转子故障振动机理分析
浅析发电机转子振动故障的诊断及处理
浅析发电机转子振动故障的诊断及处理摘要：大型发电机振动故障有很多类型，热弯曲是比较常见的振动故障，其主要原因包括材质问题、冷却系统故障、转子线圈膨胀受阻、匝间短路等。
本文以某1000MW汽轮发电机为例，对发电机转子振动故障的诊断及处理进行分析探讨。
关键词：发电机；转子；振动故障；诊断；处理1机组简介某厂2某1000MW超超临界汽轮发电机组由上海发电机厂与德国西门子公司联合设计生产。
发电机型号为THDF125/67，采用水—氢—氢冷却方式。
励磁系统采用静态励磁和无刷励磁2种方式。
机组轴系由5个径向椭圆轴承支撑，高压转子为双支撑结构，中压和低压转子为单支撑结构，发电机转子和励端小轴为三支承结构，各转子间均用刚性联轴器连接，其轴系布置如见图1所示。
2.1振动现象机组自投入生产以来，发电机在整个冲转过程中，振动良好，无异常振动特征。
发电机在机组初定速以及初带负荷的时候，5号瓦、6号瓦振动均小于80μm且振动稳定；但随着机组负荷逐渐升高，5号瓦、6号瓦振动也随之升高，当机组升至满负荷时，5号瓦、6号瓦振动最大为150μm；当机组负荷下降时，5号、6号瓦振动也随之下降。
2.2可能导致发电机转子热不平衡振动的几种常见原因（1）冷却系统故障。
对于氢内冷发电机，通风孔是转子热交换的主要风路通道，通风孔变形、杂物堵塞等会引起通风孔通流面积减小，这将破坏冷却的对称性，使转子横截面的温度不对称，进而引起热弯曲。
该故障的特点是：随着氢温的升高，发电机转子的冷却效果会变差，但转子不对称冷却程度就相对減小，最终导致热不平衡振动减小。
（2）转子绕组匝间短路。
由于发电机短路，定子膛内被污染，没有被彻底清理的污染物可能会进入转子通风槽或其他部位，从而引起匝间短路。
（3）转子材质不均。
转子材质不均是指转子锻件的气隙、夹杂、鼓泡等使转子径向纤维组织不均匀，导致材料的物理特性存在各向异性。
这类问题通常由锻件生产和热处理过程中的缺陷引起。
转子系统的故障机理及诊断技术
第六章转子系统的故障机理及诊断技术第一节概述旋转机械的种类繁多，有发电机、汽轮机、离心式压缩机、水泵、通风机以及电动机等，这类机械的主要功能都是由旋转动作完成的，统称为机器。
旋转机械故障是指机器的功能失常，即其动态性能劣化，不符合技术要求。
例如，机器运行失稳，机器发生异常振动和噪声，机器的工作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、压力、流量异常等。
机器发生故障的原因不同，所生产的信息也不一样，根据机器特有的信息，可以对机器故障进行诊断。
但是，机器发生故障的原因往往不是单一的因素，特别是对于机械系统中的旋转机械故障，往往是多种故障因素耦合结果，所以对旋转机械进行故障诊断，必须进行全面的综合分析研究。
对旋转机械的故障诊断过程，类似于医生对患者的治疗。
医生基于病理需要向患者询问病、病史。
切脉（听诊）以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。
同样，对旋转机械的故障诊断，首先要求诊断者，在通过监测获取机器大量信息的基础上，基于机器的故障机理，从中提取故障特征，进行周密的分析。
例如，对于汽轮机、压缩机等流体旋转机械的异常振动和噪声，其振动信号从幅值域、频率域和时间域为诊断机器故障提供了重要的信息，然而它只是机器故障信息的一部分；而流体机械的负荷变化，以及介质的温度、压力和流量等，对机器的运行状态有重要的影响，往往是造成机器发生异常振动和运行失稳的重要因素。
因此，对旋转机械的故障诊断，应在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行工作状态等信息的基础上，通过信号分析和数据处理从中提取机器特有的故障征兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，作出符合实际的诊断结论，提出治理措施。
旋转机械的故障来源及其主要原因，见表6-1。
