重(M1)安装到第二校正面(154)，使转子(100)以预期的平衡速度运转并且测量第一基座(212)和第二基座(214)处的振动，以及移除第一校准配重(M1)。该方法还包括通过以下来实现转子(100)的最终平衡：根据作为第一影响运转和第二影响运转的一部分而测量的振动，将最终平衡配重(W1’)安装到第一校正面(152)，并且将第二平衡配重(W2)安装到第二校正面(154)。

Description

转子平衡方法和装置
技术领域
本公开涉及燃气轮机发动机。
具体地，本公开涉及针对燃气轮机发动机来平衡转子的方法和用于平衡转子的装置。
背景技术
作为涡轮机的具体示例，燃气轮机发动机通常包括转子，转子具有被固定到转子轴的多个旋转转子动叶排。当热的且经加压的工作流体流经燃气轮机主通道中的动叶排时，工作流体将动量传递至转子动叶，并且由此向转子赋予旋转运动。转子的任何失衡都将引起振动，这可能不利地影响燃气轮机的效率和耐久性。因此，令人满意的操作需要转子的精确平衡，抑制振动。为此，转子进行平衡程序，通过平衡程序以评估失衡，并且平衡配重被安装到转子。
已知的平衡程序可以包括将经组装的转子安装到平衡机上，使转子以预期的平衡速度运转，并且测量转子的振动，作为所谓的基础运转的一部分。随后，校准配重被临时安装到转子设计中所包括的可用校正面中的一个校正面。转子再次进行旋转，并在适当的校准配重下测量振动。针对每个可用的校正面单独地执行该所谓的影响运转，以评估其振动响应。校正配重基于与基础运转的比较而被安装。平衡配重被安装以减少转子的失衡，并且因此平衡配重通常在质量和角位置两方面与平衡配重不同。
已发现，某些类型的转子(可以被称为“不灵敏转子”)难以使用已知的过程进行平衡。换言之，尽管某些常规转子可以通过在平衡机中执行例如四或五次运转以用于平衡，但对于不灵敏转子，可能需要显著大量次数的运转才能满足所适用的平衡标准。在某些情况下，不灵敏转子需要超过10次的运转来进行平衡，导致与灵敏转子相比，增加至少一个工作日。
因此，迫切需要一种转子平衡方法，该方法与常规方法相比改善了用于进行平衡所需的重复次数。
发明内容
根据本公开，提供了如所附权利要求中阐述的方法、计算机可读介质和平衡机。根据从属权利要求以及随后的描述，本发明的其他特征将变得显而易见。
因此，可以提供针对燃气轮机的转子平衡方法，该方法包括提供转子100，转子100包括：第一轴承140和第二轴承142，以及多个校正面150，该多个校正面150包括第一校正面152和第二校正面154。方法还包括通过将第一轴承140接纳在第一基座212上并且将第二轴承142接纳在第二基座214上来安装转子100以用于平衡。该方法还包括通过以下来执行基础运转：使转子100以预期的平衡速度运转并且测量第一基座212处的振动。该方法还包括通过以下来实现部分平衡和转子100的第一影响运转：将第一平衡配重W1安装到第一校正面152，以减少第一基座212处的振动。该方法还包括通过以下来执行第一影响运转：使转子100以预期的平衡速度运转并且测量第一基座212和第二基座214处的振动，对于所有随后的影响运转，使第一平衡配重W1处于安装状态。该方法还包括通过以下来执行第二影响运转：将第一校准配重M1安装到第二校正面154，使转子100以预期的平衡速度运转并且测量第一基座212和第二基座214处的振动，以及移除第一校准配重M1。该方法还包括通过以下来实现转子100的最终平衡：根据作为第一影响运转和第二影响运转的一部分而测量的振动，将最终平衡配重W1’安装到第一校正面152，并且将第二平衡配重W2安装到第二校正面154。示例性方法可以提供改进的方法，通过改进的方法，转子可以被平衡，特别地，不灵敏的转子可以被更有效地平衡。
根据一些示例，除第一平衡配重W1之外，最终平衡配重W1’还被安装到第一校正面152。通过将除第一平衡配重W1’之外的最终平衡配重W1安装到第一校正面152，平衡程序可以被更快速地执行并获得更好的结果。
根据一些示例，作为转子100的最终平衡的一部分，最终平衡配重W1’被安装到第一校正面152，并且第一平衡配重W1从第一校正面152中被移除。通过移除第一平衡配重W1，可以使用单个平衡配重即，最终平衡配重W1’，否则两个平衡配重将被安装并获得相同的振动衰减。
根据一些示例，该方法包括：提供数据集，数据集包含在与转子100的生产类型相同的至少一个参考转子100的平衡期间获得的参考振动测量，或至少第一校正面152的第一参考影响矢量，其中参考影响矢量是与转子100的生产类型相同的参考转子100的第一校正面152的影响矢量。通过为数据集提供至少一个参考转子的参考振动测量，来自较早平衡的可用数据被用于时间有效地平衡转子100。对于转子100的校正面，特别是对于灵敏的校正面，生产类型相同的转子的参考影响矢量可以是实际影响矢量的合适近似值，因此被用于确定第一平衡配重W1以及第一平衡配重W1的第一校正面的角位置。
