旋轉(zhuǎn)機械在線主動平衡技術(shù)課件

旋轉(zhuǎn)機械的在線主動平衡技術(shù)北京化工大學(xué)設(shè)備診斷工程研究中心

何立東旋轉(zhuǎn)機械的在線主動平衡技術(shù)北京化工大學(xué)設(shè)備診斷工程研究中1研究背景壓縮機、燃氣輪機或電機等串聯(lián)的機組，即使各轉(zhuǎn)子經(jīng)嚴(yán)格動平衡，且安裝對中良好，運轉(zhuǎn)起來也可能發(fā)生不平衡引起的強烈振動。催化裝置的關(guān)鍵設(shè)備煙機（煙氣透平），經(jīng)常發(fā)生由于催化劑進入機內(nèi)造成轉(zhuǎn)子不平衡、產(chǎn)生強烈振動的現(xiàn)象。多數(shù)一年內(nèi)要檢修2—3次，每次要5—6天。合成氨離心壓縮機組中，壓縮機葉輪中緩慢沉積的污垢增大到一定程度時，會導(dǎo)致原來動平衡的破壞，以至于必須停車1~3天進行現(xiàn)場動平衡。

研究背景壓縮機、燃氣輪機或電機等串聯(lián)的機組，即使各轉(zhuǎn)子經(jīng)嚴(yán)格2現(xiàn)場軸系動平衡的現(xiàn)狀

70年代中期生產(chǎn)的200MW、300MW機組，大約有60%以上.

90年代中、后期生產(chǎn)的引進型300MW、600MW機組，在現(xiàn)場需進行軸系動平衡的比例高達70％～80％.

國內(nèi)安裝的國外制造的機組，對于不同的制造廠，一般也不低于25%.

現(xiàn)場軸系動平衡的現(xiàn)狀70年代中期生產(chǎn)的200MW、300M3現(xiàn)場軸系動平衡的難點

軸系平衡時加重平面一般只能在轉(zhuǎn)子端部和外伸端選取.

相鄰轉(zhuǎn)子不平衡振動的傳遞.

連成軸系后轉(zhuǎn)子振型變化.

要補償轉(zhuǎn)子熱不平衡.

花錢多耗時長.例如200MW汽輪機發(fā)電機組作現(xiàn)場動平衡時，每天最多起動2次，每次起動花費10余萬元?，F(xiàn)場軸系動平衡的難點軸系平衡時加重平面一般只能在轉(zhuǎn)子端部和4旋轉(zhuǎn)機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

旋轉(zhuǎn)機械中的四類不平衡問題1、單平面或單盤靜態(tài)不平衡——中52、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2、多平面或多盤偶不平衡——

中心主慣性軸相交于旋轉(zhuǎn)軸63、動不平衡——中心主慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸不相交、不平行、不重合3、動不平衡——中心主慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸不相交、不平行、不重合74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)8自動平衡的原理自動平衡的原理9

被動式自動平衡

這種裝置帶自由移動補償質(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，采用球式自動平衡裝置比較經(jīng)濟.

被動式自動平衡10主動平衡的原理主動平衡的原理11主動平衡的分類主動平衡的分類12噴涂型主動平衡裝置噴涂型主動平衡裝置13噴液型主動平衡裝置噴液型主動平衡裝置14VandeVegte主動平衡裝置VandeVegte主動平衡裝置15旋轉(zhuǎn)機械在線主動平衡技術(shù)課件16紅外線遙控主動平衡裝置紅外線遙控主動平衡裝置17LORD主動平衡裝置裝有兩個配重的平衡環(huán)永久地裝在轉(zhuǎn)子上。不需要電力的永久磁鐵固定配重的位置。配重的位置則由控制器連續(xù)地調(diào)節(jié),進行平衡校正，減小振動。

無接觸能量傳輸:靜環(huán)無接觸線圈組件提供能量來驅(qū)動配重塊。LORD主動平衡裝置裝有兩個配重的平衡環(huán)永久地裝在轉(zhuǎn)子上18在線主動平衡裝置

四個組成部分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、動平衡執(zhí)行器（具有自鎖、精確定位和能量與控制信號的傳遞功能）。在線主動平衡裝置

