1、轉子升速過程中相位變化規律Research on Phase Change Rule of Rotor during Run up Process 郭 瑞 楊建剛/東南大學火電機組振動國家工程研究中心摘要：對轉子在變速過程中垂直和水平信號相位及其差值變化規律進行了理論計算和相關試驗。研究結果表明：軸承垂直、水平兩個方向動力特性的差異是造成上述現象的主要原因。在研究中同時還發現當某個方向通過臨界轉速時，不但該方向上的相位變化很大，而且兩個方向相位差變化也很劇烈。關鍵詞：轉子 軸承 動力特性 相位 動平衡中圖分類號： 文獻標識碼：A文章編號：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 引言動平衡是現場最常采用的故障處理方法。為了減少開機次數，

4、提高動平衡精度，準確尋找振動高點是動平衡工作的一項重點內容。相位是判斷振動高點的主要依據。實際工作中經常發現依據垂直、水平方向的相位數據計算出的高點位置不一致，這給動平衡工作帶來很大的困難。本文對這種現象進行了理論分析和計算，認為軸承垂直和水平方向動力特性差異是造成這種現象的主要原因。 2 振動高點的確定方法在旋轉機械振動分析時，相位通常定義為基準脈沖信號與其后振動信號高點之間的角度差。基準脈沖信號可以通過在軸上貼反光帶或開鍵槽的方法獲得。圖1為傳感器和鍵相器測點布置的示意圖。_收稿日期：2004-10-11 南京市 210096圖1 傳感器和鍵相器測點布置圖根據相位定義，振動高點可由下式確定

5、由垂直信號 由水平信號 （1）式中水平和垂直相位滯后角，在固定轉速下是相同的光電頭逆轉到傳感器的角度，考慮到傳感器安裝的位置，兩者相差90°由垂直和水平振動信號求出的鍵相器到振動高點的角度。上述角度均取轉子逆轉為正。由式（1）可看出，只有當水平和垂直相位相差90°時用兩種信號得出高點的位置才是一致的。而在現場中發現之差并非總是90°，這樣根據兩者確定的高點位置就不一致，造成在動平衡試驗時加重方案互相矛盾，增大了動平衡工作難度。3 數學模型及計算結果為了解釋這種現象，以圖2所示的單跨轉子軸承系統為例進行討論。圖2 轉子軸承系統模型如果只考慮中間圓盤存在不平衡，以垂直

6、方向為例，系統動力方程為 （2）式中M質量，垂直方向的剛度和阻尼K軸的剛度為系統三個圓盤的垂直位移；分別是中間圓盤不平衡力的幅值、頻率和相位。設,求解上式可得出端部圓盤垂直方向的振幅和相位分別為 （3）同理可推得水平方向的振幅和相位為 （4）通過以上兩式可看出：（1）相位角及其差值為系統阻尼、軸承剛度、軸段剛度、轉速、圓盤質量的復雜函數；（2）系統參數固定時，兩者之差僅是轉速的函數；（3）考慮到，當支承兩個方向動力上特性相同時，即，垂直和水平方向的相位差在任何轉速下都為90°；（4）當無阻尼時，其相位差在任何轉速下都為90°。通常汽輪發電機組支撐軸承水平和垂直動力特性存在各

7、向異性，并包含阻尼。運行中油膜的動力特性隨工作條件的不同有一定的變化，從而造成水平和垂直相位差變化規律很復雜，在大多數情況下都不等于90°。下面以一組數據為例進行計算分析：，在中間圓盤半徑0.1m處有0.005kg0°的不平衡量。計算結果見圖3。圖3 升速過程中振幅、相位變化計算結果由計算結果可看出：（1）垂直和水平的相位差隨轉速的變化在90°300°之間，幅度較大；（2）由于軸承垂直和水平動力特性的各向異性，在不平衡力的激勵下，兩個方向分別出現各自的臨界轉速，過臨界時振幅的大小和相位的變化由各自的動力特性決定。從計算結果還可看出一個現象：當轉速接近某個

8、方向的臨界轉速時，不僅該方向的相位會有大的變化，而且由于兩個方向的臨界轉速不同步，另外一個方向沒有達到臨界，導致兩個方向的相位差也發生劇烈的變化。4 試驗結果討論在如圖4所示的小型試驗臺進行了相關試驗。振動傳感器采用速度傳感器，在每個軸承上垂直、水平方向布置；鍵相器水平布置。圖5為試驗中2瓦的垂直與水平相位數據。1. 垂直方向傳感器 2. 水平方向傳感器3. 1軸承 4.軸 5.圓盤 6. 垂直方向傳感器 7. 水平方向傳感器 8. 2軸承 9. 聯軸器圖4 小型試驗臺示意圖圖5 某小型轉子試驗臺振幅、相位和轉速關系曲線在試驗中發現了與理論計算相同的現象：兩個方向的相位差在很大的范圍內變化（-

9、200°0°），并隨著轉速不同而變化；在2300r/min左右y方向達到臨界轉速，此時x方向并不是臨界轉速，可以看到兩者的相位差有很大的變化，理論計算發現的現象與試驗相符。5 結論本文對現場工作中經常遇到的軸承水平和垂直振動相位差隨轉速變化的現象進行了理論分析、計算和相關試驗。在分析和試驗過程中同時發現在某個方向過臨界時，兩個方向相位差也會發生劇烈變化這一新的現象。研究結果表明：支承軸承垂直和水平動力特性差異是造成上述現象的主要原因。本文的研究成果能夠很好地解釋現場中經常遇到的上述現象。參 考 文 獻1 楊建剛，謝東建，高亹.基于多傳感器數據融合的動平衡方法研究.動力工程,2004，23（2）.2 鐘一諤，何衍宗，王正等。轉子動力學。清華大學出版社，1987. 3 R.伽西，H.菲茨耐。轉子動力學導論。機械工業出版社,1986.4