汽轮机转子不平衡的诊断及治理 王占国

汽轮机转子不平衡的诊断及治理王占国
摘要：汽轮机转子属于汽轮机重要组成结构，汽轮机在使用过程中，往往会因
为转子出现故障而影响汽轮机的正常使用，比如说转子重心偏离、转子破损等。

根据统计分析，旋转机械绝大多数故障都与转子不平衡有密切的联系，在汽轮机
方面同样如此。

因此，对于汽轮机转子的不平衡诊断有着非常重要的作用和意义。

关键词：汽轮机；转子不平衡；诊断；治理
1汽轮机转子运行原理
汽轮机是一种将蒸汽的热能转换成机械功的旋转式原动机，蒸汽膨胀后压力
降低，速度提升，把热能转化成动能，机械能，带动发动机。

转子在瞬间的加热
冷却后，得到较大热应力，蒸汽对转子的换热系数影响很大，以及转子的结构，
轴承等要素。

汽轮机启动过程需要控制转子的热应力，冲动力影响运动物体的质
量和速度变化和转子的临界转速、不平衡响应和稳定性。

一维模型以及二维模型
的计算需要使用有限元来求解固有频率以及瞬态响应，重点分析温度场。

在温度
的冷热交换中，转子承受交变热应力，计算机控制监测转子热应力，优化了启动
程序，提升汽轮机的经济性和发电效率。

热血原理中，温度升高导致循环次数减少，气温气压都是影响转子系统动力特性的计算因素，汽轮机进汽，引起转子震动，从盘车转速上升为同步转速，降低热应力。

热分析计算出各个节点温度，计
算方法主要有有限元、传递矩阵法、模态综合法和刚度法。

转子温度升高会加大
偏差，材料也会影响数值，但决定因素还是转子的内外温差。

转子寿命预测考虑
屈服极限问题，当转速值超过报警极限，就当即产生转速保持。

温度要低于蒸汽
饱和度，中心无内热源，蠕变与疲劳交互作用，转子热应力，热流密度，热梯度等，结合计算出热应力和位移。

热量凝结后传递转子表面，热能与其它形式能量
转换，推算出向量公式。

過程复杂，温度升高参数变化，热应力的寿命损耗计算，转轴的升温，保持应力裕度，温度的分布随时间变化的载荷，设置时间曲线，与
温度曲线相互作用。

大容量的汽轮机应用双层杠结构，因此要减薄壁厚，放热系
数也随着转子的温度表换，无论轴向还是径向都较平缓。

气缸金属温度不下降，
主温度大概在在450℃以上，润滑油温度在40℃左右。

最大温度随蒸汽温度升高，专业到达满负荷。

停机时候主蒸汽要保持50℃的过热度。

2汽轮机转子不平衡特征
在不同方向上，汽轮机转子转轴的刚度存在一定的区别，实际转轴的轨迹严
格意义上来讲并不是十分标准的圆，接近椭圆，不平衡主要特征有以几个方面：
第一，转子不平衡振动波形和正弦波形较为相似。

第二，分析汽轮机转子频谱图，能够发现谐波能量主要集中自基频方面，使得实际的频谱图表现为“枞树形”。

第三，当转子的实际转速比临界转速低时，振幅表现为正相关，当转子的转速高于
临界转速时，振幅变为一个固定值，当转速和临界值相近时，会有共振现象出现，这个时候振幅会粗线峰值。

第四，转子的转速属于确定值，在相位方面不存在较
大的波动。

第五，转轴的运行轨迹并不是圆形，而是类似于椭圆形状。

3汽轮机转子故障问题
3.1汽轮转子运行类型
在汽轮机转子运行过程中，转子发生故障的前表现是振动信号发生，对此应
在汽轮机转子运行过程中，为了更好地判断汽轮机转子运行故障类型，我们要对
转子进行振动程度信号的测量从而对测量出来的结果进行一一解答，在测量过程
中要准确无误。

