微速差双转子系统智能化整机 平衡新原理及方法研究

? 应用实例
利 用 智 能 化 整 机 动 平 衡 仪= 如 图 @所 示 = 分别对 C D ! 8型 和 B E 8 8 F@ E 8 8 C AB A& G卧螺离心机进行整 机平衡 = 平衡结果如表 @和表 :所示 6
图 ! 系统软件总体结构框图 % ! & " # $ ’ ( ) *+ ’ , -( . / ( . 0 1, 2 3/ 4 / 0 3 5
微速差的双转子系统在工业用螺旋卸料沉降离心机和航空发动机中均得到了广泛的应用 D 特 别是近年来随着人类对环保的越来越重视 I 污泥和污水的处理量越来越大 I 这类离心机的优点也越 来越突出 D 具有微小转速差的双转子系统在使用中存在的最大问题 是内 J 外转子 的不平 衡会 引起机 组的 强烈拍振 I 差不多有半数以上运行中的机组受到了此类振动的强烈困扰 I 振动强烈时还会产生周期 性的吼叫声 I 严重影响机器的使用寿命和周围工作环境 I 因而不 少机器 不得不 降低 负荷使 用 I 从而 对生产带来了严重影响 D 引起机组产生强烈拍振的主要原因是 B
# I Q R 有什么新的方法和见解 D 近几年来 I 国内在这方面作了一些研究工作 P 主要是利用相关滤波原理 I
为基础来分解拍振信号 I 从而可将转鼓的振动信号从复合振动信号中提取出来 I 实现在整机上对转 鼓象对单转子一样进行平衡 D 这种整机平衡方法的不足之处在于 B 对于转速差很小的双转子系统 I 要从复合振动中提取 出其中一 个频率 成分 I 必须 使用高 性 & % ’ 能的相关分析仪 I 因而造成仪器复杂 J 价格昂贵以及使用不方便等缺点 D 根据介绍此种动平衡方法的文献 P 记载 I 迄今为止 I 还未见到能在整机上对螺旋实施平衡 & # ’ Q R 的报道 D 虽然在双转子机组中 I 通常转鼓产生的振动会大些 I 但在实际使用中 I 由于螺旋产生的变形 和磨损会逐渐接近和超过转鼓 D 这样 I 这种动平衡方法就显得无能为力了 D 为此 I 从原理和方法上研究一种既能对内外转子均能实施整机平衡 I 又在原理和技术上更为先
% 原理和方法
J , J 振幅测量 卧螺离心机是微速差双转子系统的一种最 常用的和典型的机械 $ 如图 % 由于转鼓和螺旋 & " 之 间 存 在 着 微 小 的 速 差! 形 成 了 如 图 )所 示 的 拍振 " 拍振的特性简述如下 # 设 转 鼓 和 螺 旋 的 振 幅 分 别 为 K%! 由 $ % & K)! 图 )可知 ! 转鼓 和螺旋 同相和反相 时 ! 合成振动 振幅分别为 KIG 并且有 # ! ! KI4 L ; KIG MK%NK)! Q L P MK%OK), KI4 R ; 复合振动的频率为 $ ) & M T U 拍振的周期和频率为 $ * & ) V Q ! Z W OW ZP ) % $ * & R T MZ T OT Z , Y ) % 根据测振仪 测得拍振 的 KIG 和 按式$ 可求得转鼓和螺 ! % & ! KI4 L ; X M Y 旋的振动分别为 K%M [ NKI4 IG L ; Q ! ) P [ OKI4 IG L ; K)M , R ) NW % W % ) $ & , ) V ) $ % &
转鼓 % , 螺旋输送器 ) , 差速器 * , 皮带轮 ,
.+ / 光电传感器 0 1+ 2 测振传感器
图 % 螺旋卸料沉降离心机的结构及现场测试系统 , % 6 3 4 5 7 89 : ; < = > ? 9 = 4 : ;: @ < : A 4 BC : DA = E F 8< 9 > 8 D B 8 9 G ; = 8 >G ; B@ 4 8 A B< ? > H 8 E 4 ; 5< E < = 8 I
& 系统的硬件和软件系统
系统的硬件结构如图 F所示 ’ 主要是由振动信号采集 @ 基 准脉冲测 量 @ 数码显 示及 键盘管 理等 三个部分组成 ( 系统的软件由各个功能模块及其子程序组成 ’ 其结构框图如图 R所示 (
系 统初 始化模 块主要是 完成 单片 机 S 堆栈指针设置以及芯片 S T U %有 关 寄存 器的初 始化 @ & V W
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进! 操作上更加方便 ! 在制造成本上更易于为用户所接受的新的双转子整机动平衡技术及其装置就 显得十分必要了 " 此新的双转子整机动平衡技术 ! 必须在原理和方法上 ! 解决如下三个问题 # 提出一种不需 ’ 解拍 ( 就能从测得的包括转鼓和螺旋在内的复合振动信号中 ! 准确地分辨出 $ % & 转鼓和螺旋各自振动大小的机理和方法 " 研究一种能从测得的复合振动信号中! 分别求得转鼓和螺旋的相对相位角的新原理和方法" $ ) & 提出一个集信号采集 + 数据处理和分析于一体的智能 化测试分 析系统 ! 并 能直 接在仪 器屏 $ * & 幕上分别显示出所求得的在转鼓和螺旋四个平衡校正面上的平衡 校正量的 大小和 位置 ! 以便实 现 快速和高精度的双转子整机平衡 "
