專利名稱：特定條件下基于移相橢圓技術(shù)的單面軸系現(xiàn)場動平衡方法
特定條件下基于移相橢圓技術(shù)的單面軸系現(xiàn)場動平衡方法所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機械振動診斷與控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種在特定條件下的基于移相橢圓技術(shù)的單面軸系現(xiàn)場動平衡方法。
背景技術(shù)：
目前大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子在出廠前均經(jīng)過了高速動平衡試驗，而且振動標準均較現(xiàn)場運行標準高，以確保轉(zhuǎn)子具有優(yōu)良的出廠平衡狀態(tài)。從近幾年監(jiān)測的600MW、1000MW 發(fā)電機組調(diào)試啟動振動數(shù)據(jù)來看，雖然轉(zhuǎn)子出廠的平衡精度較高，但仍存在部分機組在現(xiàn)場裝配后，機組振動超標，必須在現(xiàn)場進行平衡處理。同時，機組運行一段時間后，軸系的平衡狀態(tài)也將發(fā)生改變，考慮到返廠的費用和安全，也需要在現(xiàn)場進行動平衡?，F(xiàn)場動平衡受到較多的條件制約，例如機組啟動后發(fā)現(xiàn)振動超標，但由于汽缸溫度較高，部分配重面無法迅速添加平衡配重，必須要等到汽缸溫度降至安全范圍內(nèi)，才能停盤車加重，因此增加了處理故障的時間，此外，部分加重面在汽缸內(nèi)，且空間狹小，即使缸溫允許停盤車處理，但也無法在該加重面進行現(xiàn)場配重；再如，發(fā)電機的動平衡具有特殊性， 制造廠為了方便現(xiàn)場動平衡試驗，在聯(lián)軸器及風扇附近設(shè)計有專門用于現(xiàn)場平衡的孔和槽。如果是空冷機組，技術(shù)人員可以很方便將發(fā)電機端蓋打開，將平衡塊加到風扇平衡槽 (平衡孔)內(nèi)，如果不考慮機組停機后的冷卻時間，僅僅考慮加平衡塊的時間，從停盤車開始計時到下次啟動，空冷機組一次動平衡試驗的時間可以控制在6小時內(nèi)，這包括了加平衡后再次啟動前盤車4小時(根據(jù)《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》中“10 防止汽輪機大軸彎曲、軸瓦燒損事故”的10. 1. 3. 1款)；但是對于氫冷機組，如果要在跨內(nèi)風扇槽內(nèi)實施動平衡操作，必須首先需要排氫，用C02置換H2，打開發(fā)電機端蓋添加平衡塊后，在充氫前還要再次進行發(fā)電機風壓試驗(一次風壓試驗就需要一天時間)，風壓試驗合格后用C02置換空氣，最后才到充氫階段，因此氫冷機組在發(fā)電機跨內(nèi)加重至少需要3天時間。為了節(jié)省跨內(nèi)動平衡試驗，電廠一般要求在機組檢修中將平衡塊加上，利用停機數(shù)據(jù)計算試重大小及方位，但由于檢修中可能會重新調(diào)整軸系中心或翻瓦檢查，影響機組軸系的平衡狀態(tài)，停機前的振動數(shù)據(jù)參考意義降低，同時平衡后再次開機如果振動仍未達標，需要調(diào)整平衡塊時，為診斷人員計算平衡調(diào)整量增加了難度，影響平衡精度。對于氫冷發(fā)電機轉(zhuǎn)子平衡，如果能在跨外加重，不進行氫置換，將節(jié)省大量的平衡處理時間，同時每次打開端蓋，其密封圈必須要重新更換，消耗材料的費用也較大。在軸系中任何一個轉(zhuǎn)子上加重，對整個軸系都會產(chǎn)生影響，特別是相鄰轉(zhuǎn)子，因此存在一種可能，只在一個現(xiàn)場較為方便的平衡面上添加試重，就可以同時實現(xiàn)兩相鄰轉(zhuǎn)子的平衡。雖然單面軸系平衡只能在特定的條件下應(yīng)用，但如果平衡條件一旦滿足要求將大大提高平衡效率。發(fā)明目的本發(fā)明的目的，就是提供一種特定條件下的基于移相橢圓技術(shù)的單面軸系現(xiàn)場動平衡方法，可大大提高平衡效率，節(jié)省多次平衡試車所帶來的人力和物力消耗。
