基于真实数据反演的风扇转子本机平衡方法

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28321

航空发动机整机振动辨识与抑制专栏

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基于真实数据反演的风扇转子本机平衡方法

陈立芳¹^,², 孙亚冰¹^,²(), 周书华¹^,², 高强³, 乔保栋³, 李栋¹^,²

^1.北京化工大学发动机健康监控及网络化教育部重点实验室，北京 100029
^2.北京化工大学高端压缩机及系统技术全国重点实验室，北京 100029
^3.中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015

收稿日期:2022-11-28 修回日期:2023-02-13 接受日期:2023-03-06 出版日期:2023-03-14 发布日期:2023-03-10
通讯作者: 孙亚冰 E-mail:syb19943210@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(51775030)

Fan rotor local balancing method based on real data inversion

Lifang CHEN¹^,², Yabing SUN¹^,²(), Shuhua ZHOU¹^,², Qiang GAO³, Baodong QIAO³, Dong LI¹^,²

^1.Ministry of Education Key Laboratory of Engine Health Monitoring-Control and Networking，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^2.State Key Laboratory of High-End Compressor and System Technology，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^3.AECC Shenyang Engine Research Institute，Shenyang 110015，China

Received:2022-11-28 Revised:2023-02-13 Accepted:2023-03-06 Online:2023-03-14 Published:2023-03-10
Contact: Yabing SUN E-mail:syb19943210@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(51775030)

摘要/Abstract

摘要：

针对风扇转子相位监测困难、振动传递路径复杂、不同机台动力学特性差异性大、动平衡效率低等现象，提出一种基于模型和真实动平衡数据反演的风扇转子本机平衡方法。首先，通过分解风扇转子振动传递路径，构建数据反演模型和确定反演特征参数；其次，利用真实动平衡数据反演出匹配各机台的关键特征参数 $K c s$ （机匣到支点1动刚度）；最后，基于反演理论建立多转速下机匣振动响应、特征参数 $K c s$ 和转子不平衡量的线性矩阵方程，实现转子不平衡量逆运算。本方法经风扇转子现场动平衡验证，可在给定的转速范围内实现100%振动抑制，抑振比达43%~68%，动平衡效率大大提高。

关键词: 航空发动机, 风扇转子, 本机平衡, 数据反演, 无键相

Abstract:

A fan rotor local balancing method based on the model and real dynamic balancing data inversion is proposed to address the phenomena of difficult fan rotor phase monitoring， complex vibration transmission paths， large variability of dynamic characteristics of different machines， and low dynamic balancing efficiency. The data inversion model is first constructed and the inversion characteristic parameters determined by decomposing the fan rotor vibration transmission path. The real dynamic balance data is then used to invert the performance to match the key characteristic parameter K_cs（casing to pivot point 1 dynamic stiffness） of each machine. Finally， the linear matrix equation of casing vibration response， characteristic parameter K_csand rotor unbalance is established based on the inversion theory to realize the inverse operation of rotor unbalance. This method is verified by the field dynamic balancing of fan rotors， which can achieve 100% vibration suppression in the given speed range， and the vibration suppression ratio reaches 43%—68%， significantly improving the dynamic balancing efficiency.

Key words: aeroengine, fan rotor, local balance, data inversion, without OPR sensor

中图分类号:

V231.92

陈立芳, 孙亚冰, 周书华, 高强, 乔保栋, 李栋. 基于真实数据反演的风扇转子本机平衡方法[J]. 航空学报, 2024, 45(4): 628321-628321.

Lifang CHEN, Yabing SUN, Shuhua ZHOU, Qiang GAO, Baodong QIAO, Dong LI. Fan rotor local balancing method based on real data inversion[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(4): 628321-628321.

图/表 21

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图 12

图 13

图 14

表 1

机台1动刚度Kcs

转速/（r·min^-1）	历史初始振幅/mil	历史原始不平衡量/（g·mm）	$K c d$ /（10⁷ N·m^-1）	$K s s$ / $K s d$ *	$K c s$ /（10⁷ N·m^-1）
5 400	0.47	1 000	2.68	1.019 6	2.63
5 650	1.38	1 038	1.03	1.019 0	1.02
5 800	1.80	1 001	0.81	1.018 6	0.79
5 970	3.20	957	0.46	1.018 2	0.45
6 230	4.50	903	0.34	1.017 5	0.33
6 410	3.90	850	0.39	1.016 9	0.38
6 600	3.50	878	0.47	1.016 4	0.46
6 861	2.90	851	0.60	1.015 6	0.59
7 200	2.30	791	0.77	1.014 4	0.76
7 650	2.00	686	0.87	1.012 8	0.86
8 000	1.75	700	1.11	1.011 4	1.09
8 400	2.00	645	0.98	1.009 7	0.97

表 1

表 2

机台2的动刚度Kcs

转速/（r·min^-1）	历史初始振幅/mil	历史原始不平衡量/（g·mm）	$K c d$ /（10⁷ N·m^-1）	$K s s$ / $K s d$ *	$K c s$ /（10⁷ N·m^-1）
5 600	1.3	1 415	1.47	1.019 0	1.45
5 800	2.7	1 291	0.69	1.018 6	0.68
6 000	3.3	1 036	0.49	1.018 1	0.48
6 200	4.7	1 175	0.41	1.017 5	0.41
6 400	3.6	1 287	0.63	1.017 0	0.62
6 600	3.2	1 627	0.96	1.016 4	0.94
6 800	2.8	1 566	1.12	1.015 8	1.10
7 000	2.7	1 799	1.41	1.015 1	1.39
7 200	2.0	1 635	1.84	1.014 4	1.82
7 400	1.5	1 443	2.27	1.013 7	2.24
7 600	1.6	1 264	1.97	1.013 0	1.94
7 800	1.8	1 901	2.77	1.012 2	2.74
8 000	2.0	2 181	3.01	1.011 4	2.98
8 200	2.1	2 368	3.27	1.010 6	3.24

表 2

图 15

表 3

表 4

图 16

图 17

参考文献 27

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转速/（r·min^-1）	原始不平衡量大小/（g·mm）	试重后不平衡量大小/（g·mm）	配重位置1/（°）	配重位置2/（°）
5 800	1 434	1 816.4	265	85
6 000	1 381	缺少
6 200	1 450	缺少
6 400	1 502	缺少
6 600	1 729	2 491.79	235	115
6 800	1 734	2 237.42	254	96
7 000*	1 866	2 998.93
7 200	1 799	3 038.13	221	129
7 400*	1 731	3 077.33
7 600	1 580	2 291.00	240	110

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基于真实数据反演的风扇转子本机平衡方法

Fan rotor local balancing method based on real data inversion

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