根据一些示例，将第一平衡配重W1安装包括使用数据集来确定第一平衡配重W1的质量和角位置，以减少第一基座212处的振动。通过使用可用数据来确定第一平衡配重的质量和角位置，可以有效地安装第一平衡配重，以显著减小第一基座212处的振动。
根据一些示例，第一参考影响矢量的大小大于第二校正面154的第二参考影响矢量的大小，其中第二参考影响矢量是参考转子100的第二校正面154的影响矢量，并且其中第二参考影响矢量或者被包含在数据集中，或者能够从数据集中的振动测量来计算。在影响矢量的大小相差很大的情况下，可能指示较小的影响矢量描述了不灵敏的校正面。相应地，平衡方法可以通过以下而改进：识别并且有效地使用灵敏校正面来进行部分平衡、并使用灵敏和不灵敏的校正面二者进行最终或“剩余”平衡。
根据一些示例，数据集包含多个参考转子100的第一校正面152和第二校正面154的参考影响矢量；并且其中方法包括：在确定与参考转子100的第二校正面154的参考影响矢量的相位相比，参考转子100的第一校正面152的参考影响矢量的相位具有更小的统计分布之后，选择转子100的第一基座212以用来部分平衡。根据确定特定校正面的影响矢量相对于特定基座具有更大的相位分布，可以推断出使用特定校正面更难以平衡该特定基座。部分平衡的结果因此可以通过相应地选择来改进。
根据一些示例，数据集包含多个参考转子100的第二校正面154的参考影响矢量；并且其中方法包括在确定以下情况之后选择转子100的第一基座212以用于部分平衡：与第二校正面154的参考影响矢量相对于参考转子100的第二基座214的相位相比，参考转子100的第二校正面152的参考影响矢量相对于第一基座212的相位具有更大的统计分布。
根据一些示例，数据集包含第二校正面154的多个参考影响矢量，其中参考影响矢量是多个参考转子100的影响矢量；以及其中方法包括通过以下来选择转子100的第一基座212以用于部分平衡：确定参考转子100的第一基座212的参考影响矢量的相位的统计分布近似等于参考转子100的第二基座214的参考影响矢量的相位的统计分布，并且确定作为转子100的基础运转的振动测量的一部分，在第一基座212处检测到的振动大于在第二基座214处检测到的振动。在已确定两个基座近似同样地难以平衡的情况下，基于相位分布大约相等的技术信息，可能期望在经受更大振动的基座处执行部分平衡。因此，由于更大的振动将需要更重的平衡配重，所以部分平衡的结果可以被改进。进而，更重的平衡配重将意味着减小对角位置即，相位精度的相关性。
根据一些示例，将第一平衡配重W1安装包括从第一校正面152的参考影响矢量计算平均影响矢量，以确定第一平衡配重W1的质量和角位置。使用平均影响矢量可以通过使用描述参考转子100的量来改进描述转子100的量的近似。
根据一些示例，方法包括：通过以下来执行第二影响运转之后的第三影响运转：将第二校准配重M2安装到第三校正面156，使转子100以预期的平衡速度运转并且测量第一基座212和/或第二基座214处的振动，以及移除第二校准配重M2；并且其中作为实现转子100的最终平衡的一部分，将最终平衡配重W1’和第二平衡配重W2安装还包括：根据作为基础运转和第三影响运转的一部分而测量到的振动，将第三平衡配重W3安装到第三校正面156。通过将第三平衡配重安装，总体平衡结果可以得到改善。
根据一些示例，预期的平衡速度是在转子的临界速度处或临界速度附近的全操作速度，出于平衡考虑，转子的模态振型在临界速度处变得显著。例如，出于平衡考虑，转子可以经受处于转子100的第一临界速度处或第一临界速度附近的旋转速度，转子的第一弯曲模态在临界速度处变得显著。
根据另一示例，可以提供计算机可读介质，包含用于实现本公开的方法的指令。
根据一些示例，计算机可读介质包含如上所述的数据集。通过在计算机可读介质上提供数据集，可以提供既方便了用户又实现了有效执行的平衡解决方案。
根据一些示例，计算机可读介质被配置为：指示处理单元使用数据集来计算第一平衡配重W1的质量和角位置。这可以改善用户的便利性、配重放置的效率和准确性。
根据另一示例，可以提供包括如上所述的计算机可读介质的平衡机200，其中平衡机200包括第一基座212和第二基座214。
附图说明
现在将参考附图来描述本公开的示例，在附图中：
图1是涡轮机的一个示例的示意图；
图2是涡轮机已知转子的截面图；
图3是根据本发明的平衡机和图2中所示的已知转子的局部截面图；以及
图4图示了根据本公开的转子平衡方法。
具体实施方式
本公开涉及用于平衡在诸如燃气轮机之类的涡轮机中使用的转子的方法。
