一种柔性转子动平衡配重预测方法与流程

1.本发明涉及柔性转子动平衡技术领域，特别是涉及一种柔性转子动平衡配重预测方法。


背景技术：

2.柔性转子的工作转速在转子一阶临界之上，在通过临界转速时会产生较大的振动，振动对于转子系统有多方面的危害，振幅过大时转子会和静止结构发生碰摩，使转子无法继续升速通过临界转速，甚至导致转子和支承部件产生塑性变形。即使顺利通过临界转速，若在工作转速时残余振动较大也会影响转子的稳定性。为了消除或限制转子振动，首先考虑的方法是对转子进行动平衡，使剩余不平衡量在许可的范围之内，让转子顺利通过临界转速并在工作转速下有较好的振动表现。
3.而当前转子在接近临界转速时振幅过大，会与静止件发生碰撞。为防止碰撞只能在临界转速前进行试重和平衡，但临界转速前转子模态为各阶模态的混合，使用影响系数法求得配重为转子各阶模态广义力叠加后对应配重质量，并非仅对应一弯临界的配重质量。这就使得一次平衡后的转子在平衡转速振幅降低，但随着继续升速振幅仍会增大，最终仍无法通过临界转速。只能在相较上一次更接近临界的转速重新试重，进行二次动平衡；如此反复直至最终通过临界。该方法需多次启停、试重来使转子逐渐接近临界转速，最终实现对一弯模态的动平衡目标，平衡效率较低，且需要动平衡人员有较丰富的动平衡经验。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于单平面影响系数法的柔性转子动平衡配重预测方法。
5.为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
6.一种柔性转子动平衡配重预测方法，包括以下步骤：
7.步骤1：将转子运转至振幅允许范围内的最高转速，选定最高转速前的一段转速区间，并记录该转速区间内若干转速点的振动矢量，记为初始振动矢量；
8.步骤2：增加试重，再次记录该转速区间内各转速点的振动矢量，记为试重振动矢量；并根据公式(1)计算各转速点内的影响系数；
[0009][0010]
其中，i为转速区间内的某一转速点；ai为某一转速点的影响系数；ai为某一转速点的初始振动矢量；bi为某一转速点的试重振动矢量；m为试重质量；
[0011]
步骤3：根据步骤2计算所得的各转速点的影响系数，利用公式(2)求取各转速点对应的配重质量；
[0012][0013]
mi为各转速点对应的配重质量；
[0014]
步骤4：将步骤3所得的各转速点对应的配重质量进行拟合，得到以转速为自变量配重质量为因变量的拟合曲线；
[0015]
步骤5：建立转子数值模型，求取转子的临界转速；将临界转速作为自变量带入步骤4所得拟合曲线中，读取对应的因变量作为拟合结果，所述拟合结果即为该转子达到临界转速动平衡所需配重。
[0016]
在上述技术方案中，步骤2中，所述试重的质量为0.5-1.0g。
[0017]
在上述技术方案中，步骤4中，以有理数逼近函数f(x)＝(p1)/(x q1)进行拟合，有理数逼近函数是通过多次函数模拟试验结果对比总结出来的准确度最高的拟合函数类型。
[0018]
在上述技术方案中，步骤5中，使用拉格朗日法建立转子数值模型。
[0019]
在上述技术方案中，还包括步骤6：评估拟合结果的可靠性。评估方法为，根据各转速点对应的配重质量和拟合曲线计算拟合方差。
[0020]
在上述技术方案中，由于转子中部弯曲较大，振幅、试重真实值与观测值之间误差等原因都会导致拟合结果差；当拟合方差小于或等于0.01时；拟合结果可靠；
[0021]
当拟合方差大于或等于0.02时，拟合结果不可靠；
[0022]
当拟合方差大于0.01且小于0.02时，拟合结果待确认。
[0023]
在上述技术方案中，当拟合结果不可靠时，进行二次动平衡配重预测。
[0024]
在上述技术方案中，所述二次动平衡配重预测的方法，包括以下步骤：
[0025]
步骤a：将转子运转至振幅允许范围内的最高转速，选定最高转速前的一段转速区间，并记录该转速区间内若干转速点的振动矢量，记为初始振动矢量；
