储能科学与技术 ›› 2025, Vol. 14 ›› Issue (5): 1954-1968.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1238
毛豪杰1,2(), 张雪辉2,3(
), 焦瀚晖2,3, 李和平1(
), 刘彦1, 陈海生2,3
收稿日期:
2024-12-26
修回日期:
2025-01-25
出版日期:
2025-05-28
发布日期:
2025-05-21
通讯作者:
张雪辉,李和平
E-mail:maohaojie@hdu.edu.cn;zhangxuehui@iet.cn;peacelee@hdu.edu.cn
作者简介:
毛豪杰(2000—),男,硕士研究生,研究方向为转子动力学,E-mail:maohaojie@hdu.edu.cn;
基金资助:
Haojie MAO1,2(), Xuehui ZHANG2,3(
), Hanhui JIAO2,3, Heping LI1(
), Yan LIU1, Haisheng CHEN2,3
Received:
2024-12-26
Revised:
2025-01-25
Online:
2025-05-28
Published:
2025-05-21
Contact:
Xuehui ZHANG, Heping LI
E-mail:maohaojie@hdu.edu.cn;zhangxuehui@iet.cn;peacelee@hdu.edu.cn
摘要:
压缩空气储能(CAES)系统具有规模大、效率高等特点,被认为是最具发展潜力的大规模储能技术之一。整体齿式压缩机作为CAES系统的核心装备之一,其双悬臂转子的稳定性越来越受到人们的重视。为解决转子两端悬挂叶轮不平衡量引起的转子振动报警,通常选用多平衡面现场动平衡,而多平面平衡操作复杂且启停次数多,为简化平衡过程、延长双悬臂转子使用寿命,本工作对CAES系统双悬臂转子不平衡特性及动平衡方法进行了研究。首先,基于有限元分析软件对压缩机双悬臂转子进行了建模分析,研究表明对于双悬臂转子的双端不平衡,可解耦为单端不平衡进行平衡,从而避免生产过程中复杂的动平衡过程。然后,通过现场一端叶轮进行现场动平衡实验,对比了不同试重对轴系动平衡效果的影响,实验结果表明添加试重产生的振动幅值与相位变化量越大,计算所得配重的平衡效果越好。最后,在另一端叶轮完全模拟现场实际情况对叶轮出厂原始不平衡量进行盲平,验证了本研究方法的有效性和普适性,平衡效率达到84.01%。
中图分类号:
毛豪杰, 张雪辉, 焦瀚晖, 李和平, 刘彦, 陈海生. 压缩空气储能系统双悬臂转子动平衡方法研究[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(5): 1954-1968.
Haojie MAO, Xuehui ZHANG, Hanhui JIAO, Heping LI, Yan LIU, Haisheng CHEN. Study on dynamic balancing method of double cantilever rotor in compressed air energy storage system[J]. Energy Storage Science and Technology, 2025, 14(5): 1954-1968.
表4
实验1与实验2试重下计算配重"
实验号 | 试重 | 转子转速 | 传感器7计算配重 | 传感器8计算配重 | 实际加重 |
---|---|---|---|---|---|
实验1 | 0.72 g/-90° | 6000 r/min | 4.21 g/230.83° | 4.58 g/222.08° | 4.7 g/234.35° |
8000 r/min | 4.34 g/235.03° | 4.47 g/231.79° | |||
10000 r/min | 4.62 g/236.64° | 5.16 g/244.54° | |||
实验2 | 0.91 g/-90° | 6000 r/min | 4.51 g/234.94° | 4.47 g/221.6° | 4.56 g/230.45° |
8000 r/min | 4.02 g/232.98° | 3.97 g/222.1° | |||
10000 r/min | 5.48 g/236.38° | 4.44 g/226.2° |
表5
实验3与实验4试重下计算配重"
实验号 | 试重 | 转子转速 | 传感器7计算配重 | 传感器8计算配重 | 实际加重 |
---|---|---|---|---|---|
实验3 | 0.72 g/-60° | 6000 r/min | 2.89 g/228.74° | 3.23 g/224.49° | 2.84 g/229.75° |
8000 r/min | 2.48 g/232.47° | 2.61 g/225.63° | |||
10000 r/min | 3.09 g/235.17° | 2.70 g/231.95° | |||
实验4 | 0.72 g/-120° | 6000 r/min | 7.66 g/232.9° | 6.94 g/216.08° | 6.23 g/235.96° |
8000 r/min | 6.6 g/234.5° | 6.44 g/218.31° | |||
10000 r/min | 4.81 g/265.67° | 4.92 g/248.33° |
1 | 陈海生, 李泓, 马文涛, 等. 2021年中国储能技术研究进展[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(3): 1052-1076. DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0105. |
CHEN H S, LI H, MA W T, et al. Research progress of energy storage technology in China in 2021[J]. Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(3): 1052-1076. DOI: 10.19799/j.cnki. 2095-4239.2022.0105. | |
2 | 赵阳, 王志恒, 席光. 离心压缩机喘振动态特性的数值研究[J]. 工程热物理学报, 2019, 40(10): 2252-2258. |
ZHAO Y, WANG Z H, XI G. Numerical investigation of dynamic characteristic of surge in a centrifugal compressor[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2019, 40(10): 2252-2258. | |
3 | 胡东旭, 朱少飞, 魏晓钢, 等. MW级大储能量飞轮轴系结构力学及动力学研究[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(5): 1542-1550. DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0925. |
HU D X, ZHU S F, WEI X G, et al. Research on mechanics and dynamics of MW-level large energy storage flywheel shafting[J]. Energy Storage Science and Technology, 2024, 13(5): 1542-1550. DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0925. | |
