CN113432789B - 一种旋转机械动平衡配重在线测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋转机械动平衡配重在线测试装置，包括壳体，转子安装在壳体内，并能够相对壳体转动，所述壳体表面连接有振动监测单元，壳体上沿转子周向均匀固定有至少三个电磁铁，所述电磁铁分别与电流控制器电连接，所述转子表面具有标记点，转子外侧还固定有朝向标记点的识别单元，所述识别单元通信连接有转速监测单元。本发明还提供了动平衡配重在线测试方法。本发明的优点在于：通过控制多个电磁铁上的电流大小，为转子提供不同强度和方向的吸引力，从而模拟配重的效果，实现在转动过程中向转子施加配重的目的，从而实现机械动平衡配重的在线测试，调整方便，能够一次测试确定配重位置和大小，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机械转动平衡故障诊断技术领域，尤其涉及一种旋转机械动平衡配重在线测试装置及方法。
背景技术
旋转机械在运行的过程中，转子出现不平衡是必然的，特别是高速回转的机械振动，转子不平衡是其主要激振力；如风机、水泵、汽轮发电机组等等，其振动主要原因是转子不平衡，因此解决转子不平衡是消除现场运行振动的一项重要措施，而转子产生不平衡的原因是由于转子部件质量偏心等原因造成的，所以为了使转子部件的质量偏心状况达到改善，往往需要进行现场动平衡试验，通过监测转子的振动数据来进行动平衡加重以改善转子的质量偏心的问题，保障旋转机械长期稳定的运行。但是现有的动平衡实现，往往需要在设备启动后测量振动数据进行分析，然后在设备完全停止后才能进行试加重，而试加重后的效果还需要再次启动设备检验加重效果，如果效果不理想就需要频繁的启停设备，耗费大量时间，并且可能对设备造成一定损伤。
公开号为CN111005768A的发明专利申请公开了一种航空发动机转子电磁配重装置，在转子叶片上固定永磁体，在静子外部设置电磁铁，通过控制电磁铁的电流对改变对永磁体的吸附力，从而调整转子的配重，以降低转子重量；该方案主要目的是降低转子自身的重量，借助电磁力的效果产生配重，并未解决转子自身不平衡的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够在线实时调整电磁力大小，以平衡转子质量的转子配重在线测试装置及方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种旋转机械动平衡配重在线测试装置，包括壳体，转子安装在壳体内，并能够相对壳体转动，所述壳体表面连接有振动监测单元，壳体上沿转子周向均匀固定有至少三个电磁铁，所述电磁铁分别与电流控制器电连接，所述转子表面具有标记点，转子外侧还固定有朝向标记点的识别单元，所述识别单元通信连接有转速监测单元。
本发明通过识别单元和转速监测单元能够获得相邻两次观察到标记点时的时间差，从而大致确定转子的转速，通过振动监测单元能够获得转子的振动情况，基于现有技术可以确定转子上的理论配重位置和大小，在此基础上，控制多个电磁铁上的电流大小，为转子提供不同强度和方向的吸引力，从而模拟配重的效果，实现在转动过程中向转子施加配重的目的，并且能够根据后续试验情况调整电磁铁的电流大小，从而实现机械动平衡配重的在线测试，调整方便，能够一次测试确定配重位置和大小，提高效率。
优选的，所述振动监测单元、电流控制器和转速监测单元分别与控制器通信连接，所述控制器能够显示转子转动过程中的参数和发出控制信号。
优选的，所述标记点为贴附在转子上的反光条，所述识别单元为激光传感器，所述转速监测单元根据两次识别到标记点的时间差确定转子转速。
本发明还提供了一种旋转机械动平衡配重在线测试方法，包括
步骤A：令转子自由转动，基于振动监测单元和识别单元记录转子的振动情况和转速；
步骤B：基于转子在不同时刻的振动情况和对应时刻标记点的位置，确定转子上的配重位置和大小；
