旋转机械转子系统不平衡参数识别及优化方法研究
发布时间：2020-07-13 03:13
【摘要】：旋转机械如离心泵、汽轮机、压缩机、航空发动机等是工业领域乃至国防领域的重要设备,具有举足轻重的作用。转子不平衡是旋转机械的常见故障,它影响机器的健康运行,且容易诱发其他二次故障。有效降低转子不平衡程度对维护机器正常工作、保证机器长周期运行具有重要的意义。减小转子不平衡的有效方法是对不平衡转子进行动平衡。转子现场动平衡需添加试重,多次启停机,费时费力,如能准确识别转子不平衡量的参数,进而确定配重位置,直接添加配重,则能缩短设备动平衡时间、降低动平衡成本。鉴于此,本文针对旋转机械转子系统不平衡问题,进行了柔性转子系统不平衡参数的识别研究,提出了基于优化算法的旋转机械转子系统不平衡参数识别方法,准确识别转子不平衡参数,进而准确确定配重位置,一次配重成功。论文主要工作如下:(1)提出一种模态扩展与优化算法相结合的转子不平衡参数识别方法,以单盘转子系统为研究对象,采用模态扩展理论,估计出了等效不平衡力,准确识别出了不平衡量的轴向位置,建立了只包含不平衡量参数的目标函数,采用蚁狮算法、遗传算法、模拟退火算法、果蝇算法优化目标函数,仿真和实验研究结果表明:果蝇算法的识别结果相对较优,该方法能够准确识别转子的不平衡参数。(2)提出一种反问题与优化算法相结合的转子不平衡参数识别方法,以单盘转子系统为研究对象,构建不平衡响应、不平衡量、频响函数之间的等量关系,利用振动数据估算等效不平衡力,通过不同优化算法识别不平衡参数,仿真和实验研究结果表明:果蝇算法的识别结果相对较优,提出的不平衡识别方法能准确识别不平衡参数。(3)针对反问题需要获取不平衡量轴向位置的局限性,提出模态扩展与反问题相结合的转子不平衡识别方法,以双盘转子系统为研究对象,首先采用模态扩展技术识别出不平衡的轴向位置,然后采用反问题估算等效不平衡力,构建目标函数后,采用不同优化算法识别转子不平衡参数,仿真和实验研究结果表明:遗传算法识别结果相对较优,该方法能够准确识别转子不平衡参数,依据识别结果进行了动平衡实验,平衡后振幅下降明显,验证了所提识别方法的可靠性和有效性。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH113.25
【图文】：
２．１转子动力学有限元法逡逑有限元法是解决转子动力学问题的有效方法之一，它将连续的转子一轴承系统划逡逑分为离散的轮盘单元、轴段单元、轴承座单元，各单元通过节点联结。图２－１为一个逡逑轴段单元Ｗ，转轴的横截面状态位移可用如下两个列向量表示逡逑ｒｉ＝Ｂ，ｒ２＝ＵＪ邋（２－°逡逑Ｘ牛逡逑ａｅＸＡ邋ａ０ｓ邋ｉｉ０ｘＢ逡逑炎 ）Ｂ逡逑ｆ邋４邋９ｙ邋ｘ邋０ｙＢｘＢ逡逑0邋ｙＡ邋ＸＡ邋！逡逑／邋Ａｏ７逡逑ｙ邋／逦／逦７逡逑图２－１轴段单元逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ａｘｉｓ邋ｕｎｉｔ逡逑根据转子动力学理论［８］，转子系统的运动方程由各单元的运动方程综合而成，各逡逑单元运动方程阐述如下：逡逑（１）圆盘单元逡逑假设刚性圆盘的轴心节点位移为ｎ＝ｊ＾｜，〃２＝｜＿＾｜，圆盘轴心与重心重合，逡逑则圆盘动能表达式为逡逑７逡逑