通过上下文，图1示出了可以应用本公开的特征的已知布置。
图1以截面图示出了燃气轮机发动机60的一个示例，截面图示出了转子的性质以及转子进行操作的环境。燃气轮机发动机60按照流顺序包括进气口62、压气机区段64、燃烧区段66和涡轮区段68，这些部件通常按照流顺序并且通常沿纵向或旋转轴线30的方向布置。燃气轮机发动机60还包括转子轴72，转子轴72能够绕旋转轴线30旋转并且纵向延伸穿过燃气轮机发动机60。旋转轴线30通常是相关联的燃气轮机发动机的旋转轴线。因此，对“轴向”、“径向”和“周向”方向的任何参考都是相对于旋转轴线30而言。径向方向40基本垂直于旋转轴线30，而周向方向垂直于旋转轴线30和径向方向40两者。
轴72驱动地将涡轮区段68连接到压气机区段64。
在燃气轮机发动机60的操作中，通过进气口62吸入的空气74被压气机区段64压缩并被输送到燃烧区段或燃烧器区段66。燃烧器区段66包括燃烧器增压室76、由双壁罐80限定的一个或多个燃烧室78以及被固定到每个燃烧室78的至少一个燃烧器82。燃烧室78和燃烧器82位于燃烧器增压室76内部。压缩空气通过压气机区段64进入扩散器84，并且从扩散器84排放到燃烧器增压室76中，一部分空气从燃烧器增压室76进入燃烧器82，并且与气态或液态燃料混合。空气/燃料混合物然后被燃烧，并且燃烧气体86或来自燃烧的工作气体经由过渡导管88被引导至涡轮区段68。
涡轮区段68可以包括被附接到转子轴72的多个动叶承载盘90或涡轮。在所示的示例中，涡轮区段68包括两个盘90，两个盘90各自承载环形阵列的涡轮组件12，涡轮组件12各自包括体现为涡轮动叶的翼型14。涡轮叶栅92被设置在涡轮动叶之间。每个涡轮叶栅92承载涡轮组件12的环形阵列，涡轮组件12各自包括导向静叶形式的翼型14，翼型14被固定到燃气轮机发动机60的定子。
图2是示例性转子100的示意截面图，根据本发明的转子平衡方法可以应用于示例性转子100。
转子100(或“转子组件”)具有细长形状。例如，图1的燃气轮机的转子组件包括大体上为圆柱形的转子轴72，该转子轴72承载多个涡轮盘和压气机盘90。转子100的纵向范围由一对轴向端102、104界定。第一轴向端102是相对于工作流体的流动的上游端，而第二轴向端104是下游端。
转子100包括入口拴轴106和出口拴轴108。入口拴轴106朝向第一端102定位，而出口拴轴108朝向第二端104定位。另外，转子100包括转子轴110，转子轴110承载动力涡轮转子盘120和压气机涡轮转子盘130。转子盘120、130被承载在转子轴110上。
转子100包括轴承对140、142。轴承(或“轴承部分”或“面(lands)”)被配置为接纳在燃气轮机的轴承壳体内。根据本示例，每个轴承140、142包括围绕旋转轴线30同轴布置的光滑径向表面。借助轴承，转子100被径向地定位并克服径向方向40上的力被支撑。这样的力包括转子重量以及动态力，特别是转子100的失衡所产生的力。
多个校正面150被提供在转子100上，转子100的失衡可以借助多个校正面而被减小。根据其在本领域中的使用，术语“校正面”被理解为指代转子的结构特征而不是几何平面。换言之，校正面是转子100的区域或区段。多个校正面150被配置为选择性地接纳并保持附加质量，使转子100的质量分布可以通过增加所述附加质量来改变。即，每个校正面150被配置为在转子100所限定的孔158(或“凹槽”)中接纳并保持配重。
多个校正面150沿旋转轴线30间隔开。因此，提供了用于在校正面所处的每个轴向位置处调节质量分布的措施。在某些已知的转子中，校正面位于转子设计允许的位置，而不是位于被期望的位置处。即，由于设计限制，校正面位于在结构上可以提供校正面的位置，但不一定位于对平衡调整提供最大响应的区域中。此外，一些校正面可能难以接近，这是因为转子的其他结构可能会阻碍对其的接近。因此，认为期望的是，优化可用校正面的效率。
根据本示例，提供了第一校正面152、第二校正面154和第三校正面156。第一校正面152被提供在压气机涡轮转子盘130上。第二校正面154被提供在出口拴轴108上。第三校正面156被提供在入口拴轴106上。
每个校正面150包括多个孔158，其中多个孔158中的每一个孔关于旋转轴线30对称地布置。校正面150的孔158被设置为规则的间隔(即，等距的角间隔)并且到旋转轴线30的径向距离固定。因此，给定校正面152、154、156的每个孔158具有特定的角位置。该特定角位置可以用于标识特定校正面152、154、156的特定孔158。