4 | 纪律, 陈海生, 张新敬, 等. 压缩空气储能技术研发现状及应用前景[J]. 高科技与产业化, 2018, 24(4): 52-58. |
JI L, CHEN H S, ZHANG X J, et al. Research and development status and application prospect of compressed air energy storage technology[J]. High-Technology & Industrialization, 2018, 24(4): 52-58. | |
5 | 王展, 涂伟, 朱峰龙. 基于影响系数法的主轴在线动平衡实验研究[J]. 机床与液压, 2018, 46(13): 28-32. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2018.13.008. |
WANG Z, TU W, ZHU F L. High speed machine spindle on-line dynamic balancing experimental study based on influence coefficient method[J]. Machine Tool & Hydraulics, 2018, 46(13): 28-32. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2018.13.008. | |
6 | 解梦涛, 张强波, 张霞妹. 基于全相位FFT不平衡分析的转子现场动平衡[J]. 振动 测试与诊断, 2021, 41(3): 566-570, 625-626. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2021.03.021. |
XIE M T, ZHANG Q B, ZHANG X M. Field dynamic balance of rotor based on all-phase FFT unbalance analysis[J]. Journal of Vibration, Measurement & Diagnosis, 2021, 41(3): 566-570, 625-626. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2021.03.021. | |
7 | ZHANG S H, WANG Y S, ZHANG Z M. Online dynamic balance technology for high speed spindle based on gain parameter adaption and scheduling control[J]. Applied Sciences, 2018, 8(6): 917. DOI: 10.3390/app8060917. |
8 | ALVES D S, MACHADO T H, CAVALCA K L, et al. Characteristics of oil film nonlinearity in bearings and its effects in rotor balancing[J]. Journal of Sound and Vibration, 2019, 459: 114854. DOI: 10.1016/j.jsv.2019.114854. |
9 | 朱峰龙. 基于LabVIEW的高速主轴在线动平衡振动信号处理与调控分析[D]. 沈阳: 沈阳建筑大学, 2018. |
ZHU F L. Vibration signal processing and control analysis of high-speed spindle online dynamic balance based on LabVIEW[D]. Shenyang: Shenyang Jianzhu University, 2018. | |
10 | ZHOU J, WU H C, WANG W Y, et al. Online unbalance compensation of a maglev rotor with two active magnetic bearings based on the LMS algorithm and the influence coefficient method[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2022, 166: 108460. DOI: 10.1016/j.ymssp.2021. 108460. |
11 | 陈曦, 廖明夫, 张霞妹, 等. 大涵道比涡扇发动机低压转子现场动平衡技术[J]. 航空动力学报, 2017, 32(4): 808-819. DOI: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.04.005. |
CHEN X, LIAO M F, ZHANG X M, et al. Field balancing technology for low pressure rotors of high bypass ratio turbofan engines[J]. Journal of Aerospace Power, 2017, 32(4): 808-819. DOI: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.04.005. | |
12 | 黄威, 邓智泉, 李克翔, 等. 一种磁悬浮轴承支承刚性转子现场动平衡方法[J]. 电工技术学报, 2020, 35(22): 4636-4646. DOI: 10. 19595/j.cnki.1000-6753.tces.191289. |
HUANG W, DENG Z Q, LI K X, et al. A filed dynamic balancing method for rigid rotor supported by magnetic bearings[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(22): 4636-4646. DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.191289. | |
13 | 康敬欣, 石瑞玉, 潘鑫. 基于加权遗传算法的旋转机械不平衡振动溯源定位方法研究[J]. 振动与冲击, 2022, 41(24): 256-261, 292. DOI: 10.13465/j.cnki.jvs.2022.24.032. |
KANG J X, SHI R Y, PAN X. Research on unbalance vibration traceability and positioning method ofrotating machinery based on the weighted genetic algorithm[J]. Journal of Vibration and Shock, 2022, 41(24): 256-261, 292. DOI: 10.13465/j.cnki.jvs. 2022.24.032. | |
14 | 黄迪. 基于影响系数法的汽车传动轴现场动平衡[D]. 重庆: 重庆大学, 2018. |
HUANG D. Field dynamic balance of automobile transmission shaft based on influence coefficient method[D]. Chongqing: Chongqing University, 2018. | |
15 | 徐洪淼. 离心压缩机振动故障分析与处理[D]. 沈阳: 沈阳工业大学, 2009. |