實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特定條件下的基于移相橢圓技術(shù)的單面軸系現(xiàn)場動平衡方法步驟依次如下步驟一、采集軸系各軸承處測振截面兩個相互垂直測點工作轉(zhuǎn)速下的原始振動信號，通過信號處理獲取各頻率分量的幅值和相位；步驟二、做出各軸承處工作轉(zhuǎn)速下原始振動工頻橢圓；步驟三、定出各原始振動工頻橢圓初相點；步驟四、做出各原始振動工頻橢圓中心到初相點的向徑，即為初相矢；步驟五、建立各軸承測振截面處的工頻二維全息譜圖；步驟六、根據(jù)多傳感器信息融合技術(shù)，生成三維全息譜；步驟七、畫出各軸承測振截面處的移相橢圓；步驟八、根據(jù)平衡的歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，獲取在各加重面的純試重振動響應(yīng)，用遷移矩陣表示，生成純試重振動響應(yīng)的三維全息譜；步驟九、計算在某個方便的平衡面配重以平衡某號軸承超標振動根據(jù)原始振動工頻橢圓的初相點與平衡配重橢圓的初相點間應(yīng)呈鏡面對稱關(guān)系，將平衡配重的初相點旋轉(zhuǎn)到原始振動工頻橢圓的初相點的對面，計算平衡某號軸承振動所需的配重；步驟十、畫出某號軸承添加所得平衡配重對其它各軸承處振動的工頻響應(yīng)，考察其它振動超標軸承處的純配重振動響應(yīng)的初相點是否落在移相橢圓的陰影面積之內(nèi)；步驟^^一、如果不滿足步驟十的要求，按F = Mean (r》* {Max (r》-Min比)}，優(yōu)化步驟九獲得的配重大小和方位，采用遺傳算法優(yōu)化得出最后應(yīng)加的平衡配重的重量和角度，返回步驟十；若測試振動均滿足安全要求，結(jié)束。上述方法的采用需要滿足以下條件A、軸系中只有一個或兩個相鄰轉(zhuǎn)子存在明顯的不平衡；B、在原始振動超標的軸承處，純配重振動響應(yīng)的初相點應(yīng)落在移相橢圓的陰影面積之內(nèi)。有關(guān)知識簡介如下1. 1移相橢圓為了引出單面軸系平衡的適用條件，我們需要首先介紹全息動平衡中移相橢圓的概念。移相橢圓可以預(yù)測最終的平衡效果，因此可以用它來指導(dǎo)平衡操作。設(shè)原始振動工頻橢圓中心到初相點的向徑(初相矢)為Org，加配重后初相矢為 Res，則向量Tw表示了配重使初相點產(chǎn)生的移位，即純配重產(chǎn)生的初相矢。若加重后的初相點IPP’仍然在原始工頻橢圓上，則配重僅僅起到使初相點在原始工頻橢圓上移位的作用， 并沒有改變原始工頻橢圓的形狀與大小。把這樣一類由配重產(chǎn)生的初相點R連接起來，形成了一個與原始工頻橢圓大小、形狀相同，但中心移位的配重橢圓，我們稱之為移相橢圓， 如說明書附圖的圖1中虛線所示。從圖中可以看出，移相橢圓就是將原始工頻橢圓的中心移到初相點的鏡面對稱位置0’后重新得到的橢圓。如說明書附圖的圖2中所示，當配重的初相點(圖中點S)在移相橢圓內(nèi)時，振動將減??