旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線主動(dòng)平衡技術(shù)

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的在線主動(dòng)平衡技術(shù) 北京化工大學(xué) 設(shè)備診斷工程研究中心 何立東 研究背景 n壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或電機(jī)等串聯(lián)的機(jī)組，即 使各轉(zhuǎn)子經(jīng)嚴(yán)格動(dòng)平衡，且安裝對(duì)中良好， 運(yùn)轉(zhuǎn)起來也可能發(fā)生不平衡引起的強(qiáng)烈振動(dòng)。 n催化裝置的關(guān)鍵設(shè)備煙機(jī)（煙氣透平），經(jīng) 常發(fā)生由于催化劑進(jìn)入機(jī)內(nèi)造成轉(zhuǎn)子不平衡、 產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)的現(xiàn)象。多數(shù)一年內(nèi)要檢修2 3次，每次要56天。 n合成氨離心壓縮機(jī)組中，壓縮機(jī)葉輪中緩慢 沉積的污垢增大到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致原來 動(dòng)平衡的破壞，以至于必須停車13天進(jìn)行現(xiàn) 場動(dòng)平衡。 現(xiàn)場軸系動(dòng)平衡的現(xiàn)狀 n70年代中期生產(chǎn)的200MW、300MW機(jī)組， 大約有60%以上. n90年代中、后期生

2、產(chǎn)的引進(jìn)型300MW、 600MW機(jī)組，在現(xiàn)場需進(jìn)行軸系動(dòng)平衡 的比例高達(dá)7080. n國內(nèi)安裝的國外制造的機(jī)組，對(duì)于不同 的制造廠，一般也不低于 25%. 現(xiàn)場軸系動(dòng)平衡的難點(diǎn) n軸系平衡時(shí)加重平面一般只能在轉(zhuǎn)子端 部和外伸端選取. n相鄰轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)的傳遞. n連成軸系后轉(zhuǎn)子振型變化. n要補(bǔ)償轉(zhuǎn)子熱不平衡. n花錢多耗時(shí)長 .例如200MW汽輪機(jī)發(fā)電 機(jī)組作現(xiàn)場動(dòng)平衡時(shí)，每天最多起動(dòng)2次， 每次起動(dòng)花費(fèi)10余萬元。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的四類不平衡問題 1、單平面或單盤靜態(tài)不平衡中心主慣性軸平行于旋轉(zhuǎn)軸中心線 2、多平面或多盤偶不平衡 中心主慣性軸相交于旋轉(zhuǎn)軸中心線 3、動(dòng)不平衡中心主慣性軸和旋

3、轉(zhuǎn) 軸不相交、不平行、不重合 4柔性轉(zhuǎn)子的不平衡轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速以上， 轉(zhuǎn)子因撓曲變形產(chǎn)生質(zhì)心偏移導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的不平衡 自動(dòng)平衡的原理 被動(dòng)式自動(dòng)平衡 這種裝置帶自由移動(dòng)補(bǔ)償質(zhì)量，分為液體 式、環(huán)式、擺錘式、球式等幾類。當(dāng)單輪盤轉(zhuǎn) 子（如磨床）的轉(zhuǎn)速大于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，采 用球式自動(dòng)平衡裝置比較經(jīng)濟(jì). 主動(dòng)平衡的原理 主動(dòng)平衡的分類主動(dòng)平衡的分類 噴涂型主動(dòng)平衡裝置 噴液型主動(dòng)平衡裝置 Van de Vegte 主動(dòng)平衡裝置 紅外線遙控主動(dòng)平衡裝置 LORD 主動(dòng)平衡裝置 n裝有兩個(gè)配重的平衡環(huán) 永久地裝在轉(zhuǎn)子上。 n不需要電力的永久磁鐵 固定配重的位置。 n配重的位置則由控制器 連續(xù)地調(diào)節(jié),進(jìn)行

4、平衡校 正，減小振動(dòng)。 n無接觸能量傳輸:靜環(huán)無 接觸線圈組件提供能量 來驅(qū)動(dòng)配重塊。 在線主動(dòng)平衡裝置 四個(gè)組成部分 1、轉(zhuǎn)子（剛性與柔性、 單盤與多盤）。 2、檢測器（加速度與 位移傳感器）。 3、控制器。 4、動(dòng)平衡執(zhí)行器（具 有自鎖、精確定位和 能量與控制信號(hào)的傳 遞功能）。 主動(dòng)平衡裝置的主要部件 LORD 主動(dòng)平衡裝置的特點(diǎn) n在機(jī)器的整個(gè)運(yùn)行過程中，在數(shù)秒內(nèi)完 成多平面、多轉(zhuǎn)速的不平衡質(zhì)量校正。 n該系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測和診斷機(jī)器振動(dòng)狀態(tài)， 提供了預(yù)知維修的工具。 n突然的停電或控制器停止工作，只能使 動(dòng)平衡校正處在最近一次優(yōu)化的位置上。 性能參數(shù) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速30040,000 rpm 校