。、逡逑（３）轴承逡逑若把轴承座简化成如图２－２的单元Ｗ，轴承座的运动方程表示为：逡逑Ｘ，邋0逦七卜邋ｑｐｒ、）｝邋＋邋｜Ｘ邋？如？｝邋＋逡逑．０逦［ｃｙｘ逦［ｋ＾邋＾ＪＶａ－＾０）Ｊ逦（２逡逑ｏＪＵＪ邋ｋ邋？」ＵＩ＿ｈ逡逑＆，凡，ｘｍ，分别为轴承座、轴颈中心坐标，在刚性基础条件下，ｘ／＞＝ｈ＝0，逡逑则轴承油膜力表示为逡逑叫邋＿卜邋Ｃ－１ＪＭ，？ｉｎ逡逑ｋ，ｊ逦？」Ｗ逦＂逡逑[纾剩义宪啊ⅲ义夏福徨义希义贤迹玻仓岢凶ピ义希疲椋纾玻插澹拢澹幔颍椋睿珏澹猓欤铮悖脲澹酰睿椋翦义匣竦妹恐值ピ脑硕匠蹋梢杂美醋樽跋低车脑硕匠蹋杂冢胃鼋诘恪ⅲ危戾义细龅ピ淖酉低常低车奈灰葡蛄课义希翦危惧义希辏浚澹蓿椋埃欤玻埃玻危埃危掊危惧危ǎ插澹保玻╁义希勰
本文编号：2752874
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH113.25
【图文】：
２．１转子动力学有限元法逡逑有限元法是解决转子动力学问题的有效方法之一，它将连续的转子一轴承系统划逡逑分为离散的轮盘单元、轴段单元、轴承座单元，各单元通过节点联结。图２－１为一个逡逑轴段单元Ｗ，转轴的横截面状态位移可用如下两个列向量表示逡逑ｒｉ＝Ｂ，ｒ２＝ＵＪ邋（２－°逡逑Ｘ牛逡逑ａｅＸＡ邋ａ０ｓ邋ｉｉ０ｘＢ逡逑炎 ）Ｂ逡逑ｆ邋４邋９ｙ邋ｘ邋０ｙＢｘＢ逡逑0邋ｙＡ邋ＸＡ邋！逡逑／邋Ａｏ７逡逑ｙ邋／逦／逦７逡逑图２－１轴段单元逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ａｘｉｓ邋ｕｎｉｔ逡逑根据转子动力学理论［８］，转子系统的运动方程由各单元的运动方程综合而成，各逡逑单元运动方程阐述如下：逡逑（１）圆盘单元逡逑假设刚性圆盘的轴心节点位移为ｎ＝ｊ＾｜，〃２＝｜＿＾｜，圆盘轴心与重心重合，逡逑则圆盘动能表达式为逡逑７逡逑
。、逡逑（３）轴承逡逑若把轴承座简化成如图２－２的单元Ｗ，轴承座的运动方程表示为：逡逑Ｘ，邋0逦七卜邋ｑｐｒ、）｝邋＋邋｜Ｘ邋？如？｝邋＋逡逑．０逦［ｃｙｘ逦［ｋ＾邋＾ＪＶａ－＾０）Ｊ逦（２逡逑ｏＪＵＪ邋ｋ邋？」ＵＩ＿ｈ逡逑＆，凡，ｘｍ，分别为轴承座、轴颈中心坐标，在刚性基础条件下，ｘ／＞＝ｈ＝0，逡逑则轴承油膜力表示为逡逑叫邋＿卜邋Ｃ－１ＪＭ，？ｉｎ逡逑ｋ，ｊ逦？」Ｗ逦＂逡逑[纾剩义宪啊ⅲ义夏福徨义希义贤迹玻仓岢凶ピ义希疲椋纾玻插澹拢澹幔颍椋睿珏澹猓欤铮悖脲澹酰睿椋翦义匣竦妹恐值ピ脑硕匠蹋梢杂美醋樽跋低车脑硕匠蹋杂冢胃鼋诘恪ⅲ危戾义细龅ピ淖酉低常低车奈灰葡蛄课义希翦危惧义希辏浚澹蓿椋埃欤玻埃玻危埃危掊危惧危ǎ插澹保玻╁义希勰
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