轉(zhuǎn)子升速過程中相位變化規(guī)律

1、轉(zhuǎn)子升速過程中相位變化規(guī)律Research on Phase Change Rule of Rotor during Run up Process 郭 瑞 楊建剛/東南大學(xué)火電機(jī)組振動(dòng)國家工程研究中心摘要：對(duì)轉(zhuǎn)子在變速過程中垂直和水平信號(hào)相位及其差值變化規(guī)律進(jìn)行了理論計(jì)算和相關(guān)試驗(yàn)。研究結(jié)果表明：軸承垂直、水平兩個(gè)方向動(dòng)力特性的差異是造成上述現(xiàn)象的主要原因。在研究中同時(shí)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)某個(gè)方向通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，不但該方向上的相位變化很大，而且兩個(gè)方向相位差變化也很劇烈。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子 軸承 動(dòng)力特性 相位 動(dòng)平衡中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8155（2005）04-0000-00Abs

2、tract: Theory computing and relative test were carried out to research the rotor vertical and horizontal phase change rule during run up process. The result shows unsymmetrical dynamics of bearing in two directions is the main reason for the above phenomenon. We also found that when rotor runs up th

3、rough the critical speed along a direction, not only runs up through the critical speed along a direction, not only its phase in the direction but also the phase difference in two direction change acutely.Keywords: Rotor Bearing Dynamic parameters Phase Dynamic balance1 引言動(dòng)平衡是現(xiàn)場(chǎng)最常采用的故障處理方法。為了減少開機(jī)次數(shù)，

4、提高動(dòng)平衡精度，準(zhǔn)確尋找振動(dòng)高點(diǎn)是動(dòng)平衡工作的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。相位是判斷振動(dòng)高點(diǎn)的主要依據(jù)。實(shí)際工作中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)依據(jù)垂直、水平方向的相位數(shù)據(jù)計(jì)算出的高點(diǎn)位置不一致，這給動(dòng)平衡工作帶來很大的困難。本文對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析和計(jì)算，認(rèn)為軸承垂直和水平方向動(dòng)力特性差異是造成這種現(xiàn)象的主要原因。 2 振動(dòng)高點(diǎn)的確定方法在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析時(shí)，相位通常定義為基準(zhǔn)脈沖信號(hào)與其后振動(dòng)信號(hào)高點(diǎn)之間的角度差?；鶞?zhǔn)脈沖信號(hào)可以通過在軸上貼反光帶或開鍵槽的方法獲得。圖1為傳感器和鍵相器測(cè)點(diǎn)布置的示意圖。_收稿日期：2004-10-11 南京市 210096圖1 傳感器和鍵相器測(cè)點(diǎn)布置圖根據(jù)相位定義，振動(dòng)高點(diǎn)可由下式確定

5、由垂直信號(hào) 由水平信號(hào) （1）式中水平和垂直相位滯后角，在固定轉(zhuǎn)速下是相同的光電頭逆轉(zhuǎn)到傳感器的角度，考慮到傳感器安裝的位置，兩者相差90°由垂直和水平振動(dòng)信號(hào)求出的鍵相器到振動(dòng)高點(diǎn)的角度。上述角度均取轉(zhuǎn)子逆轉(zhuǎn)為正。由式（1）可看出，只有當(dāng)水平和垂直相位相差90°時(shí)用兩種信號(hào)得出高點(diǎn)的位置才是一致的。而在現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)之差并非總是90°，這樣根據(jù)兩者確定的高點(diǎn)位置就不一致，造成在動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)加重方案互相矛盾，增大了動(dòng)平衡工作難度。3 數(shù)學(xué)模型及計(jì)算結(jié)果為了解釋這種現(xiàn)象，以圖2所示的單跨轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)為例進(jìn)行討論。圖2 轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)模型如果只考慮中間圓盤存在不平衡，以垂直