根据一些示例，校正面150包括十六至二十个的孔158。根据本示例，提供了二十个孔158，从而相邻孔158之间形成的角间隔为18°(度)，或者等效地，pi/10rad(弧度)。配重可以被安装到每个孔中，以改变转子100的质量分布，从而达到平衡转子100的目的。
图3是转子100和平衡机200的示意截面图。平衡机200是如下这样一件测试设备，其被配置为模拟燃气轮机中的转子100的操作并且评估转子100在这样的操作条件下的性能。
转子100可以借助多个基座210而被安装到平衡机200上。基座210被配置为通过接纳并保持轴承140、142来承载转子100。根据本示例，提供了第一基座212和第二基座214。第一基座212被配置为接纳第一轴承140，而第二基座214被配置为接纳第二轴承142。
平衡机200被配置为使安装于其上的转子100经受与预期平衡速度相对应的旋转速度。预期平衡速度是预定旋转速度，根据一些示例，预定旋转速度对应于转子100的操作速度。出于高速平衡的目的，平衡机200可以被配置为使转子100经受在转子100的第一临界速度处或第一临界速度附近的旋转速度，出于平衡考虑，转子的第一弯曲模态在临界速度下变得显著。
平衡机200包括多个振动传感器。根据本示例，提供了第一振动传感器222和第二振动传感器224。第一振动传感器222位于第一基座212处，并且被配置为测量第一基座212所经受的振动。类似地，第二振动传感器224位于第二基座214处，并且被配置为测量第二基座224所经受的振动。这样的振动可能由于转子100的失衡而在基座212、214中的一个或两个处引起。
平衡机200包括被配置为检测转子100的旋转的相位传感器230。根据一些示例，相位传感器230是光学传感器，其被配置为记录转子100上的可见特征(例如，施加到转子100的表面的标记)的旋转。使用相位传感器230，转子100的相位(即，转子100的取向)可以被确定。
图4图示了使用平衡机200来平衡转子100的示例性方法。示例性方法包括按顺序实现的步骤S300至S370。
更具体地，方法包括步骤S300至S320，转子100根据步骤S300至S320被设置以用于平衡。根据步骤S300和S310，如以上关于平衡机200所述，提供了转子100并且通过将第一轴承140接纳在第一基座212上并且将第二轴承142接纳在第二基座214上，转子100被安装到基座对212。
方法还包括执行步骤S330至S370，根据步骤S330至S370，转子100的失衡被评估并实现平衡。更具体地，方法包括执行基础运转的步骤S330。基础运转通过使转子100以预期的平衡速度运转并且测量第一基座212处的振动而被执行。根据一些示例，还测量第二基座214处的振动。
第一基座212处检测到的任何振动被评估，并确定是否由于转子100的失衡以及转子100的失衡在何种程度上导致这些振动。根据本示例，振动的唯一原因是转子100的失衡。
基础的振动测量集合O(或“原始振动测量”)包括在第一基座212处记录的振动的第一振动信号O1，以及在第二基座214处记录的第二振动信号O2。每个振动信号O1、O2包含关于在相应基座212、214处的振动大小和振动相位的信息。换言之，振动信号包含关于相量的信息。
方法包括实现转子100的部分平衡的步骤340。借助部分平衡，转子100仅根据在单个基座处测量的振动而被平衡。该过程因此是“部分的”，即，出于部分平衡的目的，不考虑其他基座处的任何振动。根据本示例，部分平衡关于在第一基座212处检测到的振动来执行并且使用第一校正面152。更一般地，可能已选择了不同的基座和/或不同的校正面。在本公开的后续部分中，阐述了用于选择基座、并且类似地选择适用于减小选定基座处的振动的校正面的示例性过程。
部分平衡通过将第一平衡配重W1安装(或“附接”)到第一校正面来实现，以根据本示例，将第一基座处的振动减小到低于或大约1mm/s(毫米/秒)。第一平衡配重通常由第一平衡配重的质量和第一平衡配重在所安装的校正面上的角位置来表征。第一平衡配重的质量和角位置可以使用任何合适的方式来确定。根据本示例，第一平衡配重W1的质量和角位置使用振动测量O和第一参考影响矢量H1’来确定。第一参考影响矢量H1’是与转子100生产类型(或产品线)相同的参考转子100的第一校正面152的影响矢量。对于转子100的校正面，特别是对于灵敏校正面上，生产类型相同的转子的参考影响矢量H1’可以是实际影响矢量H1的适当近似值。针对随后执行的第一影响运转和第二影响运转，第一平衡配重W1保持被安装。