XU H M. Analysis and treatment of vibration fault of centrifugal compressor[D]. Shenyang: Shenyang University of Technology, 2009. | |
16 | 王四季, 廖明夫. 转子现场动平衡技术研究[J]. 机械科学与技术, 2005, 24(12): 1510-1514. DOI: 10.3321/j.issn: 1003-8728.2005. 12.034. |
WANG S J, LIAO M F. Study of techniques for rotor balance in situ[J]. Mechanical Science and Technology, 2005, 24(12): 1510-1514. DOI: 10.3321/j.issn: 1003-8728.2005.12.034. | |
17 | XIANG B, WEN T, LIU Z Y. Vibration analysis, measurement and balancing of flywheel rotor suspended by active magnetic bearing[J]. Measurement, 2022, 197: 111305. DOI: 10.1016/j.measurement. 2022. 111305. |
18 | 黄兆飞, 王凯, 邱士安, 等. 双级动叶可调轴流风机小试重现场动平衡异常机理研究[J]. 机械设计与制造, 2019(6): 73-76. DOI: 10. 19356/j.cnki.1001-3997.2019.06.018. |
HUANG Z F, WANG K, QIU S A, et al. Research on the mechanism of the field dynamic balance of the two-stage adjustable blade axial flow fan with little mass of trial weight[J]. Machinery Design & Manufacture, 2019(6): 73-76. DOI: 10. 19356/j.cnki.1001-3997.2019.06.018. | |
19 | 陈龙. 超精密车床主轴高精度现场动平衡技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2015. |
CHEN L. Research on high-precision field dynamic balancing technology of ultra-precision lathe spindle[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2015. | |
20 | GOODMAN T P. A least-squares method for computing balance corrections[J]. Journal of Engineering for Industry, 1964, 86(3): 273-277. DOI: 10.1115/1.3670532. |
21 | 钟一谔. 转子动力学[M]. 北京: 清华大学出版社, 1987. |
ZHONG Y E. Rotor dynamics[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 1987. |
[1] | 李文杰. 压缩空气储能体系的计算机网络控制技术[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(4): 1533-1535. |
[2] | 杨毅, 刘石, 黄正, 卜宪标, 吴蔚, 温喆然, 徐军涛, 李士杰. 基于水下压缩空气储能的远海电淡冰冷热联产系统性能分析[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(3): 1160-1167. |
[3] | 许彬, 朱阳历, 王星, 熊军, 潘现超, 徐玉杰, 陈海生. 带径向进气腔室的轴流透平导叶周向非均匀分布研究[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(1): 203-218. |
[4] | 李澎煜, 林曦鹏, 王亮, 陈海生, 王艺斐. 竖直波纹流道内超临界氮气流动与传热研究[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(8): 2605-2614. |
[5] | 赵全胜, 朱玲, 刘尧伍, 郝军刚, 武明鑫. 压缩空气储能电站浅埋人工储气洞库设计基本理念和方法[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(8): 2775-2784. |
[6] | 韩汶昕, 张雪辉, 许剑, 傅力宏, 蒋鑫, 郭文宾, 谢宇超, 陈海生. 压气机叶顶间隙流动与控制研究进展[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(6): 1940-1962. |
[7] | 郭祚刚, 刘通, 徐敏, 徐申, 陈光明, 郝新月. 新型喷射增效压缩空气储能系统性能[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(6): 1877-1887. |
[8] | 李杨. 压缩空气储能储气库热力学改进的数学模型[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(5): 1707-1709. |
[9] | 张留淦, 周颖驰, 孙文兵, 叶楷, 陈龙祥. 利用ORC-VCR回收压缩热的预冷式CAES系统性能分析[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(2): 611-622. |
[10] | 贺鸿鹏, 王小宇, 徐美娇, 马成龙, 张伟, 张丽. 考虑输电约束的风力发电系统压缩空气储能可靠性与经济性评价[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(11): 4226-4234. |
[11] | 孟祥程. 大型压缩空气储能系统的土木工程建筑结构设计优化[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(10): 3579-3581. |
[12] | 李文慧, 焦勇涵, 郭歌, 李佳俊, 邓建强. 压缩空气储能系统供冷性能提升[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(9): 2833-2841. |
[13] | 孙晓霞, 桂中华, 高梓玉, 周冰倩, 刘夏, 张新敬, 郭欢, 李文, 盛勇, 朱阳历, 周健, 徐玉杰. 压缩空气储能系统动态运行特性[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(6): 1840-1853. |
[14] | 许永红, 吴玉庭, 张红光, 杨富斌, 王焱. 基于气动马达的微型压缩空气储能系统的试验研究[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(6): 1854-1861. |
[15] | 张玮灵, 古含, 章超, 葛昂, 应元旭. 压缩空气储能技术经济特点及发展趋势[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(4): 1295-1301. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||