【乾貨】轉子彎曲的故障機理與診斷
【乾貨】轉子彎曲的故障機理與診斷
轉子彎曲是指各橫截面的幾何中心連線與旋轉軸線不重合。很多人沒有辦法區分轉子彎曲與轉子不平衡，實際上兩者是有區別的：質量不平衡是指各橫截面的質心連線與其幾何中心連線存在偏差，但是二者都會使轉子產生偏心質量，從而使轉子產生不平衡振動。
1. 轉子彎曲的種類
轉子彎曲分為永久性彎曲和臨時性彎曲。
永久性彎曲是指轉子軸呈弓形彎曲後無法恢復。造成永久彎曲的原因有設計製造缺陷（轉軸結構不合理、材質性能不均勻）、長期停放方法不當、熱態停機時未及時盤車或遭涼水急冷等。
臨時性彎曲是指可恢復的彎曲。造成臨時性彎曲的原因有預負荷過大、開機運行時暖機不充分、升速過快局部碰磨產生溫升等致使轉子熱變形不均勻等。
href="">2. 轉子彎曲振動的機理
轉子永久性彎曲與臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障的機理是相同的。都會產生與質量偏心情況相類似的旋轉矢量激振力。
(1) 軸向1X波峰：軸彎曲會使軸兩端產生錐形運動，因而在軸向還會產生較大的工頻振動。
(2) 轉子永久性彎曲，開機啟動時振動就較大；而轉子臨時性彎曲的機器，則是隨著開機升速過程振幅增大到某一值後有所減小。
(3) 轉子彎曲時通常都會產生很大的徑向振動和軸向振動，如果彎曲位於轉軸中央附近，支承轉子的兩個軸承上的軸向振動主要呈 1X 分量，如果彎曲位於聯軸器附近或懸臂式支撐轉子的外伸端產生彎曲時，則可能產生較大的 2X 振動分量。此外，轉子彎曲時一般會在一階臨界轉速下產生較大的徑向振動。
(4) 相位測量對於診斷軸的彎曲故障是非常有用的。在軸向上測得的兩端在1X處的相位，其相位差為180度。
3. 轉子彎曲的故障診斷
轉子彎曲的故障診斷主要依據見表1和表2。
表1 轉子彎曲的振動特徵
表2 轉子彎曲的振動敏感參數
4. 轉子彎曲的故障原因與治理措施
轉子彎曲的故障原因與治理措施如表3所示。
表3 轉子彎曲的故障原因與治理措施
5. 診斷實例
案例1：某30萬噸合成氨廠試車期間，一高壓蒸汽透平超速脫扣試驗時振動正常，停機後連接聯軸器進行聯動試車時透平發生劇烈振動。啟動初期低速運行時振動值就比較大，而且隨著轉速的升高，振動隨之迅速增大，發生強烈振動。經數次開機都未能通過臨界轉速，機器不能正常運行。雖經長期暖機，再次升速時振動情況並未好轉。
其振動特徵如下：
(1)時域波形為正弦波；
(2)軸心軌跡為橢圓；
(3)幅值譜為以 1×頻為主的峰值，其他成分幾乎沒有；
(4)進動方向為正進動。
診斷意見：根據其振動特徵和故障發生過程診斷，機器故障是轉子永久性彎曲造成的。原因是該透平為高壓蒸汽透平，運行時轉子溫度較高。單體試車結束後馬上連接聯軸器，未能按規定盤車，造成轉子永久性彎曲。
生產驗證：因無備用轉子，只得將轉子緊急送專業廠處理，經動平衡檢查，因轉子彎曲嚴重，不平衡量嚴重超標。重新進行動平衡後運回安裝，機組振動值下降到正常水平。
案例2：某廠汽輪發電機停機檢修時，更換了經過嚴格高速動平衡的轉子，開機升速時未按升速曲線進行，加快了啟動過程。汽輪機開機運行時振動較大，並且隨著升速過程振動繼續增大，機組不能正常運行。
其振動特徵如下：
(1)時域波形近似為正弦波，但有輕微削頂；
(2)軸心軌跡為橢圓；
(3)幅值頻以1×頻為主，其他成分較小；
(4)進動方向為正進動。
診斷意見：根據其振動特徵和故障發生過程診斷，該機組的異常振動是由於操作上急於併網發電，加快了升速過程和載入過快，造成了轉子臨時性彎曲。
生產驗證：改變調度下達的限時併網發電指令，經充分暖機後，按規程升速載入，啟動過程機組振動正常，併網運行後一切正常。
推薦閱讀：