方法包括执行第一影响运转的步骤350。实际上，部分平衡和第一影响运转一起实现，即，限定单个步骤，使得影响运转的总数不被增加。第一影响运转通过以下来执行：使转子100以预期的平衡速度运转，并且测量第一基座212和第二基座214处的振动。第一影响运转的振动测量反映了第一平衡配重W1对于转子100的振动的效果，并因此反映了转子100的失衡。可以期望的是，第一平衡配重W1通常将显著减小第一基座212处的振动，并且也可能对于第二基座214处的振动产生效果。这些振动测量被记录为第一振动测量集合R，第一振动测量集合R包括在第一基座212处记录的振动的第一振动信号R1以及在第二基座214处记录的第二振动信号R2。每个振动信号R1、R2包含关于相应的基座处的振动大小和振动相位的信息。作为第一影响运转的结果，实际影响矢量H1根据振动测量R、基础运转振动测量O和第一平衡配重W1来计算。实际的第一影响矢量H1是描述增加至第一校正面的配重对于基座210处检测到的振动的效果的矢量。具体地，第一影响矢量H1的第一分量H11描述了对于第一基座212处的振动的效果，并且第二分量H12描述了对于第二基座212处的振动的效果。每个分量具有大小和相位，即，定义了相量。影响矢量H1通过任何合适的方式来确定，并且在随后的部分中描述至少一些方式。
方法包括执行第二影响运转的步骤360。第二影响运转包括将第一校准配重M1安装到第二校正面154，使转子100以预期的平衡速度运转，并且测量第一基座212和第二基座212处的振动，以及移除第一校准配重M1。振动被记录在第二振动测量集合P中，第二振动测量集合P包括第一基座212的第一振动信号P1和第二基座214的第二振动信号P2。如上所述，每个振动信号均包含与相应基座处的振动大小和振动相位有关的信息。作为第一影响运转的结果，实际影响矢量H2根据振动测量P、振动测量R和第一平衡配重M1来计算。
通常，校准配重是测试质量，测试质量被增加到转子100的校正面150，以便确定测试质量对于转子100在基座210处的振动的效果，从而推断平衡配重将具有的效果。在任何给定时间，仅单个校准配重被增加至转子100，以确定特定校正面(即，增加了校准配重的平面)的响应。
方法包括实现转子100的最终平衡的步骤370。最终平衡包括根据作为第一影响运转和第二影响运转的一部分而测量的振动，将最终平衡配重W1’安装到第一校正面152，并且将第二平衡配重W2安装到第二校正面154。换言之，最终平衡考虑实际的第一影响矢量H1、实际的第二影响矢量H2和部分振动测量R来实现，以减少在较早的步骤S340中已执行了部分平衡之后剩余的振动。
除了第一平衡配重W1之外，最终平衡配重W1’还被增加至第一校正面152，或者备选地，最终平衡配重W1’被增加至第一校正面152，并且第一平衡配重W1被移除。因此，与在较早的步骤中使用第一校正面152来执行部分平衡相反，参考使用第一校正面152执行的最终平衡被称为“最终”平衡配重。然而，最终平衡配重W1’可以备选地被称为另一平衡配重。
最终平衡配重W1’和第二平衡配重W2的质量和角位置可以使用任何合适的方式来确定，并且在本公开的随后的部分中讨论特定示例。
根据一些示例，方法包括提供数据集，该数据集包含在与转子100的生产类型相同的至少一个参考转子100或至少一个参考影响矢量H1’的平衡期间获取的参考振动测量。参考影响矢量H1’是参考转子100的第一校正面152的影响矢量，第一校正面152被用于近似转子100经历平衡的实际影响矢量H1’。在参考振动测量被包含在数据集中、但未提供参考影响矢量H1’的情况下，参考影响矢量H1’可以从参考振动测量来计算。
转子100和参考转子100具有相同的生产线，即，产品类型，因此基本相同。具体地，参考转子100的第一参考校正面152对应于转子100的第一校正面152。已发现，使用参考转子100的影响矢量(即，参考影响矢量)，以近似转子的实际影响矢量使安装到转子100的第一平衡配重W1的质量和角位置值最优化。请注意，已发现某些已知转子的振动响应与质量和角位置值严格相关。随机选择的值的集合因此可能产生较差的振动响应，并最终导致无效的平衡配重。
数据集被用于确定第一平衡配重W1的质量和角位置。更具体地，第一平衡配重W1具有根据基础振动测量集合O和第一参考影响矢量H1’确定的质量和角位。根据本示例，第一参考影响矢量H1’参考数据集来确定。数据集包括参考影响矢量H1’或允许从参考振动测量来计算参考影响矢量H1’。换言之，参考影响矢量H1’描述了平衡配重对于参考转子100的第一校准平面的效果，并且假定转子100的第一校准平面152由相同的影响矢量来描述。
在数据集包含与多个参考转子100或多个参考影响矢量H1’有关的测量的情况下，可以计算平均影响矢量。平均影响矢量具有与参考影响矢量的大小的平均相对应的大小，以及与参考影响矢量H1’的相位的平均相对应的相位。
第一平衡配重W1的质量和角位置使用参考影响矢量H1’来近似，第一平衡配重W1根据以下等式来计算：
W1＝-O1/H11’， (等式1)
