汽轮机转子不平衡诊断及治理

汽轮机转子不平衡诊断及治理

发表时间：2018-07-03T10:22:54.897Z 来源：《电力设备》2018年第7期作者：齐莹莹

[导读] 摘要：工业生产是经济的重要组成部分，在生产过程中，汽轮机的装机容量在需求下不断提升。

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江省哈尔滨 150046）

摘要：工业生产是经济的重要组成部分，在生产过程中，汽轮机的装机容量在需求下不断提升。由此，也使得汽轮机的结构愈加的复杂，零件也更加精密，因此出现故障的几率和引发故障的原因也不断增加，故障的诊断变得越来越有难度。而汽轮机转子出现不平衡就会极大地影响发电效率，造成发电量不足，所以说对汽轮机转子不平衡的问题的研究以及如何治理显得尤为重要。本文将会简单介绍汽轮机转子不平衡的现象，讲解如何诊断汽轮机转子不平衡状况，对汽轮机转子不平衡治理加以深入地研究分析，希望利用这些分析使得汽轮机转子的工作运营能够稳定，更好地完成工作，促进工业生产的更好发展。

关键词：汽轮机；转子；不平衡；诊断；治理

0引言

汽轮机的重要组成部分之一就是汽轮机转子。在现实问题中，汽轮机转子使得汽轮机发生故障导致运行出状况的主要原因有两个方面：一方面是转子重量偏离重心，另一方面就是转子破损。有资料分析显示，在旋转机械中有超过一半的故障是由转子不平衡引起的，汽轮机也包括在其中。因此，加大对汽轮机转子不平衡的诊断以及原理研究具有十分重要的现实意义，合理的治理方法地提出也刻不容缓。

1 汽轮机转子不平衡的种类

1.1 可汽轮机转子不平衡的种类

1.1.1原始不平衡

指的是在制造过程中就已经发生差错，例如装备达不到标准，用于制造的材料不均匀等，这些都会使汽轮机转子在出厂时因振幅过大而致使平衡精度不符合标准。

1.1.2渐发性不平衡

由于时间较长，汽轮机转子会出现不均匀的污垢沉积现象，灰尘等物质磨损叶片或叶轮，磨蚀转子，都会造成不平衡的幅度越来越大。

1.1.3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。

1.2 汽轮机转子不平衡原理

在旋转过程中，汽轮机转子将会产生离心力，离心力的大小可以根据公式F=mew2来进行确定，其中e指的是转子的偏心距。离心力属于交变力，它最终导致了转子产生不平衡的状况。

1.3 汽轮机转子不平衡特征

在不一样的方向方面，汽轮机转子的刚度也不尽相同，严格来说的话，实际转轴的轨迹并不是一个十分标准的圆，而是接近椭圆的形状。不平衡的特征表现主要有以下五个方面：

第一点，转子不平衡振动波形可类似看作是正弦波形。

第二点，如果转子的实际转速低于临近转速，振幅就会以正相关的形式展现，如果转子的转速比临界转速高，那么振幅就会变成一个固定的值，而如果转子转速与临近值十分接近，就会产生共振现象，振幅会在这个时候出现峰值。

第三点，对汽轮机转子的频谱图进行分析，可以发现谐波能量主要集中自基频方面，这就使得实际的频谱图的表现形状展现为“枞树形”。

第四点，转轴的运行轨迹不是一个圆形，准确来说是一个类似椭圆的形状。

第五点，实际上，转子的转速应归为确定值，所以在相位方面不会有较大的波动。

下图展示的汽轮机转子的三维图。

汽轮机转子的三维图

2 汽轮机转子不平衡诊断方法

上面提到，转子不平衡的形式主要有三种，包括原始不平衡、渐变不平衡和突发性不平衡。在这三种不平衡之间不仅存在着许多直接、确定的联系，而且也有着较大的不同。在进行故障诊断的时候，主要从以下两个方面来进行判断 2.1 汽轮机转子振幅变化趋势

在原始不平衡方面，汽轮机转子会显现出清晰的表现特征，而在转子的渐变不平衡方面，当汽轮机还在运行的最初阶段时，不平衡的现象并不会显著地表现出来，只有在伴随着运行时间的推移之后，这样的不平衡现象才会愈加地凸显展示出来。再说转子的突发性不平衡方面，汽轮机转子会出现振动值突变的表现，而在这以后就会展现出比较严重的不平衡的现象。

