旋轉(zhuǎn)機械在線主動平衡技術

1、旋轉(zhuǎn)機械的在線主動平衡技術 北京化工大學 設備診斷工程研究中心 何立東研究背景n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。n催化裝置的關鍵設備煙機（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23次，每次要56天。n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，會導致原來動平衡的破壞，以至于必須停車13天進行現(xiàn)場動平衡。 現(xiàn)場軸系動平衡的現(xiàn)狀 n70年代中期生產(chǎn)的200MW、300MW機組，大約有60%以上. n90年代中、后期生產(chǎn)的引進型300MW、60

2、0MW機組，在現(xiàn)場需進行軸系動平衡的比例高達7080. n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)場軸系動平衡的難點 n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. n相鄰轉(zhuǎn)子不平衡振動的傳遞. n連成軸系后轉(zhuǎn)子振型變化. n要補償轉(zhuǎn)子熱不平衡. n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。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 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)心偏移導致轉(zhuǎn)子的不平衡自動平衡的原理被動式自動平衡 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.主動平衡的原理主動平衡的分類主動平衡的分類噴涂型主動平衡裝置噴液型主動平衡裝置Van de Vegte 主動平衡裝置紅外線遙控主動平衡裝置LORD 主動平衡裝置n裝有兩個配重的平衡環(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),進行平衡校正，減小振動。 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)動配重塊。在線

4、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）。主動平衡裝置的主要部件LORD 主動平衡裝置的特點n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。n該系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測和診斷機器振動狀態(tài)，提供了預知維修的工具。n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。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500能源動力220VAC，5Amp重量115 lb（每個平衡平面）(6.81KG)動環(huán)和靜環(huán)之間的間隙0.020(0.508mm)主動平衡裝置的控制策略控制策略 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函數(shù)的控制策略. 尋優(yōu)法中的目標函數(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,確定系統(tǒng)影響系數(shù)，然后根據(jù)原來的振動響應反算，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

6、點的振動都很?。籲影響系數(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)。 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)，同樣通過振動響應反算，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，對轉(zhuǎn)于系統(tǒng)正常工作影響不顯著。共同特點n 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）.n 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。n 這兩類平衡方法都不能使轉(zhuǎn)子

7、振動完全消除。 自適應影響系數(shù)控制方法 在風機中的應用在壓縮機中的應用n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)子不平衡導致的振動問題，每次必須停機花費34天進行現(xiàn)場動平衡，僅產(chǎn)量每次就損失45006000噸。n在高壓壓縮機兩端應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。國內(nèi)、外主動平衡技術的比較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