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日志

 
 

刚性外悬转子平衡方法的研究  

2008-09-13 10:21:23|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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Study on Balance Method of Rigid External Suspensory Rotator

付大鹏 陈向伟 林淑杰

文 摘 针对发电厂排粉机这类刚性外悬转子的动平衡问题,提出了一种优化的平衡方法,使其在满足平衡精度的前提下求得最小平衡配重。

关键词 校正面 许用不平衡量 优化

排粉机、风机是发电厂广泛应用的转动机械,它们在使用中由于磨损等原因,常常造成质量失衡,这就要求对其进行动态平衡。常见的排粉机、风机结构形式如图1所示,工程上称之为刚性外悬转子。对于这类转子的平衡,目前现场检修时常采用三点法作单面平衡,通过实践证明,采用单面平衡有时效果不好。为此本文提出一种优化的平衡方法来解决刚性外悬转子的平衡问题。

1 数学模型的建立及求解

  目前电厂用的排粉机及风机平衡精度大都是2.5级,按ISO1940—1986(E)标准,人们就可以计算出各种排粉机及风机校正面上的许用不平衡量,并推算出支点(测点)处的许用振幅Ci0。见图1,根据影响系数平衡法,我们能够建立如下矢量方程:

图 1 钢性外悬转子结构示意图

Ⅰ、Ⅱ——校正面号;1、2——测点号

                                                                        (1)

式中 ij——j加重平面的加重对第i测点振动的影响系数矢量

  [ ij]——影响系数矢量矩阵

     j——j加重平面的平衡配重质径积矢量

  [j]——平衡配重质径积矢量矩阵

    i0——第i测点的原始振动矢量

  [i0]——第i测点原始振动矢量矩阵

  [i0]——第i测点许用振幅矢量矩阵

(1)式适用于测点数等于加重面数的转子平衡,可方便地求出一组[j]。对于刚性外悬型转子由于其自身结构的特点,当转子叶轮上只存在单纯性质偏时,通常引起测点2振动较大,而测点1振动较小,这时可采用单面平衡法进行转子平衡。当转子叶轮上存在较大偶不平衡时,利用单面平衡法平衡转子效果将很差。为了综合考虑转子的平衡质量,在满足平衡精度的前提下,使加重量最小,并确定加重方案(采用单面平衡还是双面平衡)。显然,这一问题在数学上属于多目标最优化问题,为此建立如下数学模型:

                                               (2)

其中

ξ(W)=[ξ1(W),ξ2(W)]T

而 ξ1(W)——与平衡平面选取有关的目标函数分量;

  ξ2(W)——与平衡重有关的目标函数分量;

  i——各测点的计算许用不平衡量矢量。

对于(2)中的多目标优化问题,根据我们的具体情况将其转化为一单目标优化数学模如下

                     (3)

其中,i=1~2,表示测点号;j=1~2,表示加重平面号;q为最小加重量,单位为g。      在(3)式中,当加重量|j|<q时通常将其省略,转子只需进行单面平衡。这是由于转子叶轮在加重时通常采用焊接,而q的重量引起的振动较小,且加重困难。(3)式的数学模型将一多目标优化问题转化为单目标的优化问题。使得求解更方便。

对于(3)式的优化数学模型,工程上可应用多种方法求解。我们在求解上述问题时应用可变容差法及Flexiplex计算程序。

表 1 试验结果比较

计算许用振幅

(双振幅)

/μm

平衡后实测振

幅(双振幅)

/μm

理论平衡配重 实际平衡配重
Ⅰ面 Ⅱ面 Ⅰ面 Ⅱ面
1 1 35 27 823/5 762/4 820/75 760/5
2 55 38
2 1 32 23 0 576/67 0 575/70
2 55 38 2 50 48

  注:表中平衡配重单位为g/(°),1号转子采用双面平衡,2号转子采用单面平衡,其中q=20g。

2 试验验证

  我们的试验是在自制的平衡台上进行的,选用两个转子叶轮,1号转子叶轮重100 kg。2号转子叶轮重75 kg,转子结构如图1所示,试验转速750 r/min,两组试验结果及理论计算结果如表1。

  从试验结果分析,理论计算的结果与实测结果基本吻合。

3 结论

  (1) 用最优化方法求解刚性外悬转子的平衡问题是可行的。该计算方法计算准确。

  (2) 通过优化计算我们可以在满足平衡精度的前提下求得最小平衡配重。这一点在工程上是非常重要的。

  (3) 该优化计算方法可优选平衡方案(采用单面平衡还是双面平衡方案)。

作者单位:东北电力学院 (吉林 132012)

参考文献

 [1] D.M.Himmelblan. Applied Nonlinear Programming.

McGraw—Hill Book Company.1972

 [2] 李钟岩译.ISO 1964/1—1986(E), 机械振动—刚性转子平衡品质的要求,第一部分(许用剩余不平衡量的确定).试验机与材料试验,1987.6

 [3] 叶能安等.动平衡原理与动平衡机.武汉:华中工学院出版社,1985

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