图 * 内+ 外转子相对相位角测量图 , * 6 3 4 5 7 8< ? > H 8 E: @ > 8 A G = 4 H 8F 7 G < 8 @ : >4 ; < 4 B 8G ; B: ? = < 4 B 8> : = : >
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周保堂 ’ 等 X微速差双转子系统智能化整机平衡新原理及方法研究
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的初始化 6 转速的测量模块使用了 7 各 8 定时器中断 6 功能键的切换采用了 9 当然也 : ; <的 键 盘 输 入 中 断 = 可 以重新复位后 = 选择 所需 的功能键 6 共 同 子程 序 有 转 速 计 算 子 程 序> 振 动 信 号 数 据 采 集 子 程 序> 各种算 相 位 计 算 子 程 序> 显示子程序及键盘 术 运 算 子 程 序> 处理子程序等 6
这种双转子系统的两只转子在组装前必须分别在动平衡机上进行平衡校正 & 即工艺平衡 ’ & % ’ D 由于双转子系统的组装环节多而引起的一系列累积装配误差 I 会 造成在动 平衡机 上已 经达到 的平 衡精度 I 在实际装配支承条件下产生明显的下降 D 经过工艺平衡的此类双转子系统的两只转子在工作 一段 时间后 I 由于 腐蚀 J 磨损 和变形 等 & # ’ 会产生新的失衡 D 特别是作为内转子的螺旋输送器 I 其螺旋是由薄钢板卷焊而成 I 焊接应力会 原因 I 造成在使用过程中不断变形 I 从而使螺旋丧失其原有的平衡精度 D 由于两只转子之间存在的微小转速差 I 当两只转子存 在明显的 不平衡 时 I 周期性 波动的 合 & ! ’ 成振动即所谓拍振 I 无论是对航空发动机还是对螺旋卸料沉降离心机来说都是极为有害的 D 到目前为止 I 在国外有关文献资料上 I 尚未见在解决此类转子系统因失衡而引起的振动问题上
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图 ) 拍振波形 , ) S 3 4 5 8 G = F G = = 8 > ;
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J , \ 相位测量 为实现整机平衡 ! 除了能分别测得转鼓和螺旋的振动以外 ! 更 重要的是要能分别获得它们的相 位 " 图 *所 示 为 转鼓 $ 外转 子& 和螺旋 $ 内转子 & 的相对相位角 测量 原 理 图 " 具体 实施 办法 是分别在外转子和内转子的圆柱形 裸 露 表面 的 任 一周 向位 置 ! 粘贴一细长反光材料为基准 ! 再用两只光电传感器分别对准它! 内外转子各自旋转一周! 分别会产生一个脉冲"由于 K 是对应于 IG L 内+ 外转子振动同为峰值的位置! 因而 KIG 同内+ 外转子的相位基 L 准间的夹角 ] 外转子的相对相位角" )和 ] % 即分别为内 +
D% 9 F ; B>C E’ 式9 中’ 或内转子 ; 两个平衡校正面上的校正量 G 或内转子 ; F ; & H&影响系 B 为外转子 9 C为外转子 9 或内转子 ; 的两个原始振动值 I 数矩阵 G E 为两轴承处获得的外转子 9
图 F 系统硬件组成方框图 " F J * + , 1 . 2 K8 1 : 0. 5 6 : L M N: L O4 P 4 / O Q
图 ) 光点运动轨迹 " ) -. 7 * + , / + . 01 . 2 3 4. 5 1 + , 6 / 4 8 . /
图) 为当 : 即外转 子振 动 大于 内 转 子振 动 时 ’ 其合成振 动的运 动 轨 迹 ’ 至多包容在 9 ; <=时 ’ : 三 个象限内 ( 图) 表示内外转子振动相等时 ’ 即: 此时光点的运动轨迹也至多包容在三个象 9 ; >= ’ = 限内( 图) 表示外转子振动小于内转子振动 ’ 即: 此时光点的运动轨迹将肯定包容在四个象 9 ; ?= ’ 2 限内 ( 这样一来 ’ 光电矢量瓦特计无法有效地区分微小转速差振动信号的缺点 ’ 反而成为能有效地 判别内 @ 外转子振动大小的新方法 ( 根据这个原理设计的逻辑判别线路 ’ 就能准确地确定内 @ 外转子 各自对应的振动值 ( ! " A 平衡校正量的计算 经实践证明 ’ 内@ 外转子由于不平衡引起的振动 ’ 相互间基本上互不干扰 ( 因而可以在分别测得 内外转子在两只轴承处的振动和各自的相位后 ’ 把双转子系统分解为两只单转子双校正面系统 ’ 并 按下式进行校正量的计算 (