；當配重初相點(圖中點Q)落在移相橢圓和原始工頻橢圓相交的陰影面積內(nèi)時，可以用最小的平衡配重達到理想的平衡效果，平衡的安全性更高；當配重橢圓的初相點(圖中點P)在移相橢圓以外時，振動將加大；當配重橢圓的初相點在0'與初相點IPP成鏡面對稱時，振動將減小為零；而當試重橢圓的初相點(圖中點R)位于移相橢圓之上時，試重將不會改變原始橢圓的大小。移相橢圓是界定所加試重對平衡影響大小的邊界，所以在平衡時，應(yīng)以移相橢圓的中心作為試重橢圓初相點的努力目標。移相橢圓可以用于指導(dǎo)平衡操作，提高平衡過程中的預(yù)見性、安全性和科學性。1. 2單面軸系平衡的條件及方法單面軸系平衡的實施需要滿足特定的條件，為了便于方法的應(yīng)用，首先我們需要給出判斷準則。當平衡條件滿足該準則時，我們可以應(yīng)用單面平衡法來提高平衡效率。實踐證明，當平衡滿足下面論述的兩個條件時，單面平衡法也可以獲得較好的平衡效果。根據(jù)系統(tǒng)論的近似可分性原理，轉(zhuǎn)子各測量面的不平衡響應(yīng)可用最相關(guān)平衡面的加重分別加以平衡。因此，采用單面平衡法，一個首要條件是軸系中只有一個或兩個相鄰轉(zhuǎn)子存在明顯的不平衡。判斷的方法為通過判斷工頻分量為主要成份，同時振動超過國標“旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定第2部分陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機組GB/T 11348. 2-2007”中區(qū)域B的邊界，通常現(xiàn)場采用120微米報警，超過報警值建議處理。第二個條件在原始振動超標的軸承處，純配重振動響應(yīng)的初相點應(yīng)落在移相橢圓的陰影面積之內(nèi)。有益效果本發(fā)明的單面軸系現(xiàn)場動平衡方法，經(jīng)多次在現(xiàn)場應(yīng)用，獲得了滿意的平衡效果，平衡效率大大提高，可節(jié)省了多次平衡試車所帶來的人力和物力消耗。


下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。圖1是工頻橢圓與移相橢圓關(guān)系示意圖；圖2是用移相橢圓指導(dǎo)平衡操作的示意圖；圖3是實施例一某汽輪發(fā)電機組高、中壓缸加重面示意圖；圖4 (a)是實施例一的原始振動三維全息譜；圖4 (b)是實施例一的A面遷移矩陣(添加單位試重IOOOg Z 0°的純試重振動響
應(yīng))三維全息譜；
圖5 (a)是實施例一添加平衡配重1082g Z 206. 85°使1瓦處試重振動(粗實線) 與原始振動(細實線)三維全息譜(初相點鏡面對稱)；圖5 (b)是實施例一移相橢圓三維全息譜；圖6 (a)是實施例一添加純配重802g Z 217° 1瓦處移相橢圓三維全息譜；圖6 (b)是實施例一的添加優(yōu)化配重802g Z 217°后的實測平衡效果示意圖；圖7是實施例二的某汽輪發(fā)電機組中、低壓缸加重面示意圖；圖8是實施例二的原始振動(細實線)及添加試重Tl后的結(jié)果(粗實線)示意圖；圖9 (a)是實施例二的低壓缸I末級葉輪根部加重面的遷移矩陣三維全息譜；圖9 (b)是實施例二的模擬添加配重T2的純配重振動響應(yīng)(粗實線)與原始振動 (細實線)的比較示意圖10是實施例二的純配重2040g Z 38°移相橢圓(細實線)三維全息譜；圖11 (a)是實施例二實際添加優(yōu)化配重1386g Z 18°后測量的殘余振動(粗實線)示意圖；圖11 (b)是實施例二與原始振動(細實線)的比較(b)驗證純配重初相點是否落在移相橢圓(細實線)示意圖。