即，W1等于负O1除以H11’。根据以上等式1，平衡配重被表示为质量和角位置的矢量函数。质量可以以克为单位来表示，而角位置可以以度为单位来表示。振动响应O1与振动振幅(以毫米/秒表示)和振动的相位角(以度表示)相关。影响矢量具有可以以毫米/秒/克为单位表示的大小和可以以度表示的相位角。
根据本领域，除法被理解为是指大小的除法和相位的差。相应地，W1的计算包括将O1的大小除以H11的大小，以及计算O1和H11之间的相位差。
关于参考转子100近似第一影响矢量H1可以是特别精确的近似，其中校正面150是灵敏校正面。灵敏校正面150由具有相对较大大小的影响矢量来描述，其中生产类型相同的转子的所述大小一致。此外，生产类型相同的转子的灵敏校正面的影响矢量的相位也一致。
使用包含与生产类型相同的至少一个转子有关的信息的数据集，可以标识灵敏校正面。例如，根据本示例，数据集中包含或可以从其中计算的参考影响矢量H1’的大小大于第二校正面154的第二参考影响矢量H2’的大小。第二参考影响矢量H2’是至少一个参考转子100的第二校正面154的影响矢量。参考转子100的第二校正面154对应于转子100的第二校正面154，即，这些校正平面是“相同”的校正面。
根据一些示例，第一参考影响矢量H1’的大小比第二参考影响矢量H2’的大小大至少两倍。根据其他示例，H1’的大小比H2’的大小大至少五倍。根据另外的示例，H1’的大小比H2’的大小大至少十倍。
已发现，对于某些转子，一个基座比另一基座更容易平衡。从技术上讲，这可以反映为，针对一个基座的平衡配重的角位置的确定比针对另一基座的更准确。在参考影响矢量被用于进行所述确定的情况下，期望在参考影响矢量的相位上的较小统计分布。根据这样的示例，数据集包含多个参考转子100的第一校正面152和第二校正面154的多个参考影响矢量H1’、H2’。方法包括在确定多个第一参考影响矢量H1’的相位具有比参考影响矢量H2’的相位更小的分布之后，选择第一基座212用于部分平衡。相位的统计分布可以使用任何合适的方式来计算，例如，方差或标准差。根据一些示例，方法包括在确定以下情况之后选择转子(100)的第一基座(212)以用于部分平衡：与第二校正面(154)的参考影响矢量相对于参考转子(100)的第二基座(214)的相位相比，参考转子(100)的第二校正面(152)的参考影响矢量相对于第一基座(212)的相位具有更大的统计分布。
根据一些示例，H1’的两个分量比H2’的两个分量具有较小的相位分布。换言之，对于基座212、214两者，使用第一校正面152(由H1’描述)比使用第二校正面154(由H2’描述)更精确地确定平衡配重对于第一基座212和第二基座214处的振动的效果。
已发现，对于某些转子，两个基座几乎同样地难以平衡。换言之，从技术上讲，参考影响矢量的相位分布大约相等。在这种情况下，期望通过选择经受更大振动的基座来平衡转子100。根据这样的示例，数据集包含多个参考转子100的第一校正面152和第二校正面154的参考影响矢量；并且其中，方法包括通过以下来选择转子100的第一基座152以进行部分平衡：确定参考转子100的第一基座212的参考影响矢量的相位分布具有近似等于参考转子100的第二基座214的参考影响矢量的相位分布，以及确定作为转子100的基础运转的振动测量的一部分，在第一基座212处检测到的振动大于在第二基座214处检测到的振动测量。
根据一些示例，如上所述的方法足以满足例如由适用标准所设定的振动公差。根据其他示例，期望进一步减小基座处的振动。适当地，方法包括在第二影响运转之后执行第三影响运转。第三影响运转包括将第二校准配重M2安装到第三校正面156，使转子100以预期的平衡速度运转，并且测量第一基座212和/或第二基座214的振动，并移除第二校准配重M2，并且其中第三影响矢量H3借助与推导H2相同的过程来推导。实现转子100的最终平衡包括根据作为部分平衡运转(第一影响运转)、第二影响运转和第三影响运转的一部分而测量到的振动，将最终平衡配重W1’安装到第一校正面152、将第二平衡配重W2安装到第二校正面154并且将第三平衡配重W3安装到第三校正面156。
平衡配重W1’、W2和W3的质量和角位置可以使用以下等式来数值计算。
在最终平衡运转中，来自第一基座212和第二基座214处的残余失衡的总振动V可以由以下等式给出：
V(Wi)i＝1 to 3，＝R+Σ(Hi Wi)i＝1 to 3 (等式2)，
即，与平衡配重W1’、W2和W3相关的V等于R加上每个平衡配重及其对应影响矢量的乘积之和。借助非线性系统优化数值方法，平衡配重配重W1’、W2和W3被计算为满足：
V(Wi)i＝1 to 3→0 (等式3)，
即，与平衡配重W1’、W2和W3相关的总振动V趋于零。