四個組成部分1、轉(zhuǎn)子（剛性與柔性、單盤與多19主動平衡裝置的主要部件主動平衡裝置的主要部件20LORD主動平衡裝置的特點在機器的整個運行過程中，在數(shù)秒內(nèi)完成多平面、多轉(zhuǎn)速的不平衡質(zhì)量校正。該系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測和診斷機器振動狀態(tài)，提供了預(yù)知維修的工具。突然的停電或控制器停止工作，只能使動平衡校正處在最近一次優(yōu)化的位置上。LORD主動平衡裝置的特點在機器的整個運行過程中，在數(shù)秒21性能參數(shù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速300~40,000rpm校正能力20g.mm~28kg.cm取決于轉(zhuǎn)速和可用空間分辯率（校正能力的%）1~5%平衡時間1~10秒(最大30秒)平衡環(huán)內(nèi)徑38~530mm適用溫度-67℉~302℉，特殊需要可達500℉能源動力220VAC，~5Amp重量1~15lb（每個平衡平面）(6.81KG)動環(huán)和靜環(huán)之間的間隙~0.020″(0.508mm)性能參數(shù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速300~40,000rpm校正能力20g22主動平衡裝置的控制策略

隨機自動尋優(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)，而且完成一次動平衡需要重復(fù)多次“試重——比較——確定”，效率很低。

主動平衡裝置的控制策略隨機自動尋優(yōu)法23影響系數(shù)法用試重激起的轉(zhuǎn)子響應(yīng),確定系統(tǒng)影響系數(shù)，然后根據(jù)原來的振動響應(yīng)反算，一次確定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡量。影響系數(shù)法是在各選定的平衡轉(zhuǎn)速下，使轉(zhuǎn)子上各測振點的振動值為零，它并不能保證在全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子各點的振動都很小；影響系數(shù)法若用于參數(shù)變化的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)則必須在每次動平衡前進行試重，以確定該動平衡時的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響系數(shù)。

影響系數(shù)法用試重激起的轉(zhuǎn)子響應(yīng),確定系統(tǒng)影響系數(shù)，然后根據(jù)原24振型平衡法在各臨界轉(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。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，對轉(zhuǎn)于系統(tǒng)正常工作影響不顯著。振型平衡法在各臨界轉(zhuǎn)速附近分別試重，確定各模態(tài)的影響系數(shù)，同25

共同特點對于參數(shù)未知的一個轉(zhuǎn)子，首先在線地辨識出系統(tǒng)參數(shù)（包括影響系數(shù)、不平衡量）.由先驗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，在線地消除不平衡量。這兩類平衡方法都不能使轉(zhuǎn)子振動完全消除。

共同特點對于參數(shù)未知的一個轉(zhuǎn)子，首先在線地辨識26自適應(yīng)影響系數(shù)控制方法

自適應(yīng)影響系數(shù)控制方法27在風(fēng)機中的應(yīng)用在風(fēng)機中的應(yīng)用28在壓縮機中的應(yīng)用石化行業(yè)中某汽輪機組驅(qū)動的某離心壓縮機組經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的振動問題，每次必須停機花費3~4天進行現(xiàn)場動平衡，僅產(chǎn)量每次就損失4500~6000噸。在高壓壓縮機兩端應(yīng)用兩只在線主動平衡環(huán)后，消除了該機組的這個問題，已連續(xù)安全穩(wěn)定運行了兩年多。在壓縮機中的應(yīng)用石化行業(yè)中某汽輪機組驅(qū)動的某離心壓縮機組經(jīng)常29旋轉(zhuǎn)機械在線主動平衡技術(shù)課件30旋轉(zhuǎn)機械在線主動平衡技術(shù)課件31旋轉(zhuǎn)機械在線主動平衡技術(shù)課件32國內(nèi)、外主動平衡技術(shù)的比較轉(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）國內(nèi)、外主動平衡技術(shù)的比較轉(zhuǎn)速-恒速與變速33比較單平衡頭（平衡單面轉(zhuǎn)子）和二或三面雙向平衡頭（平衡多面轉(zhuǎn)子）

平衡時間：90，180秒-5，6分鐘（1995年）。30秒（2000年）——10幾秒.

