支撑各向异性条件下转子不平衡辨识方法

针对因转子支撑刚性存在差异导致振动矢量受传感器安装角度的影响,进而使得动平衡效果存在差异的问题,将测点正交方向上两传感器采集得到的时域数据基于Hilbert变换进行转子振动信号的正反进动分量的分离,并采用互相关法提取正进动分量的幅值和相位,从而实现转子不平衡矢量的测算。基于所提方法通过数值仿真和实验分析对不同转子进行分析验证,仿真结果表明基于所提方法采用多平面多转速动平衡后,平衡转速范围内轴承支承位置残余振动低于使用单方向传感器动平衡后的残余振动;挠性转子实验结果表明采用所提方法进行动平衡后,临界转速下残余振动低于使用单方向传感器动平衡后的残余振动;刚性转子实验结果表明采用所提方法进行动平衡并除去慢滚动矢量的影响后,实验转子测点位置以不平衡为主的振动幅值至少下降54.17%,而单X和单Y方向测点分别进行动平衡后相应测点幅值下降37.50%和33.33%。综上可知,本文方法可提高动平衡精度,具有一定的工程应用价值。

超高速离心叶轮转子系统不平衡响应研究

为避免因不平衡激励引起的超高速离心叶轮转子系统振动响应大及跨临界时运动失稳,采用Ansys转子动力学响应分析模块,综合考虑滑动轴承的刚度与阻尼,对超高速离心叶轮转子系统进行不平衡激励响应分析,得出不同不平衡激励下超高速离心叶轮转子系统的动态响应。同时,采用DEWESoft振动测试系统对超高速离心叶轮转子系统的转频振动值跟踪记录,并与不平衡响应分析结果对比,得出超高速离心叶轮转子系统动平衡精度等级需优于G1级。该不平衡激励响应分析与控制方法得到了较好的试验验证,具有重要的工程应用意义。

不平衡磁拉力作用下无刷双馈电机的转子振动特性研究

无刷双馈电机长时间运行会出现转轴弯曲、轴承磨损等状况,导致气隙动偏心,并因此产生不平衡磁拉力,影响转子系统动力学特性。为了研究由不平衡磁拉力引起的转子振动特性问题,建立Jeffcott转子动力学模型,得出考虑不平衡磁拉力作用下转子系统的振动微分方程组,并对其自由振动响应进行了计算。以某型号无刷双馈电机的样机尺寸为例,分析气隙动偏心状态下电机气隙长度、转子材料及几何尺寸等对电机振动特性的影响,并利用Runge-Kutta法对振动微分方程组进行分析,结果表明:当转子动偏心率较小时,利用该转子系统的振动微分方程组计算出的解析解与数值计算结果吻合较好,转子的一阶振幅误差仅为0.2%,二阶振幅误差为2%,具有较高的精度且计算较为简便,为电机的高可靠运行提供理论支撑。

Jeffcott平衡转子系统亚临界和超临界Hopf分叉

应用非线性动力学理论对平衡转子-轴承系统的亚临界和超临界Hopf分叉进行了分析与研究,提出了转子-轴承系统发生亚临界及超临界Hopf分叉的数值分析方法,分析了不同长径比下,转子系统的失稳转速界限曲线及发生超临界与亚临界分叉的区域。揭示了系统发生超临界Hopf分叉时,其周期解的产生是渐变的;发生亚临界Hopf分叉时,其周期解从稳定到失稳是突发性的,并不是一个渐进的过程,且长径比较小的轴承不易发生危害程度较大的亚临界分叉。

基于多源域数据与机器学习算法的转子不平衡故障诊断

国内能源生产装置规模大型化发展趋势明显,与其配套的旋转机械设备发生故障导致的非计划停机将会造成严重的经济损失与重大安全问题。转子不平衡贯穿了旋转机械设备的整个生命周期,服役转子的状态诊断格外重要。针对大型旋转机械振动测点较多,振动信号具有非平稳特征等问题,提出基于多源域数据提取与机器学习算法的转子不平衡故障诊断模型。首先以多源振动监测数据为驱动,根据互相关系数提取故障信息丰富的振动信号,融合时域、频域、时频域等多域特征构建高维混合特征空间;其次利用基于t分布的随机邻域嵌入方法揭示高维空间的特征信息,反映为可视化的三维空间;最终通过最邻近节点算法进行故障分类,判断转子的不平衡质量与相位。本文提出利用互相关系数表征多源数据的故障信息丰富程度,并结合机器学习手段判断转子不平衡类型。通过设计不同附加质量的转子在多转速下不平衡状态实验,验证了所提模型的有效性,解决了转子在线诊断和现场动平衡问题。

