旋转机械在线主动平衡技术

1、旋转机械的在线主动平衡技术 北京化工大学 设备诊断工程研究中心 何立东 研究背景 n压缩机、燃气轮机或电机等串联的机组，即 使各转子经严格动平衡，且安装对中良好， 运转起来也可能发生不平衡引起的强烈振动。 n催化装置的关键设备烟机（烟气透平），经 常发生由于催化剂进入机内造成转子不平衡、 产生强烈振动的现象。多数一年内要检修2 3次，每次要56天。 n合成氨离心压缩机组中，压缩机叶轮中缓慢 沉积的污垢增大到一定程度时，会导致原来 动平衡的破坏，以至于必须停车13天进行现 场动平衡。 现场轴系动平衡的现状 n70年代中期生产的200MW、300MW机组， 大约有60%以上. n90年代中、后期生

2、产的引进型300MW、 600MW机组，在现场需进行轴系动平衡 的比例高达7080. n国内安装的国外制造的机组，对于不同 的制造厂，一般也不低于 25%. 现场轴系动平衡的难点 n轴系平衡时加重平面一般只能在转子端 部和外伸端选取. n相邻转子不平衡振动的传递. n连成轴系后转子振型变化. n要补偿转子热不平衡. n花钱多耗时长 .例如200MW汽轮机发电 机组作现场动平衡时，每天最多起动2次， 每次起动花费10余万元。 旋转机械中的四类不平衡问题 1、单平面或单盘静态不平衡中心主惯性轴平行于旋转轴中心线 2、多平面或多盘偶不平衡 中心主惯性轴相交于旋转轴中心线 3、动不平衡中心主惯性轴和旋

3、转 轴不相交、不平行、不重合 4柔性转子的不平衡转速超过临界转速以上， 转子因挠曲变形产生质心偏移导致转子的不平衡 自动平衡的原理 被动式自动平衡 这种装置带自由移动补偿质量，分为液体 式、环式、摆锤式、球式等几类。当单轮盘转 子（如磨床）的转速大于一阶临界转速时，采 用球式自动平衡装置比较经济. 主动平衡的原理 主动平衡的分类主动平衡的分类 喷涂型主动平衡装置 喷液型主动平衡装置 Van de Vegte 主动平衡装置 红外线遥控主动平衡装置 LORD 主动平衡装置 n装有两个配重的平衡环 永久地装在转子上。 n不需要电力的永久磁铁 固定配重的位置。 n配重的位置则由控制器 连续地调节,进行

4、平衡校 正，减小振动。 n无接触能量传输:静环无 接触线圈组件提供能量 来驱动配重块。 在线主动平衡装置 四个组成部分 1、转子（刚性与柔性、 单盘与多盘）。 2、检测器（加速度与 位移传感器）。 3、控制器。 4、动平衡执行器（具 有自锁、精确定位和 能量与控制信号的传 递功能）。 主动平衡装置的主要部件 LORD 主动平衡装置的特点 n在机器的整个运行过程中，在数秒内完 成多平面、多转速的不平衡质量校正。 n该系统连续监测和诊断机器振动状态， 提供了预知维修的工具。 n突然的停电或控制器停止工作，只能使 动平衡校正处在最近一次优化的位置上。 性能参数 转子转速30040,000 rpm 校

5、正能力20 g.mm28 kg.cm 取决于转速和可用空间 分辩率（校正能力的%）15% 平衡时间110秒(最大30秒) 平衡环内径38530mm 适用温度-67302，特殊需 要可达500 能源动力220VAC，5Amp 重量115 lb（每个平衡平 面）(6.81KG) 动环和静环之间的间隙0.020(0.508mm) 主动平衡装置的控制策略控制策略 随机自动寻优法 基于转子通频幅值、幅值和或幅值 平方和等目标函数的控制策略. 寻优法中的目标函数无法反映转子 系统不平衡量的真正状态，而且完成一 次动平衡需要重复多次“试重比 较确定”，效率很低。 影响系数法 n用试重激起的转子响应,确定系统

6、影响系数， 然后根据原来的振动响应反算，一次确定转子 系统的不平衡量。 n影响系数法是在各选定的平衡转速下，使转子 上各测振点的振动值为零，它并不能保证在全 部转速范围内转子各点的振动都很小； n影响系数法若用于参数变化的转子系统则必须 在每次动平衡前进行试重，以确定该动平衡时 的转子系统的影响系数。 振型平衡法 n在各临界转速附近分别试重，确定各模 态的影响系数，同样通过振动响应反算， 可以一次确定各模态下的转子系统的不 平衡量。 n振型平衡法要求消除引起前N阶振型的不 平衡量，而N阶以上的各高阶不平衡量在 平衡后仍残留，只是高阶不平衡一般都 较小，对转于系统正常工作影响不显著。 共同特点

7、n 对于参数未知的一个转子，首先在线 地辨识出系统参数（包括影响系数、不 平衡量）. n 由先验的信息或一次试重算出所需校 正量的大小和相位，然后使平衡块移动， 在线地消除不平衡量。 n 这两类平衡方法都不能使转子振动完 全消除。 自适应影响系数控制方法 在风机中的应用 在压缩机中的应用 n石化行业中某汽轮机组驱动的某离心压 缩机组经常发生转子不平衡导致的振动 问题，每次必须停机花费34天进行现场 动平衡，仅产量每次就损失45006000吨。 n在高压压缩机两端应用两只在线主动平 衡环后，消除了该机组的这个问题，已 连续安全稳定运行了两年多。 国内、外主动平衡技术的比较 n转速-恒速与变速 国内：转子单转速及缓慢变速下的主动 平衡。 国外：随转速变化的柔性转子的快速变 速过程（多平衡转速、多校正面的平衡 综合优化问题） 比较 n单平衡头（平衡单面转子）和二或三面 双向平衡头（平衡多面转子） n平衡时间：90，180秒-5，6分钟（1995 年）。30秒（2000年）10几秒. n高转速和低转速：（1659-1770rpm， 4800 rpm），40000rpm全