根据本示例，如上所述的方法被提供在诸如硬盘或光盘的计算机可读介质上。即，在计算机可读介质上提供了用于实现上述方法、特别是参考步骤S300至S370的指令。例如，使用适当的编程语言，可以提供用于执行方法的软件应用程序。更具体地，计算机可读介质可以被配置为指示处理单元以实现方法的某些步骤，并且可以被配置为指示操作员实现方法的其他步骤。例如，步骤S300、S310、S320可以由操作员执行。操作员可以实现的其他步骤包括配重的安装。
计算机可读介质还可以包含数据集，从而向软件应用程序提供对数据集的访问，以执行方法的一些步骤。根据一些示例，计算机可读介质被配置为指示处理单元(例如，中央处理单元)使用数据集来计算第一平衡配重W1的质量和角位置。
计算机可读介质可以是平衡机200的一部分。换言之，平衡机200包括计算机可读介质。
上面讨论的示例转子100包括两个轴承140、142。更一般地，具有任何数量的轴承的转子可以使用本公开来平衡。例如，这样的转子可以包括三个或更多个轴承。
以上讨论的示例转子100包括三个校正面150。更一般地，具有任意数量的校正面的转子可以使用本公开来平衡。例如，这样的转子可以包括三个或更多个校正面。
注意，与本说明书同时或在本说明书之前提交的与本申请有关的所有文章和文件连同本说明书公开供公共查阅，所有这些文章和文件的内容通过引用并入本文。
除了其中这样的特征和/或步骤中的至少一些的组合是互斥的情况以外，在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合。
除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由具有相同、等同或相似目的的备选特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列等同或相似特征的示例。本发明不限于(一个或多个)前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

Claims (11)

1.一种针对燃气轮机的转子平衡方法，所述方法包括：
提供一个转子(100)，所述转子(100)包括：
一个第一轴承(140)和一个第二轴承(142)，以及多个校正面(150)，所述多个校正面(150)包括一个第一校正面(152)和一个第二校正面(154)；
通过将所述第一轴承(140)接纳在一个第一基座(212)上并且将所述第二轴承(142)接纳在一个第二基座(214)上来安装所述转子(100)以用于平衡；
通过以下来执行基础运转：
使所述转子(100)以预期的平衡速度运转并且测量所述第一基座(212)处的振动；
通过以下来实现部分平衡和所述转子(100)的第一影响运转：
将第一平衡配重(W1)安装到所述第一校正面(152)，以减少所述第一基座(212)处的振动；
使所述转子(100)以所述预期的平衡速度运转，并且测量所述第一基座(212)和所述第二基座(214)处的振动；
对于所有随后的影响运转，使所述第一平衡配重(W1)处于安装状态；
通过以下来执行第二影响运转：
将第一校准配重安装到所述第二校正面(154)，使所述转子(100)以所述预期的平衡速度运转并且测量所述第一基座(212)和所述第二基座(214)处的振动，以及移除所述第一校准配重；
通过以下来实现所述转子(100)的最终平衡：根据作为所述第一影响运转和所述第二影响运转的一部分而测量到的所述振动，将最终平衡配重(W1’)安装到所述第一校正面(152)，并且将第二平衡配重(W2)安装到所述第二校正面(154)；
其中将额外于所述第一平衡配重(W1)之外的所述最终平衡配重(W1’)安装到所述第一校正面(152)，或是将所述最终平衡配重(W1’)添加到所述第一校正面(152)并且将所述第一平衡配重(W1)移除；
其中所述方法还包括：提供一个数据集，所述数据集包含在与所述转子(100)的生产类型相同的至少一个参考转子的平衡期间获得的参考振动测量，或至少所述第一校正面(152)的第一参考影响矢量，其中所述第一参考影响矢量是与所述转子(100)生产类型相同的参考转子的所述第一校正面(152)的影响矢量；
其中将所述第一平衡配重(W1)安装包括使用所述数据集来确定所述第一平衡配重(W1)的质量和角位置，以减少所述第一基座(212)处的振动；以及