振动频率分几种，其中包括倍频振动、基频振动、整分数基频振
动、比例基频振动、超高基频振动以及超低基频振动；振幅方位：横向振动（水
平振动和垂直振动）、轴向振动与扭转振动；振动部位：转子和轴系振动（轴颈、轴纹叶片）、轴承（油膜滑动和波动）、壳体振动与轴承座振动、基础振动（基座、工作台、支架）、其他结构振动（阀门、阀杆、管道等）；振动原因：转子
平衡度较差、轴系不对称和零件松动、摩擦（密封件摩擦、转子和定子之间产生
的摩擦）、轴承损坏、轴承内部油膜涡动与油膜振动、动力和水力的影响、轴承
刚度较差、电气等。

3.2小波分析特征
小波可以通过母小波的伸缩程度与平移从而取得不同程度的基函数对振动程
度进行分析。

小波变化是一种处理技术非常强大信息技术，它是由多分辨率信号
组成的。

在具体分析过程中，它可以从尺度的变换而选出不一样的频率段。

小波
分解，它可以把稳定的或者不稳定的信号分解由小波伸缩的基函数，从而保持信
息量完好，在此基础之上，原来的信号可以在不一样的频段上或者发生信号突变
的情况下，可以通过分解信号在不同尺度中进行分解或得到重构。

对振动程度信
号的小波包进行分解，从而对振动系统进行了故障分析，及时呈现出系统故障产
生的频率能量以及产生的时间。

3.3转子故障处理的结果
在转子出现故障的同时，检修的过程中要参考检修时订做的方案从而对机组
进行检查。

在检修的过程中若叶片质量不合格的情况下，原因就是在开启盖子时
对（16～19）级叶片进行了振动测试，在测试的同时发现了18级叶片的频率超
出标准的质量，所以要更换叶片。

4汽轮机转子不平衡诊断方法
转子不平衡主要有三种，分别为原始不平衡、渐变不平衡以及突发性不平衡。

这三种不平衡直接既存在着一定的联系，同时又有着很大的区别。

在实际的故障
诊断时，可以从以下两个方面来进行：
4.1汽轮机转子振幅变化趋势
在转子的原始不平衡方面，在运行初始阶段就存在明显的表现特征；在转子
的渐变不平衡方面，在汽轮机运行初始阶段，这种不平衡现象表现不是十分明显，但是随着运行时间的增多，这种不平衡现象将越来越明显；在转子的突发性不平
衡方面，汽轮机转子会存在振动值突变现象，在之后就会表现出较为严重的不平
衡现象。

4.2汽轮机转子矢量域变化
在转子的原始不平衡方面，汽轮机转子的矢量域变化幅度较低，整个变化过
程较为稳定；在转子的渐变不平衡方面，汽轮机转子的矢量域呈现不稳定变化趋势，整个变化过程有着连续性的特点；在转子的突发性不平衡方面，汽轮机转子
的矢量域初始处于较为稳定的状态，在某一时刻会存突变，产生较大的变化，之
后又逐渐趋于稳定。

5汽轮机转子不平衡治理
在进行转子的原始不平衡的治理时，可以结合相关的技术标准要求，调整转
子的动平衡，如果缺少零件，那么结合实际情况安装相对应的零部件，对整个转
子进行详细的检查，对所有零部件进行紧固处理，消除松动部件。

在进行转子的
渐变不平衡的治理时，可以先清除转子上的污垢，在汽轮机转子运行过程中定期
对其进行检查，对于使用的介质，一定要保证其清洁型，避免对转子造成腐蚀，
或者有较多的污垢产生。

在进行转子的突发性不平衡的治理时，先进行停机检修，
对于损坏的转子进行定期检查，再清理干净流道中存在的异物，保证流道的通畅性，还需要及时消除系统中存在的应力，防治转子在运行过程中受到应力作用发生损坏。

6结论
汽轮机转子在汽轮机运行过程中有着非常重要的作用，但是转子在实际使用过程中经常会有故障情况出现，因此需要针对转子运行中的故障进行详细的分析研究，明确故障的原因以及故障的特点，制定针对性的故障处理措施，使得转子的实际运行稳定性得到保证，延长转子的使用寿命，保证汽轮机工作的有效性。

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