具體實施例方式實施例一本發(fā)明的實施例一，以一臺具體的汽輪發(fā)電機組高、中壓轉(zhuǎn)子的平衡為例，如圖所示，兩個轉(zhuǎn)子采用剛性連接，采用四支承方式，在每個軸承截面安裝有兩個電渦流傳感器， 聯(lián)軸器的凸緣可作為平衡配重面。在一次大修后，1號軸承(軸承)處振動超標，其振動響應(yīng)的三維全息譜如圖4(a)所示，采用現(xiàn)場動平衡降低1號軸承的振動，同時要求所添加配重不會放大各相鄰軸承的振動，最低條件也需要保證其它各軸承振動在標準范圍之內(nèi)。當遇到上述情況時，最常用的辦法是在離1號軸承最近的加重面(前箱內(nèi)A面) 添加配重來降低該軸承處振動。根據(jù)平衡的歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，在已知汽輪機前箱內(nèi)加重對1 號軸承處振動的影響時(用遷移矩陣表示，遷移矩陣的三維全息譜如圖4(b)所示三維全息譜上帶有初相點)，根據(jù)原始振動橢圓的初相點與配重橢圓的初相點間應(yīng)呈鏡面對稱關(guān)系， 將平衡配重的初相點旋轉(zhuǎn)到原始振動初相點的對面，計算平衡1號軸承振動所需的配重P =1082g Z 206. 85° (將平衡配重的初相點旋轉(zhuǎn)到原始振動初相點的對面即可得出)。模擬純配重產(chǎn)生三維全息譜如圖5(a)中細實線所示，從圖中可以看出原始振動初相點，和純配重產(chǎn)生的振動響應(yīng)初相點在1號軸承處完全對稱。參見

，圖3至圖6(b)為實施例一所用到的附圖，具體實施步驟依次如下步驟一、參見圖3，采集各軸承處測振截面工作轉(zhuǎn)速下兩個相互垂直測點的原始振動信號(軸系的測振截面就在各軸承附近，就是通常所說的各軸承處的軸振)目前，大型汽輪發(fā)電機組在每個軸承處均裝有兩個相互垂直的軸振動傳感器(位移傳感器)，采集故障機組各轉(zhuǎn)速下各測點原始振動信號后，通過信號處理獲取機組振動信號的各頻率分量的幅值和相位，當工頻分量為主要成份時可以判斷機組存在不平衡故障，需要通過現(xiàn)場動平衡進行處理；步驟二、畫出各軸承處工作轉(zhuǎn)速下原始振動工頻橢圓提取某軸承處互相垂直布置的兩個位移傳感器信號的工頻幅值和相位，將兩個方向的工頻分量進行合成，其形成的軸心軌跡為一橢圓，稱之為工頻橢圓，或工頻二維全息譜圖；步驟三、定出原始振動工頻橢圓初相點當轉(zhuǎn)子上的鍵相槽正好對著鍵相傳感器時，轉(zhuǎn)子在工頻橢圓上的位置即為初相點；步驟五、做出原始振動工頻橢圓中心到初相點的向徑，即為初相矢；步驟六、按上述步驟建立各軸承測振截面的工頻二維全息譜圖；根據(jù)多傳感器信息融合技術(shù)，然后將各截面工頻橢圓根據(jù)空間相對位置排列，并按時間順序連接工頻橢圓上相應(yīng)的點，即生成三維全息譜；參見圖4(a)；步驟七、畫出各測量面的移相橢圓移相橢圓就是將原始工頻橢圓的中心移到初相點的鏡面對稱位置0’后重新得到的橢圓；步驟八、根據(jù)平衡的歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，獲取加重面的純試重振動響應(yīng)，用遷移矩陣表示，生成純試重振動響應(yīng)的三維全息譜；參見圖4(b)；步驟九、計算在某個方便的平衡面配重以平衡某號軸承超標振動根據(jù)原始振動橢圓的初相點與配重橢圓的初相點間應(yīng)呈鏡面對稱關(guān)系，將平衡配重的初相點旋轉(zhuǎn)到原始振動初相點的對面，計算平衡某號軸承振動所需的配重(大小及方位)P = 1082gZ206.85° (是現(xiàn)有技術(shù)的矢量計算，平衡的基本方法)，通過該配重，理論上可以將該軸承處的振動將為零；步驟十、畫出添加該配重對其它各軸承處振動的工頻響應(yīng)，考察其它振動超標軸承處的純配重振動響應(yīng)的初相點應(yīng)落在移相橢圓的陰影面積之內(nèi)。