高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速：（1659-1770rpm，4800rpm），40000rpm全轉(zhuǎn)速.

工程實用：剛性、單盤轉(zhuǎn)子（風(fēng)機）；柔性、多盤轉(zhuǎn)子（汽輪機）。比較單平衡頭（平衡單面轉(zhuǎn)子）和二或三面雙向平衡頭（平衡多面轉(zhuǎn)34轉(zhuǎn)子試驗臺中的主動平衡系統(tǒng)轉(zhuǎn)子試驗臺中的主動平衡系統(tǒng)35主動平衡系統(tǒng)在離心壓縮機組中的應(yīng)用主動平衡系統(tǒng)在離心壓縮機組中的應(yīng)用36在遼化壓縮機組中的應(yīng)用方案在遼化壓縮機組中的應(yīng)用方案37主動平衡系統(tǒng)在離心機中的應(yīng)用主動平衡系統(tǒng)在離心機中的應(yīng)用38主動平衡系統(tǒng)在超重力機中的應(yīng)用主動平衡系統(tǒng)在超重力機中的應(yīng)用39謝謝大家！謝謝大家！40旋轉(zhuǎn)機械的在線主動平衡技術(shù)北京化工大學(xué)設(shè)備診斷工程研究中心

何立東旋轉(zhuǎn)機械的在線主動平衡技術(shù)北京化工大學(xué)設(shè)備診斷工程研究中41研究背景壓縮機、燃氣輪機或電機等串聯(lián)的機組，即使各轉(zhuǎn)子經(jīng)嚴(yán)格動平衡，且安裝對中良好，運轉(zhuǎn)起來也可能發(fā)生不平衡引起的強烈振動。催化裝置的關(guān)鍵設(shè)備煙機（煙氣透平），經(jīng)常發(fā)生由于催化劑進入機內(nèi)造成轉(zhuǎn)子不平衡、產(chǎn)生強烈振動的現(xiàn)象。多數(shù)一年內(nèi)要檢修2—3次，每次要5—6天。合成氨離心壓縮機組中，壓縮機葉輪中緩慢沉積的污垢增大到一定程度時，會導(dǎo)致原來動平衡的破壞，以至于必須停車1~3天進行現(xiàn)場動平衡。

研究背景壓縮機、燃氣輪機或電機等串聯(lián)的機組，即使各轉(zhuǎn)子經(jīng)嚴(yán)格42現(xiàn)場軸系動平衡的現(xiàn)狀

70年代中期生產(chǎn)的200MW、300MW機組，大約有60%以上.

90年代中、后期生產(chǎn)的引進型300MW、600MW機組，在現(xiàn)場需進行軸系動平衡的比例高達70％～80％.

國內(nèi)安裝的國外制造的機組，對于不同的制造廠，一般也不低于25%.

現(xiàn)場軸系動平衡的現(xiàn)狀70年代中期生產(chǎn)的200MW、300M43現(xiàn)場軸系動平衡的難點

軸系平衡時加重平面一般只能在轉(zhuǎn)子端部和外伸端選取.

相鄰轉(zhuǎn)子不平衡振動的傳遞.

連成軸系后轉(zhuǎn)子振型變化.

要補償轉(zhuǎn)子熱不平衡.

花錢多耗時長.例如200MW汽輪機發(fā)電機組作現(xiàn)場動平衡時，每天最多起動2次，每次起動花費10余萬元?，F(xiàn)場軸系動平衡的難點軸系平衡時加重平面一般只能在轉(zhuǎn)子端部和44旋轉(zhuǎn)機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

旋轉(zhuǎn)機械中的四類不平衡問題1、單平面或單盤靜態(tài)不平衡——中452、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2、多平面或多盤偶不平衡——

中心主慣性軸相交于旋轉(zhuǎn)軸463、動不平衡——中心主慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸不相交、不平行、不重合3、動不平衡——中心主慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸不相交、不平行、不重合474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)48自動平衡的原理自動平衡的原理49

被動式自動平衡

這種裝置帶自由移動補償質(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，采用球式自動平衡裝置比較經(jīng)濟.

