旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線主動(dòng)平衡技術(shù)課件

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23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(chǎng)動(dòng)平衡。 現(xiàn)場(chǎng)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、后期生產(chǎn)的引進(jìn)型300MW、60

2、0MW機(jī)組，在現(xiàn)場(chǎng)需進(jìn)行軸系動(dòng)平衡的比例高達(dá)7080. n國(guó)內(nèi)安裝的國(guó)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(chǎng)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(zhǎng) .例如200MW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組作現(xiàn)場(chǎng)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轉(zhuǎn)軸不相交、不平行、不重合4柔性轉(zhuǎn)子的不平

3、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

4、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(cè)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(cè)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38530

5、mm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)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(cè)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

6、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)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

7、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(chǎng)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(guó)內(nèi)、外主動(dòng)平衡技術(shù)的比較n轉(zhuǎn)速-恒速與變速 國(guó)內(nèi)：轉(zhuǎn)子單轉(zhuǎn)速及緩慢變速下的主動(dòng)平衡。 國(guó)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