步骤C：通过电流控制器分别控制每一个电磁铁的电流大小，通过电磁力在转子上施加配重；
步骤D：重复步骤A—C，直到转子振动在标准范围内，记录配重位置和大小。
优选的，步骤A中，基于识别单元相邻两次观察到标记点的时间差确定转子在这一圈的转速。
优选的，步骤C中，确定加载配重的位置和大小后，基于电磁铁与标记点的相对位置和配重与标记点的相对位置确定电磁铁与配重的相对位置，查找配重位置前后相邻的两个电磁铁，则两个电磁铁提供的电磁力分别为：
其中，F1为第一个电磁铁对转子的电磁力，F2为第二个电磁铁对转子的电磁力，α为两个电磁铁相对转子转轴的圆心角，θ为第一个电磁铁与配重方向相对于转子转轴的圆心角，F为配重施加在转子上的离心力。
优选的，控制转子以匀速或固定的函数改变转速进行转动，根据配重加载位置与电磁铁的夹角变化规律确定每个电磁铁提供的电磁力的变化规律，并控制电流控制器实时调整各电磁铁的电流变化，使电磁铁综合作用下对转子施加的电磁力始终与配重的位置和大小对应。
本发明提供的旋转机械动平衡配重在线测试装置及方法的优点在于：通过识别单元和转速监测单元能够获得相邻两次观察到标记点时的时间差，从而大致确定转子的转速，通过振动监测单元能够获得转子的振动情况，基于现有技术可以确定转子上的理论配重位置和大小，在此基础上，控制多个电磁铁上的电流大小，为转子提供不同强度和方向的吸引力，从而模拟配重的效果，实现在转动过程中向转子施加配重的目的，并且能够根据后续试验情况调整电磁铁的电流大小，从而实现机械动平衡配重的在线测试，调整方便，能够一次测试确定配重位置和大小，提高效率。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的旋转机械动平衡配重在线测试装置的示意图；
图2为本发明的实施例提供的旋转机械动平衡配重在线测试装置的电磁铁对转子作用力的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种旋转机械动平衡配重在线测试装置，包括壳体1，转子2安装在壳体1内，并能够被驱动转动，壳体1表面连接有振动监测单元3，壳体1上沿转子2周向均匀固定有至少三个电磁铁11，所述电磁铁11分别与电流控制器4电连接，所述转子2表面具有标记点21，转子2外侧还固定有朝向标记点21的识别单元6，所述识别单元6通信连接有转速监测单元61。
本实施例通过识别单元6和转速监测单元61能够获得相邻两次观察到标记点21时的时间差，从而大致确定转子2的转速，通过振动监测单元3能够获得转子2的振动情况，基于现有技术可以确定转子2上的理论配重位置和大小，在此基础上，控制多个电磁铁11上的电流大小，为转子2提供不同强度和方向的吸引力，从而模拟配重的效果，实现在转动过程中向转子2施加配重的目的，并且能够根据后续试验情况调整电磁铁11的电流大小，从而实现机械动平衡配重的在线测试。
所述振动监测单元3、电流控制器4和转速检测单元61还分别与一控制器5通信连接，所述控制器5能够显示转子转动过程中的参数和发出控制信号，本实施例汇总，所述控制器5通信连接一计算机51，所述计算机为台式电脑、笔记本电脑、平板电脑中的至少一种，主要用于显示参数和输入控制逻辑及指令。
所述标记点21为贴附在转子2上的反光条，所述识别单元6为激光传感器，所述转速监测单元61根据相邻两次识别到标记点21的时间差确定转子2转速。
本实施例还提供了一种旋转机械动平衡配重在线测试方法，包括：
步骤A：令转子2自由转动，基于振动监测单元3和识别单元61记录转子2的振动情况和转速；
其中，基于识别单元6相邻两次观察到标记点21的时间差确定转子2在这一圈的转速
步骤B：基于转子2在不同时刻的振动情况和对应时刻标记点21的位置，确定转子2上的配重位置和大小；
步骤C：通过电流控制器4分别控制每一个电磁铁11的电流大小，通过电磁力在转子2上施加配重；