吸振器与球平衡器并用控制转子不平衡振动的理论研究

球式自动平衡器(Automatic Ball Balancer,简称ABB)可以在临界转速以上区域完全消除转子未知不平衡量,但其缺点是在临界转速附近会引起大振幅的共振响应和不稳定振荡。为此增加动力吸振器(Dynamic Vibration Absorber,简称DVA)来克服其缺点,改善其抑振性能。以Jeffcott偏心转子模型为研究对象,根据拉格朗日方程建立了吸振器、球平衡器单独使用以及两者结合使用时控制转子不平衡振动的动力学方程,使用谐波平衡法理论求解新耦合系统的振幅表达式,并分析各参数对稳态幅频曲线的影响规律以获得较合适的参数,采用龙格-库塔数值方法计算得到稳态幅频特性图和瞬态振幅时域变化曲线。对比结果表明,两种手段并用的新方案有效降低了转子经过临界共振区时的振动水平,并使转子在临界转速以上区域衰减为零振幅,达到了融合两者优点的目的,具有更优良的抑振效果。

忽略时间延迟磁浮轴承Jeffcott转子系统平衡点的稳定性

利用常微分方程中的中心流形理论来讨论,磁浮轴承Jeffcott转子系统的平衡点(0,0)的稳定性。

变速Jeffcott转子系统瞬态不平衡响应的准稳态条件

Jeffcott转子系统加减速通过临界转速时,将发生由频率随转速变化的谐激励力引起的瞬态不平衡响应.本文既采用脉冲响应函数和Duhamel积分解析求解此响应;又采用离散变转动角速度,以一系列定转动角速度为激励频率的转子全响应来近似表示该瞬态不平衡响应.通过数值模拟与比较,找出转子全响应代替瞬态不平衡响应的定性适用条件,即变速转子瞬态不平衡响应的准稳态条件,为使用有限个定转速的转子主动平衡操作来完成慢变速转子的主动平衡创造条件.

基于相位补偿的磁悬浮转子不平衡抑制

基于转子位移最小法的磁悬浮转子不平衡抑制需要求得补偿信号的幅值和相位,目前主要通过陷波滤波算法提取转子不平衡同频振动位移相位作为补偿信号相位;但在升速过程中,转子不平衡力与转子同频振动位移之间存在随转速增大的滞后相位,如果不平衡抑制过程中不对该滞后相位进行补偿会导致不平衡振动增大甚至失稳问题。现提出一种基于相位补偿的不平衡抑制方法,通过扫频法确定滞后相位,并对转子同频振动信号提取后进行相位补偿,实现磁悬浮转子在线不平衡抑制。试验结果表明:保持补偿信号幅值相同,未进行相位补偿会使非驱动端转子实际位移和同频振动位移增大,驱动端转子实际位移和同频振动位移变化不明显;相位补偿后驱动端与非驱动端转子实际位移和同频振动位移均有较大程度减小,有效抑制了磁悬浮转子的不平衡振动。

突加不平衡下GTF发动机转子系统瞬态响应分析

针对GTF发动机低压转子系统突加不平衡瞬态响应问题,基于有限元法建立了考虑啮合单元、行星架单元、膜盘联轴器单元的多体接触、多转子耦合动力学模型,介绍了考虑非线性因素下突加不平衡瞬态响应计算方法,求解了低压转子系统的突加不平衡瞬态响应,并分析了关键部件刚度对突加不平衡的影响规律。结果表明:当风扇转子发生突加不平衡时,各部件均表现为振动幅值突增,后迅速趋于稳定,低压涡轮转子发生明显拍振,突加不平衡载荷主要由行星架结构和第1.5支点刚性支承承担;行星架刚度主要影响风扇转子突加不平衡响应、第1.5支点和行星架处的外传力;膜盘联轴器刚度主要影响增压级突加不平衡响应、转子在突加不平衡之后稳定运转情况。