表6-1 旋转机械故障的来源及主要原因第二节转子振动的基本概念旋转机械的主要功能是由旋转动作完成的，转子是其主要的部件。
透平压缩机转子系统常见振动故障分析及处理
透平压缩机转子系统常见振动故障分析及处理【引言】透平压缩机在日常工作中经常处于高速转动的状态下，因此，在实际生产中最常的故障就是转子振动故障。
转子不平衡、对中不良、轴承故障、密封故障、轴向窜动等都会引发透平压缩机转子系统振动故障。
基于此，本文结合理论实践，对这些五个方面的故障原因和处理方式做了如下分析。
一.转子不平衡1. 故障分析转子不平衡是影响透平压缩机转子振动的主要因素之一，随着透平压缩机使用年限的增加，转子必然会发生不同程度的磨损、腐蚀等现象，从而破坏原来的平衡状态，如果不进行及时解决，就会发生不平衡振动，进而导致相关零件进一步损坏，影响透平压缩机运行效率和稳定性。
导致转子发生不平衡振动的主要原因体现在以下一个方面：1）转子安装精度不足，再加上使用磨损和腐蚀，导致误差加剧，从而引发不平衡振动；2）齿轮联轴器加工或者安装误差较大，没有达到设计标准；3）保养不当，导致转子发生不程度弯曲变形。
转子不平衡振动特征有以下几点：其一，转子不平衡振动的时域波接近正弦波；其二，谐波的能量主要集中在基频上，并产生较小的高次谐波。
2. 故障处理转子发生不平衡振动时可从以下两个方面进行处理：第一，先对转子相关零部件进行静平衡试验，再按照安装流程组装成转子，再次进行静平衡试验，确认无误后进行动平衡试验，根据试验结果调整转子的动平衡性，降低转子在运行中的不平衡量，避免在实际生产中产生离心力，进而扩大转子的稳定裕度，提升稳定性。
第二，加强净化效果，严格安装相关标准和规范进行操作。
二.对中不良1.故障分析透平压缩机转子对联轴器的转矩有很高的要求，但在具体安装过程中，如果安装误差控制不到位、基础发生不均匀沉降等，就会导致转子轴线之间发生不对中的问题。
主要原因有一下几点：1）找正顺序不合理，压缩机工作和启停时会发生热胀冷缩效应，增加变速机和压缩机的位置偏移，加剧不对中问题发生；2）压缩机在启动时电流比较大，会产生较大的瞬间扭力，从而导致电动机发生微量位移；3）联轴器安装精度不足【1】。
简述转子的不平衡振动机理
简述转子的不平衡振动机理
转子的不平衡振动是指转子在运转过程中由于质量分布不均匀而出现的振动现象。
其机理可以从以下几个方面来进行简述：
1. 不平衡力的产生：转子的不平衡振动是由于转子上的质量分布不均匀而产生的。
当转子旋转时，如果质量分布不均匀，就会产生一个往往与旋转速度成正比的不平衡力。
这个不平衡力会引起转子产生往复振动。
2. 不平衡力的作用：不平衡力会使得转子在运转过程中发生往复振动。
当不平衡力作用在转子上时，会使转子产生一个横向的振动力。
这个振动力会导致转子发生振动，从而引起转子轴承、支撑结构等部件的振动，甚至对整个机器造成影响。
3. 振动的原因：不平衡振动的产生原因包括转子本身的制造误差、装配误差以及运行过程中零部件的磨损、松动等。
这些因素都会导致转子质量分布的不均匀，从而产生不平衡振动。
4. 振动的影响：转子的不平衡振动会对机器的运行产生负面影响。
首先，它会导致机器产生噪音和震动，影响机器的正常工作和使用寿命。
其次，不平衡振动还可能引起机器的结构破坏，造成机器故障甚至事故发生。
为了减小或消除转子的不平衡振动，可以采取以下措施：
- 在制造过程中加强质量控制，确保转子的质量分布尽可能均匀。
- 在装配过程中进行动平衡操作，通过添加适量的补偿质量来平衡转子。
- 定期检查和维护机器，防止零部件的磨损和松动，避免不平衡振动的产生。
- 在机器运行过程中监测振动情况，及时采取相应的调整和修复措施。
以上是转子不平衡振动机理的简述。
转子系统的故障机理及其诊断技术
转子系统的故障机理及其诊断技术1概述旋转机械的种类繁多，有发电机、汽轮机、离心式压缩机、水泵、通风机以及电动机等等，这类机械的主要功能都是由旋转动作完成。
旋转机械故障是指机械的功能失常，即其动态性能恶化，不符合技术要求。