2.2 汽轮机转子矢量域变化

从矢量域的角度来说，如果是转子的原始不平衡方面，矢量域变化幅度就会比较低，变化过程从整体上看是比较稳定的；而在渐变不平衡方面，汽轮机转子的矢量域变化幅度会表现出不稳定的变化形式，但是在整个变化过程中的特点就是有着一定的连续性；再说到转子的突发性不平衡方面，汽轮机转子的矢量域在最初的时候是比较稳定的形式，但在某一时刻就会发生突变，变化幅度较大，最后优惠逐步趋于稳定。

3 故障位置的诊断及确定故障位置

3.1 故障位置的诊断

（1）故障发生在什么位置，需要有准确地判断，这样才能采取相应的高效的治理措施。较为简单的判断方法就是：三位诊断法，具体表现如下：根据转子的一阶和二阶振型，可以将转子分为A、B、C三段，以此来求出每一段的振型。

(2)如果用V1c,V1d来分别表示1#轴承处A段的一阶及二阶振动响应,另外用V2c,V2d来表示2#轴承处C段的一阶及二阶振动响应,则V1=V1c+V1d，V2=V2c+V2d。

3.2 确定故障的位置

当故障位置出现在转子的左端A段时：

（1）V1> {V1c,V1d}max

（2）V2< {V2c,V2d}max

当故障位置出现在转子的中间位置B段时：

（1）V1≈V1c

（2）V2≈V2c

当故障位置出现在转子的右端C段时：

（1）V1< {V1c,V1d}max

（2）V2> {V2c,V2d}max

4 汽轮机转子不平衡治理方法

既然已经可以判断汽轮机转子发生的故障类型以及故障的具体位置，就要针对其不同情况具体问题具体分析，分别进行诊治。

如果汽轮机转子的不平衡为原始不平衡，在治理过程中，就需要根据相关的技术要求的标准，调整整个转子的动态平衡，如果发生缺少零件的情况，一定要按照实际情况来安装相对应的零部件，然后还要细致地对每一个零部件进行查看，同时紧固处理所有的零部件，避免有松动的零部件出现。

当汽轮机转子发生的不平衡为渐变不平衡时，在其治理上，需要做的就是首先清除汽轮机转子上的所有污垢灰尘，需要定期地对处于正常运行状态中的汽轮机进行全方位的检查，保证使用的是清洁型的介质，这样才能有效避免介质对汽轮机转子的腐蚀情况，又或者是会产生更多的生产污垢。

最后，如果汽轮机转子发生的不平衡状况为突发性不平衡，针对这种不平衡的治理，所采用的主要就是首先停机接受检查，发生损坏的汽轮机转子需要得到定期的检查，然后处理干净流道中存在的异物，保证流道处于通畅的状态，最后，很重要的一点就是，一定要及时消除系统中存在的应力，来防止汽轮机转子在运行过程中因为受到应力作用而发生损坏。

结语

综上所述，本文首先介绍了汽轮机转子不平衡的种类以及相应的具体特征，然后研究了汽轮机转子不平衡的故障机理，接下来介绍了如何判断不平衡故障以及故障的位置，最后研究了不平衡的诊断方法以及治理措施。由于汽轮机转子在实际的生产活动中有着非常重要且广泛的作用，影响日常生活，因此需要我们格外地注意它的使用和运行情况，对汽轮机转子在运行过程中会发生的故障加以详细的研究分析，找出发生故障的具体原因，确定故障是文中提到的三种情况中的哪一种，再根据不同的情况分别处理，制定合理的诊治方案，充分保障了汽轮机转子在实际运行过程中的稳定性，还能够增加汽轮机转子的使用寿命，充分地保证了工业生产中的工作效率。

参考文献

[1]史俊.汽轮机转子不平衡的诊断及治理[J].化工管理，2017，6-21.

[2]刘达，翟春艳，李书臣，苏成利.汽轮机转子故障诊断算法应用研究[J].辽宁石油化工大学学报，2013，9-15.

[3]李利.汽轮机发电转子不平衡的诊断及治理[J].工业b.2015.