5、正能力20 g.mm28 kg.cm 取決于轉(zhuǎn)速和可用空間 分辯率（校正能力的%）15% 平衡時(shí)間110秒(最大30秒) 平衡環(huán)內(nèi)徑38530mm 適用溫度-67302，特殊需 要可達(dá)500 能源動(dòng)力220VAC，5Amp 重量115 lb（每個(gè)平衡平 面）(6.81KG) 動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間的間隙0.020(0.508mm) 主動(dòng)平衡裝置的控制策略控制策略 隨機(jī)自動(dòng)尋優(yōu)法 基于轉(zhuǎn)子通頻幅值、幅值和或幅值 平方和等目標(biāo)函數(shù)的控制策略. 尋優(yōu)法中的目標(biāo)函數(shù)無法反映轉(zhuǎn)子 系統(tǒng)不平衡量的真正狀態(tài)，而且完成一 次動(dòng)平衡需要重復(fù)多次“試重比 較確定”，效率很低。 影響系數(shù)法 n用試重激起的轉(zhuǎn)子響應(yīng),確定系統(tǒng)

6、影響系數(shù)， 然后根據(jù)原來的振動(dòng)響應(yīng)反算，一次確定轉(zhuǎn)子 系統(tǒng)的不平衡量。 n影響系數(shù)法是在各選定的平衡轉(zhuǎn)速下，使轉(zhuǎn)子 上各測振點(diǎn)的振動(dòng)值為零，它并不能保證在全 部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子各點(diǎn)的振動(dòng)都很??； n影響系數(shù)法若用于參數(shù)變化的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)則必須 在每次動(dòng)平衡前進(jìn)行試重，以確定該動(dòng)平衡時(shí) 的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響系數(shù)。 振型平衡法 n在各臨界轉(zhuǎn)速附近分別試重，確定各模 態(tài)的影響系數(shù)，同樣通過振動(dòng)響應(yīng)反算， 可以一次確定各模態(tài)下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不 平衡量。 n振型平衡法要求消除引起前N階振型的不 平衡量，而N階以上的各高階不平衡量在 平衡后仍殘留，只是高階不平衡一般都 較小，對(duì)轉(zhuǎn)于系統(tǒng)正常工作影響不顯著。 共同特點(diǎn)

7、n 對(duì)于參數(shù)未知的一個(gè)轉(zhuǎn)子，首先在線 地辨識(shí)出系統(tǒng)參數(shù)（包括影響系數(shù)、不 平衡量）. n 由先驗(yàn)的信息或一次試重算出所需校 正量的大小和相位，然后使平衡塊移動(dòng)， 在線地消除不平衡量。 n 這兩類平衡方法都不能使轉(zhuǎn)子振動(dòng)完 全消除。 自適應(yīng)影響系數(shù)控制方法 在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用 在壓縮機(jī)中的應(yīng)用 n石化行業(yè)中某汽輪機(jī)組驅(qū)動(dòng)的某離心壓 縮機(jī)組經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的振動(dòng) 問題，每次必須停機(jī)花費(fèi)34天進(jìn)行現(xiàn)場 動(dòng)平衡，僅產(chǎn)量每次就損失45006000噸。 n在高壓壓縮機(jī)兩端應(yīng)用兩只在線主動(dòng)平 衡環(huán)后，消除了該機(jī)組的這個(gè)問題，已 連續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行了兩年多。 國內(nèi)、外主動(dòng)平衡技術(shù)的比較 n轉(zhuǎn)速-恒速與變速 國內(nèi)：轉(zhuǎn)子單轉(zhuǎn)速及緩慢變速下的主動(dòng) 平衡。 國外：隨轉(zhuǎn)速變化的柔性轉(zhuǎn)子的快速變 速過程（多平衡轉(zhuǎn)速、多校正面的平衡 綜合優(yōu)化問題） 比較 n單平衡頭（平衡單面轉(zhuǎn)子）和二或三面 雙向平衡頭（平衡多面轉(zhuǎn)子） n平衡時(shí)間：90，180秒-5，6分鐘（1995 年）。30秒（2000年）10幾秒. n高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速：（1659-1770rpm， 4800 rpm），40000rpm全