例如机械运行失稳，机械发生异常振动和噪声，机械的工作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、压力、流量异常等。
机械发生故障的原因不同，所产生的信息也不一样，根据机械特有的信息，可以对机械故障进展诊断。
但是机械发生故障的原因往往不是单一的因素，特别是对于机械系统中的旋转机械故障，往往是多种故障耦合结果，所发对旋转机械进展故障诊断，必须进展全面的综合分析研究。
旋转机械的主要功能是由旋转动作写成的，转子是最主要的部件。
旋转机械发生故障诊断的重要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅值域、频率域和时间域实时地反映了机器故障信息。
因此，了解与掌握转子系统在故障状态下的振动机理，对于监测机器的运行状态和提高故障诊断的准确度具有重要的理论意义和实际的工程价值。
2转子系统的故障机理2.1转子不平衡故障机理转子不平衡包括转子的质量偏心及转子部件出现缺损。
转子质量偏心是由于转子的制造误差、装配误差、材质不均匀等原因造成的,称此为初始不平衡。
转子部件缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢以及转子受疲劳力的作用,使转子的零部件(如叶轮、叶片等)局部损坏、脱落,碎块飞出等,造成的新的转子不平衡。
设转子的质量为M,偏心质量为m,偏心距为e,如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零,具有挠度为a,如图2.1所示。
由于偏心质量m和偏心距e的存在,当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两者兼而有之。
离心力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转速度有关,即。
众所周知,交变的力(方向、大小均周期性变化)会引起振动,这就是不平衡引起振动的原因。
转子转动一周,离心力方向改变一次,因此不平衡振动的频率与转速相一致。
汽轮机转子振动故障分析及诊断
汽轮机转子振动故障分析及诊断摘要：随着电力产业的发展，为提高热能效率，汽轮机的装机容量也日益增大，当前电力行业百万级以上汽轮机组已屡见不鲜。
装机容量的增加，对汽轮机转子的可靠性与安全性带来了严峻的考验。
汽轮机运行中转子的振动故障主要受中心不正、转子质量不均匀、汽流发生激烈振动、动静摩擦等影响。
本文对转子的振动故障进行归纳分析，并提供了对应的诊断方法。
关键词：汽轮机；转子运行；故障；诊断引言在目前电力生产中，汽轮机主要是把高温高压蒸汽的热能转化为转子的动能，带动发电机转子旋转做功，从而把动能转化为电能。
转子作为重要的转动设备，是电力生产中必不可少的机械设备。
汽轮机转子一旦出现异常和故障，轻则发生机组非停事件，严重时将造成重大设备的损坏，引起巨大的经济损失，甚至会造成人身伤亡事故。
所以转子的安全性、可靠性、适用性以及可维修性受到人们的关注，促使关于汽轮机转子振动故障机理分析与诊断技术飞速发展。
在汽轮机转子运行过程中，轴和轴瓦的振动、轴承的温度、润滑油的温度以及相关的热膨胀和轴向位移都将作为判断汽轮机转子工作状态的重要信号，更是影响转子设备运行安全与操作人员人身安全的因素，因此对汽轮机转子振动故障分析及诊断的研究工作迫在眉睫。
1 汽轮机转子振动故障类型1.1 中心不正中心不正极易引起轴承的强烈振动，机组启动前后的蒸汽参数波动可能会引起机组热膨胀不够或者热应力过大，造成机组振动；另外机组负荷的急剧波动，或者机组非计划停运过程中，也易引起转子出现歪斜，从而出现不科学的移位的现象，进而导致偏离现象严重，产生动静摩擦，造成机组振动。
汽轮机运行期间对主蒸汽参数有严格的规定，如果存在违反规程的现象，会造成转子膨胀不均匀，进而轴系不均，振动问题自然产生。
一般的轴承振动是因为热应力不均，汽缸膨胀不充分，油膜振荡，转子中心在安装过程中偏差等原因造成的。