[0026]
步骤b：以拟合结果作为试重质量，再次记录该转速区间内各转速点的振动矢量，记为二次拟合振动矢量；并根据公式(1)计算各转速点内的二次拟合影响系数；
[0027][0028]
其中，i为转速区间内的某一转速点；a
′i为某一转速点的二次拟合影响系数；a
′i为某一转速点的初始振动矢量；b
′i为某一转速点的二次拟合振动矢量；m
′
为拟合结果；
[0029]
步骤c：根据步骤b计算所得的各转速点的二次拟合影响系数，利用公式(2)求取各转速点对应的配重质量；
[0030][0031]m′i为各转速点对应的配重质量；
[0032]
步骤d：将步骤c所得的各转速点对应的配重质量进行二次拟合，得到以转速为自变量配重质量为因变量的二次拟合曲线；
[0033]
步骤e：建立转子数值模型，求取转子的临界转速；将临界转速作为自变量带入步骤4所得二次拟合曲线中，读取对应的因变量作为二次拟合结果，所述二次拟合结果即为二次拟合预测的该转子达到临界转速动平衡所需配重。
[0034]
在上述技术方案中，评估二次拟合结果的可靠性。
[0035]
在上述技术方案中，若拟合结果未不可靠，重复二次动平衡配重预测，直至二次拟合结果可靠。
[0036]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0037]
1.本发明提供的基于单平面影响系数法的柔性转子动平衡配重预测方法，通过研究转子理论模型在临界转速前影响系数变化规律，得出转子在临界转速附近使用单平面影响系数法计算配重质量随平衡转速单调减小的规律，根据该规律预测临界转速的配重质量，减少动平衡次数，提高平衡效率。
[0038]
2.本发明提供的基于单平面影响系数法的柔性转子动平衡配重预测方法，能在临界转速前较准确的预测最终所需配重质量，预测较为准确，对于超过一半的初始弯曲较小的转子能在一次平衡后通过临界转速，或再经小幅微调最终通过临界，减少动平衡次数，提高了动平衡效率。过程简单，拟合结果即该转子达到临界转速动平衡所需配重，
[0039]
3.本发明提供的基于单平面影响系数法的柔性转子动平衡配重预测方法，对拟合结果进行可靠性评估，对不可靠的拟合结果进行二次动平衡配重预测，减少了动平衡次数，提高了动平衡效率。
附图说明
[0040]
图1所示为实施例2中得到的以转速为自变量配重质量为因变量的拟合曲线；
[0041]
图2所示为实施例3中得到的以转速为自变量配重质量为因变量的拟合曲线。
具体实施方式
[0042]
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0043]
实施例1
[0044]
一种柔性转子动平衡配重预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0045]
步骤1：将转子运转至振幅允许范围内的最高转速，选定最高转速前的一段转速区间，并记录该转速区间内若干转速点的振动矢量，记为初始振动矢量；
[0046]
步骤2：增加试重，再次记录该转速区间内各转速点的振动矢量，记为试重振动矢量；并根据公式(1)计算各转速点内的影响系数；
[0047][0048]
其中，i为转速区间内的某一转速点；ai为某一转速点的影响系数；ai为某一转速点的初始振动矢量；bi为某一转速点的试重振动矢量；m为试重质量；
[0049]
步骤3：根据步骤2计算所得的各转速点的影响系数，利用公式(2)求取各转速点对应的配重质量；
[0050][0051]
mi为各转速点对应的配重质量；
[0052]
步骤4：将步骤3所得的各转速点对应的配重质量进行拟合，得到以转速为自变量配重质量为因变量的拟合曲线；
[0053]
步骤5：建立转子数值模型，求取转子的临界转速；将临界转速作为自变量带入步骤4所得拟合曲线中，读取对应的因变量作为拟合结果，所述拟合结果即为该转子达到临界转速动平衡所需配重。
