转子升速过程中相位变化规律

1、转子升速过程中相位变化规律Research on Phase Change Rule of Rotor during Run up Process 郭 瑞 杨建刚/东南大学火电机组振动国家工程研究中心摘要：对转子在变速过程中垂直和水平信号相位及其差值变化规律进行了理论计算和相关试验。研究结果表明：轴承垂直、水平两个方向动力特性的差异是造成上述现象的主要原因。在研究中同时还发现当某个方向通过临界转速时，不但该方向上的相位变化很大，而且两个方向相位差变化也很剧烈。关键词：转子 轴承 动力特性 相位 动平衡中图分类号： 文献标识码：A文章编号：1006-8155（2005）04-0000-00Abs

2、tract: Theory computing and relative test were carried out to research the rotor vertical and horizontal phase change rule during run up process. The result shows unsymmetrical dynamics of bearing in two directions is the main reason for the above phenomenon. We also found that when rotor runs up th

3、rough the critical speed along a direction, not only runs up through the critical speed along a direction, not only its phase in the direction but also the phase difference in two direction change acutely.Keywords: Rotor Bearing Dynamic parameters Phase Dynamic balance1 引言动平衡是现场最常采用的故障处理方法。为了减少开机次数，

4、提高动平衡精度，准确寻找振动高点是动平衡工作的一项重点内容。相位是判断振动高点的主要依据。实际工作中经常发现依据垂直、水平方向的相位数据计算出的高点位置不一致，这给动平衡工作带来很大的困难。本文对这种现象进行了理论分析和计算，认为轴承垂直和水平方向动力特性差异是造成这种现象的主要原因。 2 振动高点的确定方法在旋转机械振动分析时，相位通常定义为基准脉冲信号与其后振动信号高点之间的角度差。基准脉冲信号可以通过在轴上贴反光带或开键槽的方法获得。图1为传感器和键相器测点布置的示意图。_收稿日期：2004-10-11 南京市 210096图1 传感器和键相器测点布置图根据相位定义，振动高点可由下式确定

5、由垂直信号 由水平信号 （1）式中水平和垂直相位滞后角，在固定转速下是相同的光电头逆转到传感器的角度，考虑到传感器安装的位置，两者相差90°由垂直和水平振动信号求出的键相器到振动高点的角度。上述角度均取转子逆转为正。由式（1）可看出，只有当水平和垂直相位相差90°时用两种信号得出高点的位置才是一致的。而在现场中发现之差并非总是90°，这样根据两者确定的高点位置就不一致，造成在动平衡试验时加重方案互相矛盾，增大了动平衡工作难度。3 数学模型及计算结果为了解释这种现象，以图2所示的单跨转子轴承系统为例进行讨论。图2 转子轴承系统模型如果只考虑中间圆盘存在不平衡，以垂直

6、方向为例，系统动力方程为 （2）式中M质量，垂直方向的刚度和阻尼K轴的刚度为系统三个圆盘的垂直位移；分别是中间圆盘不平衡力的幅值、频率和相位。设,求解上式可得出端部圆盘垂直方向的振幅和相位分别为 （3）同理可推得水平方向的振幅和相位为 （4）通过以上两式可看出：（1）相位角及其差值为系统阻尼、轴承刚度、轴段刚度、转速、圆盘质量的复杂函数；（2）系统参数固定时，两者之差仅是转速的函数；（3）考虑到，当支承两个方向动力上特性相同时，即，垂直和水平方向的相位差在任何转速下都为90°；（4）当无阻尼时，其相位差在任何转速下都为90°。通常汽轮发电机组支撑轴承水平和垂直动力特性存在各

7、向异性，并包含阻尼。运行中油膜的动力特性随工作条件的不同有一定的变化，从而造成水平和垂直相位差变化规律很复杂，在大多数情况下都不等于90°。下面以一组数据为例进行计算分析：，在中间圆盘半径0.1m处有0.005kg0°的不平衡量。计算结果见图3。图3 升速过程中振幅、相位变化计算结果由计算结果可看出：（1）垂直和水平的相位差随转速的变化在90°300°之间，幅度较大；（2）由于轴承垂直和水平动力特性的各向异性，在不平衡力的激励下，两个方向分别出现各自的临界转速，过临界时振幅的大小和相位的变化由各自的动力特性决定。从计算结果还可看出一个现象：当转速接近某个

8、方向的临界转速时，不仅该方向的相位会有大的变化，而且由于两个方向的临界转速不同步，另外一个方向没有达到临界，导致两个方向的相位差也发生剧烈的变化。4 试验结果讨论在如图4所示的小型试验台进行了相关试验。振动传感器采用速度传感器，在每个轴承上垂直、水平方向布置；键相器水平布置。图5为试验中2瓦的垂直与水平相位数据。1. 垂直方向传感器 2. 水平方向传感器3. 1轴承 4.轴 5.圆盘 6. 垂直方向传感器 7. 水平方向传感器 8. 2轴承 9. 联轴器图4 小型试验台示意图图5 某小型转子试验台振幅、相位和转速关系曲线在试验中发现了与理论计算相同的现象：两个方向的相位差在很大的范围内变化（-

9、200°0°），并随着转速不同而变化；在2300r/min左右y方向达到临界转速，此时x方向并不是临界转速，可以看到两者的相位差有很大的变化，理论计算发现的现象与试验相符。5 结论本文对现场工作中经常遇到的轴承水平和垂直振动相位差随转速变化的现象进行了理论分析、计算和相关试验。在分析和试验过程中同时发现在某个方向过临界时，两个方向相位差也会发生剧烈变化这一新的现象。研究结果表明：支承轴承垂直和水平动力特性差异是造成上述现象的主要原因。本文的研究成果能够很好地解释现场中经常遇到的上述现象。参 考 文 献1 杨建刚，谢东建，高亹.基于多传感器数据融合的动平衡方法研究.动力工程,2004，23（2）.2 钟一谔，何衍宗，王正等。转子动力学。清华大学出版社，1987. 3 R.伽西，H.菲茨耐。转子动力学导论。机械工业出版社,1986.4