转子轴承系统动平衡方法研究

论文总字数：32699字

摘 要

基于转子动力学的基本概念和理论，本文主要研究转子动平衡相关问题。文章阐述了不平衡振动的特点，总结了不平衡响应的规律与动平衡的理论及方法，将转子动平衡研究分为刚性转子动平衡与柔性转子动平衡两类，推导了刚性转子动平衡的机械原理。依据刚性转子动平衡原理，分别推导了单平面与双平面转子动平衡使用影响系数法的计算方法，使用Matlab软件对动平衡影响系数法进行编写，运用算例与实验进行验算。该实验依托东南大学火电机组振动国家工程研究中心拥有的旋转机械转子系统实验台开展研究，对比理论计算深入理解验证动平衡的过程与方法。实验研究验证之后，本文结合实际生产情况，介绍了振动测试的方法与实际意义，简述了现场动平衡的方法与步骤，并列举了现实生产过程中动平衡的实例进行分析。

关键词：转子系统； 动平衡； 影响系数法； 现场动平衡

Abstract

Based on the basic concept and theory of rotor dynamics, this paper mainly studies the problems related to rotor dynamic balance. Article expounds the unbalanced vibration characteristics, summarizes the law of the unbalance response and dynamic balance of theory and method of rotor dynamic balance research can be divided into rigid rotor dynamic balance and flexible rotor dynamic balancing two classes, the mechanical principle of rigid rotor dynamic balance was deduced. According to principle of rigid rotor dynamic balancing is deduced respectively single surface and double plane rotor dynamic balancing using the influence coefficient method and the calculation method of using Matlab software to write of dynamic balance influence coefficient method, calculation and experiment, using an example. The experiment based on the national engineering research center of southeast university thermal power unit vibration with studies of rotating machinery rotor system test bench, compare the theoretical calculation of deep understanding of validation process and method of dynamic balance. Experiment validation, this paper combined with the actual production conditions, this paper introduces the methods of vibration test and the practical significance, this paper expounds the method and steps of site dynamic balancing, and lists the dynamic balance in the practical production process of instance analysis.

KEYWORDS: Rotor system; Dynamic balance; influence coefficient method； Field dynamic balance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2转子系统动平衡研究现状 2

1.3本文的主要研究内容 2

第二章 转子动力学理论和不平衡振动 4

2.1转子动力学理论基础 4

2.2不平衡振动简介 5

2.2.1不平衡振动分类 5

2.2.2不平衡振动特征 6

第三章 转子动平衡原理和方法 8

3.1转子动平衡原理 8

3.2转子动平衡方法 8

3.2.1刚性转子动平衡 8

3.2.2柔性转子动平衡 10

第四章 动平衡计算方法 14

4.1平衡计算基本过程 14

4.2影响系数法介绍 15

4.3动平衡计算 16

4.3.1单平面动平衡 16

4.3.2双平面动平衡 17

4.4计算程序编写 19

4.4.1单平面计算程序 19

4.4.2双平面计算程序 20

4.5小结 21

第五章 实验分析与软件检验 22

5.1实验室与器材介绍 22

5.1.1实验台简介 22

5.1.2测量工具简介 24

5.2实验步骤 26

5.3实验装置的限制与改良 27

5.4实验数据记录 27

5.4.1使用谐分量法的双平面动平衡 28

5.4.2使用影响系数法的双平面动平衡 31

5.5小结 37

第六章 现场动平衡步骤与实例 38

6.1现场动平衡 38

6.1.1现场振动测试技术 38

6.1.2数据采集与分析仪器 38

6.1.3现场振动测试方案考虑与制定 39

6.2现场动平衡实例 39

第七章 总结与展望 41

7.1总结 41

7.2展望 42

致 谢 43

参考文献 44

附录A 45

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

电能的发现与使用是人类社会的重要的里程碑，也是第二次工业革命的象征。世界经济的发展越来越快，人类对能源尤其是电力的需求也在飞速增长。电力需求的快速增长需要大幅增加发电量。在中国乃至全世界，主要的能源来源都是化石能源，可再生能源如太阳能、水能等在总能源占比中只有1/4左右。因此，火电站、核电站在现在乃至今后的相当一部分长的时间里都将占有举足轻重的地位。作为火电站和核电站的主要机械设备，汽轮机承担着将蒸汽的热能转换为机械能的重要任务。转子系统则是涡轮机、发电机和励磁机的重要组成部分。

转子动平衡的研究内容简单来讲就是指确定转子轴承在运行过程中的不平衡量位置和大小，再使用增加或者消除配重的方式对不平衡量进行平衡的操作^[1]。不平衡量的产生使转子机械在运转过程中产生了不必要的动载荷，不利于转子系统的额定运行与安全生产。正是因为这个原因，动平衡对于绝大多数转子轴承系统都具有至关重要的意义。在机械转子系统的维护改善过程中，利用转子动力学知识进行的动平衡操作是一道必要的工序：在检测得到不平衡的位置和大小后，若条件允许可以直接将其取下或者通过在其对称方向上添加相应的质量来平衡其影响，即通过去重或配重完成动平衡。

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