论文总字数：25913字

摘 要

本文通过转子动力学以及旋转设备振动测试、分析的知识，分别通过影响系数法和振型分离法研究了转子不平衡故障的原理以及诊断和平衡方案。

在影响系数法中，分别以4个加重平面4个测点和2个加重平面4个测点为例，研究加重平面数与测量点数相等以及平面数小于测量点数的情况，通过原始振动数据和试加重时测量的振动幅值及相位建立影响系数矩阵，求出实际所需的加重质量及相位。加重平面数小于测量点数的情况要通过最小二乘法求出试加校正质量后使残留振动和最小的解。

在振型平衡法中，通过将不平衡振动分解为同相分量和反向分量，然后根据振型进行平衡，以双平面为例，进行动态平衡计算，得出不平衡转子所应加的校正质量及相位。

最后，通过比较两种方案的启停次数、计算量以及平衡精度等方面，分析两种动态平衡方案的优缺点及适用范围，并使用转子实验台对结论进行验证。

关键词：转子不平衡，动态平衡计算，影响系数法，振型平衡法，校正质量

Abstract

In this thesis, the principle of rotor imbalance fault and the diagnosis and balance method are investigated by using the influence coefficient method and the separation of vibration mode method through the knowledge of rotor dynamics and rotational machinery vibration test and analysis.

In the influence coefficient method, a “four planes and four points” mode is taken as an example to study the case where the number of planes is equal to the number of points, and a “two planes and four points” mode is taken as an example to study the case where the number of planes is smaller than the number of points. The amplitude of vibration measured by no weighting and multiple weighting is studied. The value and direction establish a matrix of influence coefficients to determine the actual weight and direction of the emphasis. When the number of planes is smaller than the number of points to be measured, the solution of correcting the mass of the residual vibration is obtained by the least square method.

In the separation of vibration mode method, by decomposing the unbalanced vibration into the in-phase component and the inverse component. In the case of the double plane, the dynamic balance calculation is performed separately, and the correct quality and direction to which the unbalanced rotor should be added are obtained.

Finally, the advantages and disadvantages of the two dynamic balancing methods and their applicable scope are analyzed by comparing the number of times of starting, the number of times of applying weight, the amount of calculation and the accuracy of balance of the two methods, and the conclusion is verified by using the rotor test bench.

KEY WORDS: rotor imbalance, dynamic balance calculation, influence coefficient method, separation of vibration mode method, correct quality

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2转子失衡的现有研究成果 1

1.3本文的主要工作 1

1.4论文的组织与结构 2

第二章 转子不平衡 3

2.1转子失衡机理 3

2.2转子失衡的特征 3

2.3转子失衡的诊断方案 4

2.4振动测量传感器 4

2.4.1振动测量传感器的基本原理 4

2.4.2振动测量传感器的特点和选用 6

2.4.3相位测量 7

2.4.4相位发生变化规律分析 8

第三章 旋转设备动态平衡原理 10

3.1动态平衡校准原理 10

3.2大型旋转设备的动态平衡方案 10

3.2.1离线动态平衡 10

3.2.2现场动态平衡 10

3.3刚性转子和柔性转子 11

3.3.1刚性转子和柔性转子的概念及划分依据 11

3.3.2区分刚性转子和柔性转子的必要性 11

3.4柔性转子动态平衡 12

3.4.1柔性转子失衡振动特性分析 12

3.4.2影响系数法平衡柔性转子 15

3.4.3振型分离法平衡柔性转子 16

3.4.4影响系数法和振型分离法的区别 17

3.4.5振型分离法实际应用中的要求 17

第四章 影响系数法和振型分离法的程序实现 20

4.1计算程序流程图 20

4.2计算程序的输入输出 20

4.3计算程序正确性验证 22

第五章 振动试验台验证动态平衡方案 25

5.1实验仪器 25

5.2实验步骤 27

5.3实验结果 28

5.4实验数据分析与结论 33

5.4.1实验数据分析 33

5.4.2实验结果分析 33

5.5结论 34

致谢 35

参考文献 36

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

大型旋转设备，如汽轮机、燃气轮机、风机、发电机等，广泛应用于冶金、电力、石化等行业。它是这些国家支柱产业平稳运行的关键设备，特别是电力行业，在中国经济快速发展的背景下发挥着极其重要的作用。而用电需求不断增大、机组容量不断提升、汽轮机却故障频出，导致检修造成的经济损失不断增大的现状，严重制约了电力行业的发展，其中振动占设备故障的很大比例，但与此同时，振动也是一种探测器，它可以显示“汽轮机的物理健康状况”。振动过大将会带来安全问题，其危害体现在：①振动过大会导致轴承乌金疲劳损坏，甚至会出现磨损的乌金堵塞顶轴油孔的情况；②振动过大会导致设备流通部分出现异常摩擦，严重时导致轴发生弯曲;③振动过大会导致设备部件交变应力超标，直接影响转子的使用寿命或损坏转子。

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