具有初始弯曲的不平衡转子碰摩条件的研究

建立了一个具有初始弯曲的不平衡转子模型,通过d'Alembert原理推导了振动方程。通过解析方法,分析了此类转子转静件间发生碰摩的条件。引入并求解了判断碰摩发生的碰摩因子和碰摩起始转速,分析了质量偏心量、初始弯曲长度、转子阻尼系数,和质量偏心与初始弯曲之间相位角对碰摩因子和碰摩转速的影响。该研究对于防止或预测此类转子碰摩的发生和降低碰摩带来的损失具有重要的意义。

不平衡电压下双笼转子无刷双馈发电机的多目标控制

该文以双笼转子无刷双馈感应发电机为主要研究对象。为了解决不平衡电网电压带来的功率绕组(power winding,PW)定子绕组功率脉动和电流不平衡的问题,设计了简化矢量控制策略,对PW侧谐波功率和负序电流进行抑制。此外,通过建立控制绕组(control winding,CW)电流统一表达式,对各个控制目标之间的关系进行了数学推导和理论分析。在此基础上,建立了PW电流不平衡度约束条件下,针对PW有功功率脉动幅值和无功功率脉动幅值的多目标控制数学模型。并采用粒子群算法进行求解,对CW统一电流表达式中的系数进行优化,计算CW参考电流值从而实现多目标控制。最后在双笼转子无刷双馈感应发电机实验平台上,对所提出的控制策略的有效性和理论推导的正确性进行了验证。

转炉煤气离心风机转子动平衡修复技术要点

离心风机是一种高效、节能的气体输送设备,在钢铁企业广泛应用于各类煤气的加压和输送。由于转炉煤气介质含尘、含水量大,风机转子动平衡易遭其破坏,导致转炉煤气离心风机工况劣化,因此,掌握离心风机转子动平衡修复技术,可快速准确完成对转子动平衡修复,使其达到允许的平衡精度等级,将风机机械振动降至允许的范围内。介绍了转炉煤气离心风机悬臂式转子动平衡修复前、修复校正过程以及动平衡校正合格后的注意事项和技术要点,为提高动平衡修复效果和类似转子的动平衡修复提供借鉴经验。

基于力矩反馈法的陀螺转子动平衡测试系统

针对陀螺仪中陀螺转子使用性能问题,设计一款陀螺转子动平衡测试系统。使用触摸屏一体计算机为上位机,由硬件电路、振动传感器、光电传感器、USB2811数据采集卡等组成下位机。以力矩反馈法为原理,用Visual Basic编程计算振动信号中的幅值和相角,根据影响系数法相关原理算得转子相位与不平衡量,实现测量陀螺转子质心径向偏移量。建立理论模型验证陀螺转子高速动平衡测试系统的稳定性和测量精度。

基于力传感器的刚性转子动平衡实验方法

针对刚性转子动平衡问题,提出了一种基于拉压力传感器的综合实验平衡方法。首先,基于动平衡原理,构建了转子不平衡等效模型,求解了理论不平衡量,确保了实验的严谨性和合理性;然后,进行了结构设计、仪器与设备选择,搭建了转子动平衡实验平台以保障测试数据的稳定性和可重复性;最后,利用该平台,采集了力学性能数据,分析了轴系不平衡量的幅值和相位,采用了添加平衡质量的方式进行了转子动平衡实验,对基于拉压力传感器的综合实验平衡方法的可行性和有效性进行了验证。研究结果表明:平衡前左右两端不平衡质量幅值分别为2.2 kg、-3.8 kg,平衡后左右两端不平衡质量幅值分别为1.2 kg、-1.4 kg,转子系统不平衡量减小1.4 kg,平衡率为87.5%,这说明拉压力传感器和编码器相互配合以消除不平衡量的方法具有可行性。该实验平台使用拉压力传感器和编码器精确测量不平衡质量和相位,为解决旋转机械动平衡问题提供了新思路,有助于提高旋转机械的运行效率,并延长其使用寿命。

磁悬浮控制敏感陀螺转子系统在线动平衡方法

为改善磁悬浮控制敏感陀螺(MSCSG)转子质量分布,减小转子偏转系统动不平衡振动,提出基于电流响应的磁悬浮转子在线动平衡方法。分析了磁轴承-转子系统的工作原理;确定了质量分布不平衡条件下转子几何轴与惯性轴间的关系模型,对转子静不平衡和动不平衡进行了定量分析;在此基础上,提出利用洛伦兹力磁轴承(LFMB)线性特性的优势,采用二次修正法推导转子校正质量与控制电流间的关系式,对转子不平衡质量进行在线校正,进而改善转子质量分布,从根源上减小转子系统不平衡振动。在线动平衡实验结果表明:所提方法可将转子系统动不平衡振动峰值降低67.7%,验证了方法的有效性。