其中所述第一参考影响矢量的大小大于所述第二校正面(154)的第二参考影响矢量的大小，其中所述第二参考影响矢量是所述参考转子的所述第二校正面(154)的影响矢量，并且其中所述第二参考影响矢量或者被包含在所述数据集中，或者能够从所述数据集的所述振动测量计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据集包含多个参考转子的第一校正面(152)的第一参考影响矢量和第二校正面(154)的第二参考影响矢量；并且其中所述方法包括：在确定与所述参考转子的所述第二校正面(154)的所述第二参考影响矢量的相位相比，所述参考转子的所述第一校正面(152)的所述第一参考影响矢量的相位具有更小的统计分布之后，选择所述转子(100)的所述第一基座(212)以用于部分平衡。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据集包含多个参考转子的第二校正面(154)的第二参考影响矢量；并且其中所述方法包括：在确定与所述第二校正面(154)的所述第二参考影响矢量相对于所述参考转子的所述第二基座(214)的相位相比，所述参考转子的所述第一校正面(152)的所述第一参考影响矢量相对于所述第一基座(212)的相位具有更大的统计分布之后，选择所述转子(100)的所述第一基座(212)以用于部分平衡。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据集包含所述第二校正面(154)的多个第二参考影响矢量，其中所述第二参考影响矢量是多个参考转子的影响矢量；以及
其中所述方法包括通过以下来选择所述转子(100)的所述第一基座(212)以用于部分平衡：
确定所述参考转子的所述第一基座(212)的参考影响矢量的相位的统计分布近似等于所述参考转子的所述第二基座(214)的参考影响矢量的相位的统计分布，以及
确定作为所述转子(100)的所述基础运转的振动测量的一部分，在所述第一基座(212)处检测到的振动大于在所述第二基座(214)处检测到的振动。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将第一平衡配重(W1)安装包括从所述第一校正面(152)的所述第一参考影响矢量计算平均影响矢量，以确定所述第一平衡配重(W1)的所述质量和所述角位置。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：
通过以下来执行所述第二影响运转之后的第三影响运转：
将第二校准配重安装到第三校正面(156)，
使所述转子(100)以所述预期的平衡速度运转并且测量所述第一基座(212)和/或所述第二基座(214)处的振动，以及
移除所述第二校准配重；以及
其中作为实现所述转子(100)的最终平衡的一部分，将所述最终平衡配重(W1’)和所述第二平衡配重(W2)安装还包括：根据作为所述第一影响运转、所述第二影响运转和所述第三影响运转的一部分而测量到的所述振动，将第三平衡配重(W3)安装到所述第三校正面(156)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述预期的平衡速度是在所述转子(100)的第一速度处或在所述第一速度附近的全操作速度，出于平衡考虑，所述转子的模态振型在所述第一速度处变得显著。
8.一种计算机可读介质，包含用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的指令。
9.根据权利要求8所述的计算机可读介质，所述计算机可读介质包含数据集，所述数据集包含在与转子(100)的生产类型相同的至少一个参考转子的平衡期间获得的参考振动测量，或至少第一校正面(152)的第一参考影响矢量，其中所述第一参考影响矢量是与所述转子(100)生产类型相同的参考转子的所述第一校正面(152)的影响矢量。
10.根据权利要求9所述的计算机可读介质，其中所述计算机可读介质被配置为指示一个处理单元使用所述数据集来计算所述第一平衡配重(W1)的质量和角位置。
11.一种平衡机(200)，包括根据权利要求8至10中任一项所述的计算机可读介质，其中所述平衡机(200)包括所述第一基座(212)和所述第二基座(214)。
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PB01 Publication
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Applicant after: Siemens energy Global Co.,Ltd.

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GR01 Patent grant
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