被動式自動平衡50主動平衡的原理主動平衡的原理51主動平衡的分類主動平衡的分類52噴涂型主動平衡裝置噴涂型主動平衡裝置53噴液型主動平衡裝置噴液型主動平衡裝置54VandeVegte主動平衡裝置VandeVegte主動平衡裝置55旋轉(zhuǎn)機械在線主動平衡技術(shù)課件56紅外線遙控主動平衡裝置紅外線遙控主動平衡裝置57LORD主動平衡裝置裝有兩個配重的平衡環(huán)永久地裝在轉(zhuǎn)子上。不需要電力的永久磁鐵固定配重的位置。配重的位置則由控制器連續(xù)地調(diào)節(jié),進行平衡校正，減小振動。

無接觸能量傳輸:靜環(huán)無接觸線圈組件提供能量來驅(qū)動配重塊。LORD主動平衡裝置裝有兩個配重的平衡環(huán)永久地裝在轉(zhuǎn)子上58在線主動平衡裝置

四個組成部分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、動平衡執(zhí)行器（具有自鎖、精確定位和能量與控制信號的傳遞功能）。在線主動平衡裝置

四個組成部分1、轉(zhuǎn)子（剛性與柔性、單盤與多59主動平衡裝置的主要部件主動平衡裝置的主要部件60LORD主動平衡裝置的特點在機器的整個運行過程中，在數(shù)秒內(nèi)完成多平面、多轉(zhuǎn)速的不平衡質(zhì)量校正。該系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測和診斷機器振動狀態(tài)，提供了預(yù)知維修的工具。突然的停電或控制器停止工作，只能使動平衡校正處在最近一次優(yōu)化的位置上。LORD主動平衡裝置的特點在機器的整個運行過程中，在數(shù)秒61性能參數(shù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速300~40,000rpm校正能力20g.mm~28kg.cm取決于轉(zhuǎn)速和可用空間分辯率（校正能力的%）1~5%平衡時間1~10秒(最大30秒)平衡環(huán)內(nèi)徑38~530mm適用溫度-67℉~302℉，特殊需要可達500℉能源動力220VAC，~5Amp重量1~15lb（每個平衡平面）(6.81KG)動環(huán)和靜環(huán)之間的間隙~0.020″(0.508mm)性能參數(shù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速300~40,000rpm校正能力20g62主動平衡裝置的控制策略

隨機自動尋優(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)，而且完成一次動平衡需要重復(fù)多次“試重——比較——確定”，效率很低。

主動平衡裝置的控制策略隨機自動尋優(yōu)法63影響系數(shù)法用試重激起的轉(zhuǎn)子響應(yīng),確定系統(tǒng)影響系數(shù)，然后根據(jù)原來的振動響應(yīng)反算，一次確定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡量。影響系數(shù)法是在各選定的平衡轉(zhuǎn)速下，使轉(zhuǎn)子上各測振點的振動值為零，它并不能保證在全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子各點的振動都很?。挥绊懴禂?shù)法若用于參數(shù)變化的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)則必須在每次動平衡前進行試重，以確定該動平衡時的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響系數(shù)。

影響系數(shù)法用試重激起的轉(zhuǎn)子響應(yīng),確定系統(tǒng)影響系數(shù)，然后根據(jù)原64振型平衡法在各臨界轉(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。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，對轉(zhuǎn)于系統(tǒng)正常工作影響不顯著。振型平衡法在各臨界轉(zhuǎn)速附近分別試重，確定各模態(tài)的影響系數(shù)，同65

共同特點對于參數(shù)未知的一個轉(zhuǎn)子，首先在線地辨識出系統(tǒng)參數(shù)（包括影響系數(shù)、不平衡量）.由先驗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，在線地消除不平衡量。這兩類平衡方法都不能使轉(zhuǎn)子振動完全消除。

共同特點對于參數(shù)未知的一個轉(zhuǎn)子，首先在線地辨識66自適應(yīng)影響系數(shù)控制方法

自適應(yīng)影響系數(shù)控制方法67在風(fēng)機中的應(yīng)用在風(fēng)機中的應(yīng)用68在壓縮機中的應(yīng)用石化行業(yè)中某汽輪機組驅(qū)動的某離心壓縮機組經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的振動問題，每次必須停機花費3~4