参考图2，确定加载配重的位置和大小后，基于电磁铁11与标记点21的相对位置和配重与标记点21的相对位置确定电磁铁11与配重的相对位置，查找配重位置前后相邻的两个电磁铁11，在这两个电磁铁11上加载电流以向转子2提供负重，两个电磁铁11提供的电磁力的大小应满足以下条件：
求解得到两个电磁铁11提供的电磁力分别为：
其中，F1为第一个电磁铁(图2中电磁铁B)对转子的电磁力，F2为第二个电磁铁(图2中电磁铁A)对转子的电磁力，α为两个电磁铁相对转子转轴的圆心角，θ为第一个电磁铁与配重方向相对于转子转轴的圆心角，F为配重施加在转子上的离心力。
步骤D：重复步骤A—C，直到转子2的振动幅度在标准范围内，记录配重位置和大小。
基于以上公式，控制转子2以匀速或固定的函数改变转速进行转动，根据配重加载位置与电磁铁11的夹角变化规律确定每个电磁铁11提供的电磁力的变化规律，并通过电流控制器4实时调整各电磁铁11的电流变化，使电磁铁11综合作用下对转子2施加的电磁力始终与配重的位置和大小对应，由此实现转子2配重的在线测试和调整，提高测试效率，能够连续调整，使用方便。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种旋转机械动平衡配重在线测试方法，其特征在于：应用旋转机械动平衡配重在线测试方法的旋转机械动平衡配重在线测试装置包括壳体，转子安装在壳体内，并能够相对壳体转动，所述壳体表面连接有振动监测单元，壳体上沿转子周向均匀固定有至少三个电磁铁，所述电磁铁分别与电流控制器电连接，所述转子表面具有标记点，转子外侧还固定有朝向标记点的识别单元，所述识别单元通信连接有转速监测单元；
旋转机械动平衡配重在线测试方法包括：
步骤A：令转子自由转动，基于振动监测单元和识别单元记录转子的振动情况和转速；
步骤B：基于转子在不同时刻的振动情况和对应时刻标记点的位置，确定转子上的配重位置和大小；
步骤C：通过电流控制器分别控制每一个电磁铁的电流大小，通过电磁力在转子上施加配重；确定加载配重的位置和大小后，基于电磁铁与标记点的相对位置和配重与标记点的相对位置确定电磁铁与配重的相对位置，查找配重位置前后相邻的两个电磁铁，则两个电磁铁提供的电磁力分别为：
其中，F1为第一个电磁铁对转子的电磁力，F2为第二个电磁铁对转子的电磁力，α为两个电磁铁相对转子转轴的圆心角，θ为第一个电磁铁与配重方向相对于转子转轴的圆心角，F为配重施加在转子上的离心力；
步骤D：重复步骤A—C，直到转子振动在标准范围内，记录配重位置和大小，控制转子以匀速或固定的函数改变转速进行转动，根据配重加载位置与电磁铁的夹角变化规律确定每个电磁铁提供的电磁力的变化规律，并控制电流控制器实时调整各电磁铁的电流变化，使电磁铁综合作用下对转子施加的电磁力始终与配重的位置和大小对应。
2.根据权利要求1所述的一种旋转机械动平衡配重在线测试方法，其特征在于：步骤A中，基于识别单元相邻两次观察到标记点的时间差确定转子在这一圈的转速。
3.一种应用权利要求1-2任一项所述的旋转机械动平衡配重在线测试方法的旋转机械动平衡配重在线测试装置，其特征在于：包括壳体，转子安装在壳体内，并能够相对壳体转动，所述壳体表面连接有振动监测单元，壳体上沿转子周向均匀固定有至少三个电磁铁，所述电磁铁分别与电流控制器电连接，所述转子表面具有标记点，转子外侧还固定有朝向标记点的识别单元，所述识别单元通信连接有转速监测单元；通过控制多个电磁铁上的电流大小，为转子提供不同强度和方向的吸引力模拟配重，通过调整电磁铁的电流大小，实现机械动平衡配重的在线测试。
4.根据权利要求3所述的一种旋转机械动平衡配重在线测试装置，其特征在于：所述振动监测单元、电流控制器和转速监测单元分别与控制器通信连接，所述控制器能够显示转子转动过程中的参数和发出控制信号。
5.根据权利要求3所述的一种旋转机械动平衡配重在线测试装置，其特征在于：所述标记点为贴附在转子上的反光条，所述识别单元为激光传感器，所述转速监测单元根据两次识别到标记点的时间差确定转子转速。
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