此為本發(fā)明能夠進一步實施的第二個條件，即在原始振動超標的軸承處，純配重振動響應(yīng)的初相點應(yīng)落在移相橢圓的陰影面積之內(nèi)。為了確保該平衡配重不會惡化其它各軸承處的平衡狀態(tài)，考察配重在 2、3、4軸承處初相點滿足單面平衡的第二個條件，作出移相橢圓，如圖5(b)中細線所示，發(fā)現(xiàn)原始振動較大的2號軸承處配重初相點落在移相橢圓的陰影面積之外；步驟i^一、如果不滿足步驟十的要求，按F = Mean (ri)*{MaX (A)-Min比)}，優(yōu)化步驟九獲得的配重大小和方位，采用遺傳算法優(yōu)化得出最后應(yīng)加的平衡配重的重量和角度，返回步驟十；若滿足第二個條件，結(jié)束。事實上，在平衡過程中，無需將1號軸承處振動降低為零，為此可以采用優(yōu)化算法在P = 1082g Z 206. 85°的附近搜索一個更為合理的配重，以獲得整個軸系更為均勻的平衡效果。優(yōu)化的目標函數(shù)可以設(shè)為F = Mean Cri) * {Max Cri) -Min Cri)}式中，用初相點向徑長A表示各軸承處的振動幅值，Mean^i)為各個軸承處振動的均值，Max(ri)為各軸承處最大振動，Min(ri)為各軸承處最小振動。由于采用單面平衡，優(yōu)化的參數(shù)只有兩個，即配重的大小和方位，而且優(yōu)化的初始值已經(jīng)給定P= 1082gZ206.85°，因而很多優(yōu)化算法，如遺傳算法，都能獲得很好的效果。在本例中，我們在現(xiàn)場采用計算機模擬微調(diào)獲得了一個較優(yōu)的配重方案P'= 802gZ217°兼顧了各測量面的振動響應(yīng)。模擬平衡配重P' = 802gZ217°產(chǎn)生的振動響應(yīng)，用三維全息譜表示，并作出原始振動的移相橢圓圖6(a)，可以看出平衡配重響應(yīng)在各軸承處初相點基本落在陰影面積內(nèi)，滿足單面軸系平衡的第二個條件。由此可以預(yù)測，在前箱內(nèi)添加合適配重后，完全可以實現(xiàn)高、中壓缸各軸承振動的同時降低。在前箱內(nèi)添加配重P' = 802gZ217°后的平衡結(jié)果，如圖6 (b)所示，1、2、4號軸承處的振動降幅較大。3號軸承處振動基本維持原狀，對照圖6(a)分析發(fā)現(xiàn)，這是由于3 號軸承處配重響應(yīng)初相點落在移相橢圓上所致。如圖6(b)所示平衡后所有軸承處振動均在標準范圍內(nèi)，平衡效果較好。上述方法的采用需要滿足以下條件A、軸系中只有一個或兩個相鄰轉(zhuǎn)子存在明顯的不平衡；通過判斷工頻分量為主要成份，同時振動超過國標“旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定第2部分陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機組GB/T 11348. 2-2007”中區(qū)域B的邊界即可認為滿足條件A，通常現(xiàn)場采用120 微米報警，超過報警值建改處理；