航空发动机转子不平衡敏感性试验

针对航空发动机在相同物理转速下出现的高振动幅值异常模式和低振动幅值正常模式的振动双稳态特征问题,开展了整机条件下核心机转子不平衡敏感性试验研究。通过局部小分解调整核心机转子不平衡状态,获得不同平衡状态下发动机轴承座振动响应;分析发动机整机振动对核心机转子不平衡的敏感性。结果表明:不同平衡状态下振动异常模式振动相位收敛于相同角度,引发振动异常模式的不平衡量出现在固定的角向区间;高转速振动异常模式下轴承座测点振动相位滞后角为120°~150°;在核心机引发振动异常模式的不平衡量角向位置对向添加配重可以有效消除振动异常模式,解决振动双稳态问题。在同型多台发动机上进行了验证,平衡准确率超过80%。

基于优化生成对抗模型的涡轮发动机转子不平衡异常检测方法研究

为探究转子系统在高温环境下出现的不平衡异常,以及克服异常检测领域中对时间序列信息不敏感,需人为提取潜在特征等难题,聚焦于高温环境下转子系统的不平衡异常检测,提出一种优化生成对抗模型。该模型结合长短期记忆网络对时间序列数据处理的优点以及自编码器网络优良的潜在分布映射能力,仅以正常数据进行训练,有效解决了异常数据量不足的问题,其过程也实现了无监督训练。以某弹用涡轮发动机高压转子系统不平衡异常检测为例,在600℃工作环境下对所提方法进行验证,模型能对不平衡发生的异常时刻进行较为准确的判断,实现了端到端的特征提取以及不平衡状态异常检测。将该网络模型与其他3类异常检测算法进行了对比,结果表明,所提模型的评价指标均位于99%以上,可以更加有效地评判转子系统时序数列样本的健康状况,具备更加全面的异常评判效果,能较好地为涡轮发动机的正常使用寿命时间提供指导建议。

涡扇发动机叶片包容性与转子不平衡试验

为研究某型大涵道比涡扇发动机叶片包容性和转子系统抗不平衡能力,开展了风扇叶片飞失后的机匣包容性和转子不平衡试验方法研究及验证。首先,采用在断裂叶片根部预置炸药断裂叶片的试验方法,应用设计的试验系统,在规定的发动机转速下,通过遥控爆破炸药技术实现1片风扇叶片在预定位置断裂;其次,高速摄像从不同方位记录了试验过程;最后,专项参数测量系统获得了非线性瞬态动力学响应结果。结果表明:叶片飞失后引起损伤叶片约为1.48个,均沿发动机进口或尾喷口轴向飞出,满足机匣包容要求;叶片飞失瞬间对机匣和转子系统产生了超过1000g的冲击载荷,转子传力路线上的承力结构完整,安装系统连接稳定,转子不平衡载荷引起低压转子支点轴承座与承力机匣连接螺栓丧失锁紧功能;发动机在引爆炸药后18 s停车。试验结果满足相关条款要求,验证了某大涵道比发动机叶片包容与转子不平衡的适航符合性。

基于位置矩阵和转子平衡要求的破碎机锤头排列方式探讨

为探寻锤头排列的规律,满足破碎机不同应用场景对锤头排列方式的差异化需求,根据破碎机转子的结构特点,引入了锤头位置矩阵的概念来定量地表示锤头的排列方式;基于转子运行的动平衡要求,根据锤头空间离心力系的简化方法,按力系的主矢和向转子几何中心简化的主矩为零的要求,求解了带锤转子的动平衡方程;并对不同锤头排列方式进行了归纳、分类和总结,给出了锤头排列的几则经验。结果表明:锤头位置矩阵的引入可使锤头排列方式由传统的语言或图形表达转变为用能定量计算的矩阵表达;动平衡方程表明,只要根据转子结构参数计算出分解矩阵和力臂向量,即可对该转子锤头的任意一种排列方式的可行性进行判定;对于一些满足带锤转子动平衡要求的锤头排列方式,可视破碎机应用场景选择锤头排数、圈数不同和几何及功能特性不同的排列方式。研究锤头的排列方式可为指导破碎机转子的结构设计和指导生产现场在用破碎机锤头排列调整,以及锤头存在质量偏差条件下的分组配重提供有益参考。