6、方向?yàn)槔到y(tǒng)動(dòng)力方程為 （2）式中M質(zhì)量，垂直方向的剛度和阻尼K軸的剛度為系統(tǒng)三個(gè)圓盤的垂直位移；分別是中間圓盤不平衡力的幅值、頻率和相位。設(shè),求解上式可得出端部圓盤垂直方向的振幅和相位分別為 （3）同理可推得水平方向的振幅和相位為 （4）通過以上兩式可看出：（1）相位角及其差值為系統(tǒng)阻尼、軸承剛度、軸段剛度、轉(zhuǎn)速、圓盤質(zhì)量的復(fù)雜函數(shù)；（2）系統(tǒng)參數(shù)固定時(shí)，兩者之差僅是轉(zhuǎn)速的函數(shù)；（3）考慮到，當(dāng)支承兩個(gè)方向動(dòng)力上特性相同時(shí)，即，垂直和水平方向的相位差在任何轉(zhuǎn)速下都為90°；（4）當(dāng)無阻尼時(shí)，其相位差在任何轉(zhuǎn)速下都為90°。通常汽輪發(fā)電機(jī)組支撐軸承水平和垂直動(dòng)力特性存在各

7、向異性，并包含阻尼。運(yùn)行中油膜的動(dòng)力特性隨工作條件的不同有一定的變化，從而造成水平和垂直相位差變化規(guī)律很復(fù)雜，在大多數(shù)情況下都不等于90°。下面以一組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算分析：，在中間圓盤半徑0.1m處有0.005kg0°的不平衡量。計(jì)算結(jié)果見圖3。圖3 升速過程中振幅、相位變化計(jì)算結(jié)果由計(jì)算結(jié)果可看出：（1）垂直和水平的相位差隨轉(zhuǎn)速的變化在90°300°之間，幅度較大；（2）由于軸承垂直和水平動(dòng)力特性的各向異性，在不平衡力的激勵(lì)下，兩個(gè)方向分別出現(xiàn)各自的臨界轉(zhuǎn)速，過臨界時(shí)振幅的大小和相位的變化由各自的動(dòng)力特性決定。從計(jì)算結(jié)果還可看出一個(gè)現(xiàn)象：當(dāng)轉(zhuǎn)速接近某個(gè)

8、方向的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，不僅該方向的相位會(huì)有大的變化，而且由于兩個(gè)方向的臨界轉(zhuǎn)速不同步，另外一個(gè)方向沒有達(dá)到臨界，導(dǎo)致兩個(gè)方向的相位差也發(fā)生劇烈的變化。4 試驗(yàn)結(jié)果討論在如圖4所示的小型試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。振動(dòng)傳感器采用速度傳感器，在每個(gè)軸承上垂直、水平方向布置；鍵相器水平布置。圖5為試驗(yàn)中2瓦的垂直與水平相位數(shù)據(jù)。1. 垂直方向傳感器 2. 水平方向傳感器3. 1軸承 4.軸 5.圓盤 6. 垂直方向傳感器 7. 水平方向傳感器 8. 2軸承 9. 聯(lián)軸器圖4 小型試驗(yàn)臺(tái)示意圖圖5 某小型轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)振幅、相位和轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了與理論計(jì)算相同的現(xiàn)象：兩個(gè)方向的相位差在很大的范圍內(nèi)變化（-

9、200°0°），并隨著轉(zhuǎn)速不同而變化；在2300r/min左右y方向達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速，此時(shí)x方向并不是臨界轉(zhuǎn)速，可以看到兩者的相位差有很大的變化，理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象與試驗(yàn)相符。5 結(jié)論本文對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作中經(jīng)常遇到的軸承水平和垂直振動(dòng)相位差隨轉(zhuǎn)速變化的現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析、計(jì)算和相關(guān)試驗(yàn)。在分析和試驗(yàn)過程中同時(shí)發(fā)現(xiàn)在某個(gè)方向過臨界時(shí)，兩個(gè)方向相位差也會(huì)發(fā)生劇烈變化這一新的現(xiàn)象。研究結(jié)果表明：支承軸承垂直和水平動(dòng)力特性差異是造成上述現(xiàn)象的主要原因。本文的研究成果能夠很好地解釋現(xiàn)場(chǎng)中經(jīng)常遇到的上述現(xiàn)象。參 考 文 獻(xiàn)1 楊建剛，謝東建，高亹.基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的動(dòng)平衡方法研究.動(dòng)力工程,2004，23（2）.2 鐘一諤，何衍宗，王正等。轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)。清華大學(xué)出版社，1987. 3 R.伽西，H.菲茨耐。轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論。機(jī)械工業(yè)出版社,1986.4