[0054]
上述预测方法通过研究转子理论模型临界转速前影响系数的变化规律，得出转子在临界转速附近使用单平面影响系数法计算配重质量随平衡转速单调减小的规律，根据该规律预测临界转速的配重质量，减少动平衡次数，提高平衡效率。
[0055]
实施例2
[0056]
本实施例是基于实施例1中的方法，对一台柔性转子进行动平衡配重预测。
[0057]
一种柔性转子动平衡配重预测方法，该方法是基于单平面影响系数法的，包括以下步骤：
[0058]
步骤1：将转子运转至振幅允许范围内最高转速46hz，记录最后5hz区间内，即42-46hz区间内42hz、43hz、44hz、45hz、46hz处的振幅和相位值，记为初始振动矢量；
[0059]
步骤2：停机增加0.5g试重并再次启动，再次记录42hz、43hz、44hz、45hz、46hz处的振幅和相位值，记为试重振动矢量；
[0060]
根据公式(1)计算各转速点内的影响系数；
[0061][0062]
其中，i为转速区间内的某一转速点；ai为某一转速点的影响系数；ai为某一转速点的初始振动矢量；bi为某一转速点的试重振动矢量；m为试重质量；
[0063]
步骤3：根据步骤2计算所得的各转速点的影响系数，利用公式(2)求取各转速点对应的配重质量；
[0064][0065]
mi为各转速点对应的配重质量；
[0066]
最终计算结果为，42hz转速对应的配重质量为3.9g；43hz转速对应的配重质量为3.5g；44hz转速对应的配重质量为3.1g；45hz转速对应的配重质量为2.8g；46hz转速对应的配重质量为2.6g；
[0067]
步骤3：将步骤3所得的各转速点对应的配重质量以有理数逼近函数f(x)＝(p1)/(x q1)进行拟合，得到以转速为自变量配重质量为因变量的拟合曲线，如图1所示；
[0068]
步骤4：使用拉格朗日法建立转子数值模型，求取该转子的临界转速为57hz；临界转速57hz在步骤3所得拟合曲线上对应的因变量1.28g即为该转子达到临界转速动平衡所需配重。
[0069]
步骤5：计算方差值评估拟合结果的可靠性。
[0070]
根据拟合曲线计算拟合方差为＝0.00222。方差值小于0.01，可以按照拟合结果进行配重。
[0071]
按照1.28g配重后，柔性转子顺利达到临界转速，表明此次动平衡配重预测方法准确。
[0072]
实施例3
[0073]
本实施例是基于实施例1中的方法，对另一台柔性转子进行动平衡配重预测。
[0074]
应用实施例2中的方法，步骤3计算结果为42hz转速对应的配重质量为1.558g；43hz转速对应的配重质量为1.249g；44hz转速对应的配重质量为1.186g；45hz转速对应的配重质量为1.152g；46hz转速对应的配重质量为1.262g。
[0075]
步骤4：根据步骤3计算结果以有理数逼近函数f(x)＝(p1)/(x q1)进行拟合，得到
以转速为自变量配重质量为因变量的拟合曲线，如图2所示；
[0076]
步骤5：使用拉格朗日法建立转子数值模型，求取该转子的临界转速为53.6hz；临界转速53.6hz在步骤3所得拟合曲线上对应的因变量0.8g，即为该转子达到临界转速动平衡所需配重；
[0077]
步骤6：计算方差值评估拟合结果的可靠性。
[0078]
根据拟合曲线计算拟合方差为＝0.0492。方差值大于0.02，按照预测结果进行配重可能无法通过临界转速或过临界振幅较大，需要进行二次动平衡配重预测。
[0079]
二次动平衡配重预测方法与实施例2中的动平衡配重预测方法一致，区别在于，步骤2中，将0.5g试重改为上述预测方法预测所得的0.8g，然后按照实施例2中的方法进行二次动平衡配重预测。
[0080]
二次动平衡配重预测结果为0.98g。按照0.98g配重后，柔性转子顺利达到临界转速。
[0081]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。