转子临界转速实验与计算的对比分析

　　当旋转机械的转子在临界转速下运行时,轻则使转子振动加剧,重则会造成事故.因此,确定转子系统的实际各阶临界转速非常重要,采用实测和理论计算相结合是获得准确的临界转速的有效方法.通常实验实测都是利用振动传感器、数据采集卡,再配合数据采集分析软件,从而得到相关的数据和图象.郑席龙[1]以一模型转子系统为研究对象,利用速度传感器作为振动传感器,通过自行编制的VB数据采集分析软件,得到了模型转子的波德图,其利用VB自行编制程序,相对比较复杂.杨细望和章潍玉[2]采用在每个轴承处均安装x和y向两个振动传感器的方法,对吴泾二电厂一号机组轴系的振动进行检测和诊断,其采用的传感器、数据采集卡和分析软件均为美国Bently公司生产,保证了测试数据的可靠性,功能上也得到了极大的加强.王文彬等人[3]利用虚拟仪器平台LabVIEW开发了一套振动测试分析系统,可以对振动信号时频域进行分析.该系统层次分明、简单易懂,而且可以根据不同的需要随时添加新的模块,以实现新的功能.

　　目前我国在工程实际中广泛采用Prohl法计算各阶临界转速,精度可以满足工业需要.但其计算工作量较大、手算困难,需要通过计算机编制程序才能迅速完成计算工作.沈荣华等人[4]根据Prohl法,利用BASIC语言编制程序,在电脑上实现了小功率汽轮机轴系临界转速的计算,并用广州汽轮机厂设计资料进行验证,一阶临界角速度相对误差为1.5%.随着计算机的不断发展,以及在振动问题中采用矩阵计算,Prohl法也发展为传递矩阵法.Gunter[5]指出传递矩阵在计算临界转速中的重要作用,传递矩阵法使得复杂结构转子系统的临界转速精确计算变成可能,并且能够节省大量的时间和资金.赵连花[6]通过建立转子—轴承系统的力学模型,用传递矩阵法计算临界转速,并对结果进行了分析,指出传递矩阵法求临界转速能满足实际转子系统的要求,但是计算中有重根或根密集时会有漏根现象,且转子在离散过程中分段过多会导致累计误差.

　　本文建立了单跨转子实验台.采用尺寸较小的电涡流传感器进行振动信号的采集,同时电涡流传感器还可以通过盘片上的键槽为振动信号提供参考相位.数据采集卡选用的是NI公司(美国国家仪器公司)的板卡,具有模拟输入和模拟输出功能,利用LabVIEW编制的数据采集分析软件[7],具有直观的界面,可以显示波德图和轴心轨迹图,并且可以进行时域和频域分析.理论计算采用传统的Prohl法,用VB编写程序,界面简单明了,且具有一定的可扩展性.

　　本文的研究表明,LabVIEW编制的数据采集分析软件可以较准确的测出转子的临界转速,同时可以显示其他振动相关信息,还可以在此基础之上,添加新的功能;VB编写的程序具有一定的通用性,不仅可以用于此实验台,亦可用于其他结构的转子.本研究将建立起关于转子振动实验、振动信号采集分析虚拟仪器及转子临界转速经典算法等一整套体系,为今后从事转子振动相关的教学科研有一定的作用,对于工程监测也有一定的参考价值.