汽轮机转子不平衡的诊断及原理

付超

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）



汽轮机转子不平衡的诊断及原理

付超

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

摘要：由于工业生产的需要，需要不断提升汽轮机装机容量。于是，汽轮机的结构越来越复杂，零件也越来越精密，造成故障的原因也越来越多，故障诊断亦越来越难。汽轮机转子不平衡会严重影响发电效率，因此汽轮机转子不平衡的诊断及原理研究对于保证汽轮机正常运行非常重要。本文介绍汽轮机转子不平衡的种类，研究汽轮机转子不平衡的故障机理，阐述不平衡故障的特征，最后研究不平衡的诊断方法以及治理措施，以供业内人士借鉴参考。

关键词：汽轮机转子不平衡诊断原理

汽轮机转子是汽轮机的重要部件。实际中，经常会因为转子重量偏离重心或者转子破损而使汽轮机发生故障，导致运行异常。统计资料表明，旋转机械一大半的故障都是因为转子不平衡，汽轮机也不例外。所以，对汽轮机转子不平衡的诊断及原理研究具有重要的现实意义。

1 汽轮机转子不平衡的种类

原始不平衡：制造时出现误差，装配不符合要求，制造材料不均匀等，都可能转子使出厂时振动幅度过大而导致其平衡精度达不到标准。

渐发性不平衡：随着时间的推移，转子出现污垢沉积不均匀的现象，介质磨损叶片或叶轮，磨蚀转子，不平衡幅度越来越大。

突发性不平衡：转子零部件由于某种缘故脱落或者叶轮出现卡塞，机组真值突变。

2 汽轮机转子不平衡的故障机理

汽轮机转子转动产生离心力，大小根据F=mew2可得（e为偏心矩）。而离心力是一种交变力，由此造成汽轮机转子不平衡［2］。

3 汽轮机转子不平衡的特征

汽轮机转轴的刚度在不同方向是不同的，所以转轴轨迹不是严格的圆，而是趋近于椭圆。汽轮机转子不平衡的特征：

（1）不平衡振动的振动波形与正弦波相似（如图1所示）。

图1 不平衡振动波形图

（2）由汽轮机转子不平衡的频谱图可得，谐波能量主要体现在基频，高次谐波偶尔也会出现，最终使得频谱图呈现“枞树形”（如图2所示）。

图2 转子不平衡故障频谱图

（3）转速低于临界转速时，振幅呈现正相关；转速高于临界转速，振幅趋于确定值；转速与临界转速相近时，会出现共振现象，振幅有峰值。振幅与转速的变化关系密切（如图3所示）。

图3 振幅与转速的关系

（4）转速是一个确定值时，相位波动小。

（5）转轴轨迹不是圆，是椭圆。

图4 不平衡振动转轴轨迹图

4 汽轮机转子不平衡的诊断方法

上面提到，汽轮机转子不平衡主要分为三种，分别为原始不平衡、渐变不平衡和突发性不平衡。这三种不平衡有很多共同点，要甄别故障类型，可以从以下两方面入手。

图5 汽轮机转子三种不平衡的振幅变化趋势图

（1）汽轮机转子振幅变化趋势。如图5所示，对于原始不平衡，汽轮机转子运行初期振动就比较突出；对于渐变不平衡，汽轮机转子运行初期振动不明显，但是随着时间的延迟，振震动幅度越来越大；对于突发不平衡，汽轮机转子振动值突变，之后就会趋于过高稳定水平［1］。

（2）汽轮机转子矢量域变化。对于原始不平衡来说，矢量域变化幅度小，比较稳定；对于渐变不平衡来说，矢量域不稳定，连续发生变化；对于突发不平衡来说，矢量域初始较稳定，然后某一时刻发生突变，最后趋于稳定［1］。

5 汽轮机转子三种不平衡故障原因分析及相应的治理措施［3 ］（如表1 ）

表1

6 结束语

综上所述，本文首先介绍了汽轮机转子不平衡的种类，然后研究了汽轮机转子不平衡的故障机理，接下来阐述了不平衡故障的特征，最后研究了不平衡的诊断方法以及治理措施，以期为相关工作人员提供借鉴。

参考文献

［1］赵文玉，李海.电厂汽轮发电机组振动的监控［J］.内蒙古石油化工，2007，（12）：26-30.

［2］乐场.汽轮发电机组振动主要原因分析［J］.Science Technology Information，2007，（22）：54-55.

［3］穆苍莉.浅论汽轮机发电机组振动的影响因素［J］.科技资讯，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