旋转机械在线主动平衡技术课件

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1研究背景压缩机、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。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5—6天。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1~3天进行现场动平衡。

研究背景压缩机、燃气轮机或电机等串联的机组，即使各转子经严格2现场轴系动平衡的现状

70年代中期生产的200MW、300MW机组，大约有60%以上.

90年代中、后期生产的引进型300MW、600MW机组，在现场需进行轴系动平衡的比例高达70％～80％.

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%.

现场轴系动平衡的现状70年代中期生产的200MW、300M3现场轴系动平衡的难点

轴系平衡时加重平面一般只能在转子端部和外伸端选取.

相邻转子不平衡振动的传递.

连成轴系后转子振型变化.

要补偿转子热不平衡.

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。现场轴系动平衡的难点轴系平衡时加重平面一般只能在转子端部和4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

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52、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2、多平面或多盘偶不平衡——

中心主惯性轴相交于旋转轴63、动不平衡——中心主惯性轴和旋转轴不相交、不平行、不重合3、动不平衡——中心主惯性轴和旋转轴不相交、不平行、不重合74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8自动平衡的原理自动平衡的原理9

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.

被动式自动平衡10主动平衡的原理主动平衡的原理11主动平衡的分类主动平衡的分类12喷涂型主动平衡装置喷涂型主动平衡装置13喷液型主动平衡装置喷液型主动平衡装置14VandeVegte主动平衡装置VandeVegte主动平衡装置15旋转机械在线主动平衡技术课件16红外线遥控主动平衡装置红外线遥控主动平衡装置17LORD主动平衡装置装有两个配重的平衡环永久地装在转子上。不需要电力的永久磁铁固定配重的位置。配重的位置则由控制器连续地调节,进行平衡校正，减小振动。

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。LORD主动平衡装置装有两个配重的平衡环永久地装在转子上18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）。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19主动平衡装置的主要部件主动平衡装置的主要部件20LORD主动平衡装置的特点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。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。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。LORD主动平衡装置的特点在机器的整个运行过程中，在数秒21性能参数转子转速300~40,000rpm校正能力20g.mm~28kg.cm取决于转速和可用空间分辩率（校正能力的%）1~5%平衡时间1~10秒(最大30秒)平衡环内径38~530mm适用温度-67℉~302℉，特殊需要可达500℉能源动力220VAC，~5Amp重量1~15lb（每个平衡平面）(6.81KG)动环和静环之间的间隙~0.020″(0.508mm)性能参数转子转速300~40,000rpm校正能力20g22主动平衡装置的控制策略

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。

主动平衡装置的控制策略随机自动寻优法23影响系数法用试重激起的转子响应,确定系统影响系数，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。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；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。

影响系数法用试重激起的转子响应,确定系统影响系数，然后根据原24振型平衡法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。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。振型平衡法在各临界转速附近分别试重，确定各模态的影响系数，同25

共同特点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）.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。这两类平衡方法都不能使转子振动完全消除。

共同特点对于参数未知的一个转子，首先在线地辨识26自适应影响系数控制方法

自适应影响系数控制方法27在风机中的应用在风机中的应用28在压缩机中的应用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3~4天进行现场动平衡，仅产量每次就损失4500~6000吨。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。在压缩机中的应用石化行业中某汽轮机组驱动的某离心压缩机组经常29旋转机械在线主动平衡技术课件30旋转机械在线主动平衡技术课件31旋转机械在线主动平衡技术课件32国内、外主动平衡技术的比较转速-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）国内、外主动平衡技术的比较转速-恒速与变速33比较单平衡头（平衡单面转子）和二或三面双向平衡头（平衡多面转子）

平衡时间：90，180秒-5，6分钟（1995年）。30秒（2000年）——10几秒.

高转速和低转速：（1659-1770rpm，4800rpm），40000rpm全转速.

工程实用：刚性、单盘转子（风机）；柔性、多盘转子（汽轮机）。比较单平衡头（平衡单面转子）和二或三面双向平衡头（平衡多面转34转子试验台中的主动平衡系统转子试验台中的主动平衡系统35主动平衡系统在离心压缩机组中的应用主动平衡系统在离心压缩机组中的应用36在辽化压缩机组中的应用方案在辽化压缩机组中的应用方案37主动平衡系统在离心机中的应用主动平衡系统在离心机中的应用38主动平衡系统在超重力机中的应用主动平衡系统在超重力机中的应用39谢谢大家！谢谢大家！40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41研究背景压缩机、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。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5—6天。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1~3天进行现场动平衡。

研究背景压缩机、燃气轮机或电机等串联的机组，即使各转子经严格42现场轴系动平衡的现状

70年代中期生产的200MW、300MW机组，大约有60%以上.

90年代中、后期生产的引进型300MW、600MW机组，在现场需进行轴系动平衡的比例高达70％～80％.

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%.

现场轴系动平衡的现状70年代中期生产的200MW、300M43现场轴系动平衡的难点

轴系平衡时加重平面一般只能在转子端部和外伸端选取.

相邻转子不平衡振动的传递.

连成轴系后转子振型变化.

要补偿转子热不平衡.

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。现场轴系动平衡的难点轴系平衡时加重平面一般只能在转子端部和44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

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452、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2、多平面或多盘偶不平衡——

中心主惯性轴相交于旋转轴463、动不平衡——中心主惯性轴和旋转轴不相交、不平行、不重合3、动不平衡——中心主惯性轴和旋转轴不相交、不平行、不重合474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48自动平衡的原理自动平衡的原理49

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.

被动式自动平衡50主动平衡的原理主动平衡的原理51主动平衡的分类主动平衡的分类52喷涂型主动平衡装置喷涂型主动平衡装置53喷液型主动平衡装置喷液型主动平衡装置54VandeVegte主动平衡装置VandeVegte主动平衡装置55旋转机械在线主动平衡技术课件56红外线遥控主动平衡装置红外线遥控主动平衡装置57LORD主动平衡装置装有两个配重的平衡环永久地装在转子上。不需要电力的永久磁铁固定配重的位置。配重的位置则由控制器连续地调节,进行平衡校正，减小振动。

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。LORD主动平衡装置装有两个配重的平衡环永久地装在转子上58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）。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59主动平衡装置的主要部件主动平衡装置的主要部件60LORD主动平衡装置的特点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。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。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。LORD主动平衡装置的特点在机器的整个运行过程中，在数秒61性能参数转子转速300~40,000rpm校正能力20g.mm~28kg.cm取决于转速和可用空间分辩率（校正能力的%）1~5%平衡时间1~10秒(最大30秒)平衡环内径38~530mm适用温度-67℉~302℉，特殊需要可达500℉能源动力220VAC，~5Amp重量1~15lb（每个平衡平面）(6.81KG)动环和静环之间的间隙~0.020″(0.508mm)性能参数转子转速300~40,000rpm校正能力20g62主动平衡装置的控制策略

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。

主动平衡装置的控制策略随机自动寻优法63影响系数法用试重激起的转子响应,确定系统影响系数，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。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；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。

影响系数法用试重激起的转子响应,确定系统影响系数，然后根据原64振型平衡法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。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。振型平衡法在各临界转速附近分别试重，确定各模态的影响系数，同65

共同特点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）.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。这两类平衡方法都不能使转子振动完全消除。

共同特点对于参数未知的一个转子，首先在线地辨识66自适应影响系数控制方法

自适应影响系数控制方法67在风机中的应用在风机中的应用68在压缩机中的应用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3~4