一种双叶轮转子动平衡的测试方法

本发明属于旋转机械动平衡测试，具体涉及一种双叶轮转子轴流风机动平衡的测试方法。

背景技术：

1、动平衡测试是保障旋转机械安全稳定运行的关键技术手段。对于双叶轮转子轴流风机，其具有双级叶轮、可调叶片及长跨度轴系的复杂结构，不平衡故障可能发生在驱动端或非驱动端，且不平衡类型可能为静不平衡、动不平衡或混合不平衡。准确判定不平衡点的轴向位置、不平衡量大小及相位，是实现精准在线动平衡校正的前提。

2、然而，现有动平衡测试方法多为通用型刚性转子或柔性转子的离线平衡方法，存在以下不足：一是缺乏针对轴流风机双端叶轮结构的专用测试方法，难以区分不平衡点位于驱动端还是非驱动端；二是缺乏可控的不平衡量施加与标定手段，无法建立可靠的不平衡量与振动响应之间的定量映射关系；三是缺乏标准化的在线动平衡定量分级标准，导致动平衡分析算法难以验证。因此，亟需一种能够落地实施的、面向双叶轮转子轴流风机的动平衡测试方法。

技术实现思路

1、技术问题：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种双叶轮转子动平衡的测试方法，解决双叶轮转子轴流风机不平衡点轴向位置难以判定、不平衡量及相位难以定量识别、以及动平衡分析算法缺乏验证手段的问题。

2、技术方案：本发明的一种双叶轮转子动平衡的测试方法包括以下步骤：

3、s1：在双叶轮转子动平衡测试装置中，轴承箱盖上的驱动端振动传感器紧固螺孔和非驱动端振动传感器紧固螺孔处分别安装三轴振动加速度传感器，并在联轴器上的键相定位反光条对应位置安装激光传感器作为参考零相位点，风机稳定运行后同步采集轴承箱盖两端的振动信号及联轴器的键相脉冲信号，作为原始平衡状态的基准数据；

4、s2：在轮毂螺栓端面或叶片根部安装已知质量的标准质量块，或通过去除部分叶片的方式引入可控不平衡量，并记录其相对于参考零相位点的周向安装角度；

5、s3：风机再次稳定运行后，同步采集驱动端振动传感器紧固螺孔和非驱动端振动传感器紧固螺孔处的振动信号及联轴器的键相脉冲信号，经时频域分析提取1倍频波峰点幅值及相位信息，并与步骤s1的基准数据对比，建立不平衡量与1倍频波峰点幅值的映射关系；

6、s4：依据该映射关系，在风机实际运行时根据振动信号逆向计算出不平衡量大小及相位，实现风机在线动平衡测试的定量分析。

7、在步骤s3中，所述时频域分析包括：对振动数据先进行希尔伯特变换得到包络信号，再对包络信号进行低通滤波，截止频率为主轴频率的2倍，最后根据同时刻的键相脉冲信号确定1倍频的振动波峰值及相对相位。

8、在步骤s4中，所述逆向计算包括根据风机实际运行时的振动信号经过时频域分析后得到1倍频的振动波峰值及相对相位，再根据步骤s3得到的映射关系求解不平衡量。

9、所述的双叶轮转子动平衡测试采用的装置包括：

10、底座作为整个试验台的基础支撑结构；

11、风机支撑板设置于所述底座上方；

12、圆柱滚子设置于所述风机支撑板与所述底座之间，形成滚动摩擦副；

13、压板设置于所述风机支撑板上方，通过压板螺钉与所述底座固定连接，用于固定风机试验台防止侧翻和抑制额外结构振动；

14、两个轴承箱支架底部通过螺栓与所述风机支撑板固定连接，所述轴承箱支架的上部与轴承箱支架上半部通过螺栓连接固定；

15、轴承箱盖的上下两部分分别与所述轴承箱支架及轴承箱支架上半部连接形成完整轴承箱，所述轴承箱盖上开设有振动传感器紧固螺孔和温度传感器安装螺孔，用于测量风机的振动和轴承箱内轴承的外圈温度；

