汽輪機轉子不平衡的診斷及原理

付超

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

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汽輪機轉子不平衡的診斷及原理

付超

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

摘要：由于工業生產的需要，需要不斷提升汽輪機裝機容量。于是，汽輪機的結構越來越復雜，零件也越來越精密，造成故障的原因也越來越多，故障診斷亦越來越難。汽輪機轉子不平衡會嚴重影響發電效率，因此汽輪機轉子不平衡的診斷及原理研究對于保證汽輪機正常運行非常重要。本文介紹汽輪機轉子不平衡的種類，研究汽輪機轉子不平衡的故障機理，闡述不平衡故障的特征，最后研究不平衡的診斷方法以及治理措施，以供業內人士借鑒參考。

關鍵詞：汽輪機轉子不平衡診斷原理

汽輪機轉子是汽輪機的重要部件。實際中，經常會因為轉子重量偏離重心或者轉子破損而使汽輪機發生故障，導致運行異常。統計資料表明，旋轉機械一大半的故障都是因為轉子不平衡，汽輪機也不例外。所以，對汽輪機轉子不平衡的診斷及原理研究具有重要的現實意義。

1 汽輪機轉子不平衡的種類

原始不平衡：制造時出現誤差，裝配不符合要求，制造材料不均勻等，都可能轉子使出廠時振動幅度過大而導致其平衡精度達不到標準。

漸發性不平衡：隨著時間的推移，轉子出現污垢沉積不均勻的現象，介質磨損葉片或葉輪，磨蝕轉子，不平衡幅度越來越大。

突發性不平衡：轉子零部件由于某種緣故脫落或者葉輪出現卡塞，機組真值突變。

2 汽輪機轉子不平衡的故障機理

汽輪機轉子轉動產生離心力，大小根據F=mew2可得（e為偏心矩）。而離心力是一種交變力，由此造成汽輪機轉子不平衡［2］。

3 汽輪機轉子不平衡的特征

汽輪機轉軸的剛度在不同方向是不同的，所以轉軸軌跡不是嚴格的圓，而是趨近于橢圓。汽輪機轉子不平衡的特征：

（1）不平衡振動的振動波形與正弦波相似（如圖1所示）。

圖1 不平衡振動波形圖

（2）由汽輪機轉子不平衡的頻譜圖可得，諧波能量主要體現在基頻，高次諧波偶爾也會出現，最終使得頻譜圖呈現“樅樹形”（如圖2所示）。

圖2 轉子不平衡故障頻譜圖

（3）轉速低于臨界轉速時，振幅呈現正相關；轉速高于臨界轉速，振幅趨于確定值；轉速與臨界轉速相近時，會出現共振現象，振幅有峰值。振幅與轉速的變化關系密切（如圖3所示）。

圖3 振幅與轉速的關系

（4）轉速是一個確定值時，相位波動小。

（5）轉軸軌跡不是圓，是橢圓。

圖4 不平衡振動轉軸軌跡圖

4 汽輪機轉子不平衡的診斷方法

上面提到，汽輪機轉子不平衡主要分為三種，分別為原始不平衡、漸變不平衡和突發性不平衡。這三種不平衡有很多共同點，要甄別故障類型，可以從以下兩方面入手。

圖5 汽輪機轉子三種不平衡的振幅變化趨勢圖

（1）汽輪機轉子振幅變化趨勢。如圖5所示，對于原始不平衡，汽輪機轉子運行初期振動就比較突出；對于漸變不平衡，汽輪機轉子運行初期振動不明顯，但是隨著時間的延遲，振震動幅度越來越大；對于突發不平衡，汽輪機轉子振動值突變，之后就會趨于過高穩定水平［1］。

（2）汽輪機轉子矢量域變化。對于原始不平衡來說，矢量域變化幅度小，比較穩定；對于漸變不平衡來說，矢量域不穩定，連續發生變化；對于突發不平衡來說，矢量域初始較穩定，然后某一時刻發生突變，最后趨于穩定［1］。

5 汽輪機轉子三種不平衡故障原因分析及相應的治理措施［3 ］（如表1 ）

表1

6 結束語

綜上所述，本文首先介紹了汽輪機轉子不平衡的種類，然后研究了汽輪機轉子不平衡的故障機理，接下來闡述了不平衡故障的特征，最后研究了不平衡的診斷方法以及治理措施，以期為相關工作人員提供借鑒。

參考文獻

［1］趙文玉，李海.電廠汽輪發電機組振動的監控［J］.內蒙古石油化工，2007，（12）：26-30.

［2］樂場.汽輪發電機組振動主要原因分析［J］.Science Technology Information，2007，（22）：54-55.

［3］穆蒼莉.淺論汽輪機發電機組振動的影響因素［J］.科技資訊，2006，（5）：32-33.

The Diagnosis and Principle of Turbine Rotor Unbal-ance

FU Chao
（Haerbin turbine Co. Ltd., Haerbin 150046）

Abstract:Due to the need for industrial production and need to improve steam turbine installed capacity, so the turbine structure more and more complicated, parts and more sophisticated, resulting in more and more the cause of the failure and fault diagnosis becomes more and more difficult. The unbalance of the turbine rotor can seriously affect the power generation efficiency, so the diagnosis and principle of the unbalance of the turbine rotor is very important to ensure the normal operation of the turbine. In this paper, we first introduce the kinds of steam turbine rotor unbalance, and Study on steam turbine rotor unbalance fault mechanism, next on the imbalance fault characteristics, finally, the imbalance of the diagnostic methods and treatment measures, in order to reference for the industry.

Key words:steam turbine, rotor, unbalance, diagnosis, principle