B、在原始振動超標的軸承處，純配重振動響應(yīng)的初相點應(yīng)落在移相橢圓的陰影面積之內(nèi)。實施例二參見圖7至圖11(b)，本發(fā)明的具體實施例二，某330MW四缸四排汽輪發(fā)電機組在一次大修中，更換了低壓缸I的斷裂葉片。葉片更換后發(fā)現(xiàn)中壓缸、低壓缸I的4、5、6號軸承(如圖7所示)處振動超標。經(jīng)故障分析后，認為振動超標的主要原因是更換葉片導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡造成，決定對中、低壓轉(zhuǎn)子進行動平衡。步驟依次如下步驟一、采集各軸承處工作轉(zhuǎn)速下兩個相互垂直測點的原始振動信號，通過信號處理獲取各頻率分量的幅值和相位，平衡前汽輪機8個軸承處振動數(shù)據(jù)見下表；平衡前空載下機組振動數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1. 一種特定條件下的基于移相橢圓技術(shù)的單面軸系現(xiàn)場動平衡方法，步驟依次如下 步驟一、采集軸系各軸承處測振截面兩個相互垂直測點工作轉(zhuǎn)速下的原始振動信號， 通過信號處理獲取各頻率分量的幅值和相位；步驟二、做出各軸承處工作轉(zhuǎn)速下原始振動工頻橢圓； 步驟三、定出各原始振動工頻橢圓初相點；步驟四、做出各原始振動工頻橢圓中心到初相點的向徑，即為初相矢； 步驟五、建立各軸承測振截面處的工頻二維全息譜圖； 步驟六、根據(jù)多傳感器信息融合技術(shù)，生成三維全息譜； 步驟七、畫出各軸承測振截面處的移相橢圓；步驟八、根據(jù)平衡的歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，獲取在各加重面的純試重振動響應(yīng)，用遷移矩陣表示，生成純試重振動響應(yīng)的三維全息譜；步驟九、計算在某個方便的平衡面配重以平衡某號軸承超標振動根據(jù)原始振動工頻橢圓的初相點與平衡配重橢圓的初相點間應(yīng)呈鏡面對稱關(guān)系，將平衡配重的初相點旋轉(zhuǎn)到原始振動工頻橢圓的初相點的對面，計算平衡某號軸承振動所需的配重；步驟十、畫出某號軸承添加所得平衡配重對其它各軸承處振動的工頻響應(yīng)，考察其它振動超標軸承處的純配重振動響應(yīng)的初相點是否落在移相橢圓的陰影面積之內(nèi)；步驟i^一、如果不滿足步驟十的要求，按F = Mean (A) * {Max (r》-Min比)}，優(yōu)化步驟九獲得的配重大小和方位，采用遺傳算法優(yōu)化得出最后應(yīng)加的平衡配重的重量和角度，返回步驟十，若測試振動均滿足要求，結(jié)束； 上述方法的采用需要滿足以下條件A、軸系中只有一個或兩個相鄰轉(zhuǎn)子存在明顯的不平衡；B、在原始振動超標的軸承處，純配重振動響應(yīng)的初相點應(yīng)落在移相橢圓的陰影面積之
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在特定條件下的基于移相橢圓技術(shù)的單面軸系現(xiàn)場動平衡方法。本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)場平衡實例，提出了基于移相橢圓的判斷準則，該方法首先要滿足軸系中只有一個或兩個相鄰轉(zhuǎn)子存在明顯的不平衡；其次，在原始振動超標的軸承處，純配重振動響應(yīng)的初相點應(yīng)落在移相橢圓的陰影面積之內(nèi)的條件。當軸系的振動響應(yīng)滿足該評判準則時，可以通過單面配重實現(xiàn)軸系整體平衡，從而提高了平衡效率。
文檔編號G01M1/32GK102183339SQ201110047599
公開日2011年9月14日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者劉石, 廖與禾, 張征平, 沈玉娣 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院