16、轴承设置于所述轴承箱内的轴承座里，在轴承箱盖两端分别对称为支撑风机的驱动端与非驱动端，轴承内圈安装在主轴上；

17、风机轮毂设置于双叶轮转子轴流风机的两端，风机轮毂的中心通过四个周向均布的平键与主轴的键槽形成键连接，实现扭矩传递和周向固定；

18、叶片根部设有叶柄，叶柄周向均布开度刻度，叶柄嵌装于螺孔侧轮毂与螺纹侧轮毂之间的环形槽内；

19、风机管道套设于所述风机轮毂外部，分为上下两部分，中间和两端均设有支撑边防止机壳变形，通过机壳螺栓连接，所述风机管道的机壳底部固定边设置于所述风机支撑板上并固定，所述轴承箱支架下面的四个脚从所述风机管道穿出；

20、压力传感器测孔设置于所述风机管道进、出风口处的周边；

21、拉力传感器设置于所述风机管道进风口侧，分别通过两个螺杆与左侧风机支撑板和右侧固定块连接，用于对试验台的轴向载荷进行测量与控制；施加轴向拉力或推力，模拟控制和测量风机轴向载荷工况；

22、电机通过电机座与所述底座螺栓连接，所述电机通过联轴器与所述主轴连接，联轴器周向设有键相定位反光条，通过激光传感器确定参考零相位点。

23、所述圆柱滚子沿所述风机支撑板纵向中心线两边对称布置，圆柱滚子的宽度与所述风机支撑板滚道凹槽宽度匹配；所述压板通过压板螺钉与所述底座连接，通过调节压板螺钉预紧力控制所述风机支撑板的侧向约束刚度，在允许轴向位移的同时提供横向稳定性。

24、所述轴承箱支架的上下两部分通过高强螺栓连接，轴承箱支架的四个支撑脚从风机管道穿出用螺栓紧固在风机支撑板上，结合面设有定位凹槽保证对中精度。

25、所述轴承在轴承箱盖左右两边各有两个并排设置，分别是圆柱滚子轴承和角接触球轴承，两边对称布置；圆柱滚子轴承位于外侧主要承受径向载荷，角接触球轴承位于内侧承受径向和双向轴向联合载荷，两轴承之间设有隔套调整预紧力。

26、所述风机轮毂由螺孔侧轮毂和螺纹侧轮毂用轮毂螺栓连接固定，所述螺纹侧轮毂被主轴轴肩定位，所述螺孔侧轮毂被紧固螺母轴向锁紧。

27、所述叶片的开度刻度调节范围为0°至+360°，绕风机轴线独立旋转调节角度并由轮毂螺栓径向锁紧，实现叶片开度固定。

28、所述风机管道的支撑边为环形加强筋结构，上下两半结合面设有密封槽和密封垫。

29、有益效果：本发明与现有技术相比的优点在于：

30、（1）通过在驱动端和非驱动端同步布置振动传感器，并结合联轴器处的键相同步信号，实现了两端动平衡振动数据与转子旋转相位的同步采集，能够准确建立不平衡量与振动响应的映射关系；

31、（2）采用已知质量的标准质量块方式施加可控不平衡量，根据公式u=m·r 精确计算不平衡量，并记录周向安装角度，为动平衡测试提供了可溯源的标定真值；

32、（3）通过包络分析、低通滤波结合键相脉冲的时频域分析方法，精确提取1倍频波峰点幅值及相位，有效提高了不平衡量识别的精度；

33、（4）通过建立不平衡量与1倍频波峰点幅值的映射关系，在风机实际运行时可逆向计算出不平衡量大小及相位，实现了从试验标定到在线应用的闭环动平衡测试方法；

34、（5）通过预设不同等级的不平衡量，实现了动平衡状态的轻度、中度、重度三级定量分级，为风机在线监测阈值设定及动平衡分析算法验证提供了试验依据。