大型旋转设备振动故障的特点

王风学

振动故障特征与转子结构的关系

机组振动故障的特征还与机组转子的结构有关。进行机组振动故障的诊断时，不仅仅要分析出故障的类别，其主要目的是找出引起振动故障的具体原因，这洋才能找到解决方法。例如在确定转子热弯曲引起的振动故障时，确认是否由转子热弯曲所引起是比较容易的，诊断的主要目的在于确定引起热弯曲的具体原因，这样才能处理解决，而这往往是很困难的。

但实践表明，机组的结构分析对振动故障诊断是非常重要的，因为机组的振动故障特征是与机组的结构特点密切相关的，有的故障只能在某种结构情况下才能产生，同一类故障在不同结构形式的机组上其征兆有明显的不同，如大型发电机组由于碰磨造成的热弯曲，其振动响应为基频振动，没有谐波分量或很小，因为弯曲造成的不平衡响应远大于碰磨自身的响应，而在轻型转子上发生碰磨现象时，谐波分量则非常丰富，因碰磨造成的转子不稳定性增加；机组的振动传递持性与机组的结构有密切关系；有的故障本身就是因为结构有缺陷或结构不合适而引起。

机组的结构分析包含了机械结构及不平衡响应分析两个方面。比如汽轮发电机组的机械结构很复杂，且千差万别，不同型号的机组结构各不相同，但还是有许多共同的部分，可以加以初步分类。例如：(1)支承方式：四支承，三支承；(2)轴承座型式：落地式，端盖式，固定在排汽缸上；(3)联轴器：刚性，挠性，半挠性等；(4)轴瓦型式：圆筒瓦，椭圆瓦，三油楔，可倾瓦等。其它还有汽缸膨胀的方式，转子隔板汽封及端部汽封的型式等等。至于不平衡响应分析，它主要包括工作转速与临界转速的裕度，故障部位不平衡响应灵敏的分析等方面。

不同的结构型式可能会引起不同的振动故障，例如以轴承座型式为例，落地式轴承标高的变化只与轴承应的温度状态有关，而该温度变化可按不同的机组近似地进行估算，但座落在排汽缸上的轴承座，其标高的变化除了与本身的温度状态有关外，还与排汽缸的变形有关，还与排汽缸的温度、排汽真空及排汽缸的刚度有关，因此两种轴承座型式会带来不同的中心变化，在判断振动故障是否由中心变化引起时必须要分析轴承座结构会引起中心有多大的变化。再如发电机转子轴承为端盖式或落地式时，其振动外特性及振动传递特性大不相同，对端盖式轴承，必须要考虑振动通过定子外壳的传递，而落地式轴承则可忽略通过外壳的振动传递。

不同的支承型式对工作转速及临界转速的裕度有不同的要求，三支承型式的转子要求裕度较大，同一类故障，当故障部位处于不平衡响应敏感区时，其征兆与处于不敏感区时有很大的不同。例如动静摩擦引起的振动故障，如摩擦部位处于转子不平衡响应的敏感区时，则除了不平衡响应的灵敏度大大增加外，影响该振动的相关量也明显增加，此时润滑油(密封油)的油压、油温、或影响机组中心变化的有关因素，有关转子的运行参数也均成为影响振动的相关量。而摩擦部分一旦处于不敏感区时，相关量则明显减少，且摩擦引起振动幅值及相位的变化特性也很不相同。

故障的特征与相关量的关系

从上述分析的振动故障的特点可知，振动故障的征兆与多方面的因素有密切关系，振动的频谱只是其中的一个方面，并且对大多数故障来说，还不是主要的方面，因此，频率分析只能作为大机组振动分析中单方面的依据，在辅以其它图谱分析的同时，结合振动与相关量的关系尤为重要。

机组的每一种故障，除了其在振动参数方面的特征外，均与某些相关量有关。尤其是同步转速振动故障，更需要通过与各种相关量关系的分析来判断故障的原因。在现场为寻求振动故障原因而进行的各种振动试验实际上就是探求与各种相关量的关系，例如通过变化发电机转子的无功负荷(转子电流)来判断发电机转子的振动变化量是否由匝间短路所引起。这些相关量是指各种运行参数，如主蒸汽及再热蒸汽的压力、温度、流量、排汽温度、凝汽器真空、润滑油温、油压、各轴承的顶轴油压、机组的膨胀及相对膨胀、发电机的有功及无功负荷、转子电流、冷却风温、风压或冷却水的温度、流量等等。

在大机组中，大部分相关量已在数据采集系统(DAS系统)中，可利用数据通信将这些相关量传送到故障诊断系统中去，与振动参数相结合，一并加以分析。

根据目前已有的知识和经验，己可分别列出每一种故障原因与相关量的具体关系。目前需要做的工作是尽可能将各种具体故障原因引起的振动故障与有关相关量的关系一一加以列出，当根据上述几个方面诊断出某种故障有几种可能的原因时，即根据与该原因与相关量的关系进一步确定该故障的原因。

（来源：振动诊断与转子平衡）