基于DSP技术的旋转机械整机动平衡仪研究

　　众所周知,旋转机械,如汽轮发电机组、风机和离心机等,是现代工业生产中的一类重要设备,其失效产生的后果不仅影响正常生产,造成经济损失,而且会危及人身,导致重大安全事故。经验表明,超常振动是此类设备最主要的故障特征,因为异常振动会使其承载过大,磨损加剧,影响性能和精度,缩短使用寿命。因此,如何有效地扼制旋转机械的异常振动,至今一直是国内外机器故障诊断研究的焦点[1]。多年研究发现,旋转机械的振动主要是由不平衡引起的,转子不平衡是主要激振源,尤其是多个转子在高速状态下,容易激发多阶次振动,故障机理十分复杂。因此,对于各类高、低速旋转机械,在制造和使用时都要对整机进行严格的、符合标准要求的动平衡。发展至今,动平衡技术主要有三类:工艺平衡法、现场整机动平衡法和自动在线平衡法。整机动平衡法由于不需要比较昂贵的动平衡机及相关专用支撑设备,也不需改动机器现有结构,就能获得较高的平衡精度,且可直接在现场完成,而成为当今普遍应用的一项实用技术[2]。我们在此领域的研究始于1984年,由周保堂教授等就碟片式分离机整机全速动平衡技术,申请了国家发明专利,并获得了国家发明奖。随后,此项技术又被推广应用于风机、分离机等小型回转机械,并取得了较高的经济和社会效益,成为国家“八五”科技成果重点推广项目。并且, 《微速差双转子系统智能整机动平衡机理和方法研究》还获得了1998年国家自然科学基金资助。总结理论与技术研究经历,我们开发的此类仪器,发展至今,大体已可分为四代: 模拟类仪器、数字类仪器、智能化仪器和虚拟仪器。

　　第一代模拟类仪器。是最早开发的动平衡系统。主要是由光电矢量瓦特计和测振仪等组成,其基本结构的共同特点是电磁机械式,要借助指针或光点等来显示测试结果,用人工估算不平衡大小和加重位置;第二代数字类仪器。这类闪频式动平衡仪可以将模拟信号的测量转化为数字信号量,并以数字显示方式输出测量结果,已可适用于快速响应和较高准确度要求的不平衡量和相位测量,并能选择频带宽度,但仍需人工计算加重量和位置;第三代智能化仪器。这类动平衡仪主要有,如XD-3aCRT和XD-3bLCD屏显式现场动平衡仪等,内置MCS51系列单片机,集测试、数据处理、平衡计算和图形显示等功能于一体。已可完全取代人工计算,具有自动化测量仪器的最初特点。但其功能主要是以硬件(或固化软件)形式存在,不利于二次开发、功能复用和维护等。而且数据存贮量小,处理速度慢,功能比较单一, 精度有限;第四代虚拟仪器。作为过渡性研究,我们曾在PC 微机上,用C语言等开发过与此类似的高性能软件仪器, 并曾应用于工程实际。但发现其功能不强,操作不便,没有形成最终产品。而当虚拟仪器这一设计概念正式成为国内外研究热点后,借助于Labview和Labwindows-CVI等纯软件技术,结合最新DSP技术,我们正在全力投入更新一代现场动平衡虚拟仪器开发,并提出了自主式虚拟仪器和柔性精度等全新的设计概念。