1.2 转子质量不均匀转子质量不均匀直接对转子转动产生影响。
在实践经验总结中得知，转子出现热弯曲变形最为常见，蒸汽温度、压力严重超参数，导致自身热量过高，不能及时散热，从而产生应力变形。
转子大不平衡振动的研究
转子大不平衡振动的研究转子是现代机械制造中广泛应用的一种旋转部件，其在工业生产中扮演着重要的角色。
然而，由于制造材料、工艺等因素的影响，转子在运转过程中常常会出现不平衡振动的问题，严重时会导致设备损坏、生产事故等严重后果。
因此，对于转子大不平衡振动的研究和控制显得尤为重要。
二、转子不平衡振动的原因转子的不平衡振动是由于转子质量分布不均匀而引起的。
其主要原因包括以下几个方面：1. 制造误差：转子在制造过程中，由于设备精度、工艺控制等因素的影响，可能会导致转子质量分布不均匀。
2. 拼装误差：转子在拼装成整体时，由于人为因素或设备精度等原因，可能会使转子的质量分布不均匀。
3. 磨损：转子在运转过程中，由于磨损等原因，可能会导致转子质量分布不均匀。
4. 温度变化：转子在运转过程中，由于温度变化等原因，可能会导致转子材料的热膨胀系数发生变化，从而导致转子质量分布不均匀。
5. 磁性：转子在运转过程中，由于磁场等原因，可能会导致转子材料发生磁化，从而导致转子质量分布不均匀。
三、转子不平衡振动的危害转子的不平衡振动会给设备带来很大的危害，具体表现为以下几个方面：1. 设备损坏：转子的不平衡振动会导致设备的受力情况发生变化，从而加剧设备的磨损和损坏。
2. 生产事故：转子的不平衡振动可能会导致设备失控，从而引发生产事故，给企业带来严重的经济损失和社会影响。
3. 能源浪费：转子的不平衡振动会导致设备的能源消耗增加，从而浪费大量的能源资源。
4. 噪音污染：转子的不平衡振动会导致设备的噪音增加，从而给周围环境带来噪音污染。
四、转子不平衡振动的控制方法为了控制转子的不平衡振动，需要采取一系列有效的控制方法。
具体包括以下几个方面：1. 制造控制：在转子制造的过程中，需要严格控制制造精度和工艺控制，尽可能减少制造误差。
2. 检测控制：在转子拼装前，需要对转子进行精确的检测，以确保转子的质量分布均匀。
3. 平衡控制：对于已经出现不平衡振动的转子，需要进行平衡控制，使其质量分布均匀。
大型旋转机组常见振动故障的机理与诊断
第三节大型旋转机组常见振动故障的机理与诊断转动设备的振动故障的类型很多，以下主要是按照石化大机组、并根据振动激励源及机组刚度来进行分类说明的。
一、不平衡转子不平衡是旋转机械最常见的振动故障，发生概率占总故障率的1/3以上。
1. 不平衡的种类转子不平衡按发生过程可分为初始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡。
其中，初始不平衡是由于制造误差、装配误差、材质不均匀、动平衡不当等原因所造成的，其表现为初次开车时振动就较大；渐发性不平衡是由于介质对转子的不均匀性结垢、腐蚀、冲刷以及转子的磨损等原因所造成的，其表现为振动值随运行时间的延长而逐步缓慢参差增大；突发性不平衡是由于转子上零部件损坏后脱落或异物进入后卡死附着等原因所造成的，其表现为振动值突然显著增大后又有所降低在比原振动值高的一个新的水平上。
转子的不平衡又可细分为静失衡、偶失衡、准静失衡、动失衡四种情况。
右图(a)为静失衡，重心线平行偏离轴线；图(b)为偶失衡，重心线与轴线相交于重心；图(c)为准静失衡，重心线与轴线在重心外相交；图(d)为动失衡，重心线与轴线在空间上没有交点。
实际转子绝大多数为既存在静失衡、又存在偶失衡的动失衡，即动不平衡。
2. 不平衡振动的机理产生不平衡振动的根本原因是转子的重心线偏离轴线，即转子质量对轴心线成不均匀分布。
也就是说，转子的质心与转子的几何轴心并不重合，存在着一个偏心距e，转子转动时偏心距e将会产生离心力、离心力矩或两者兼而有之。
转子每旋转一周，偏心距的方向随着变化一次，离心力的方向也就循环变化一次，转子在此交变循环离心力的作用下便产生了振动；而且，不平衡振动的频率与转速相一致，振动值的大小与转速相关。
3. 不平衡故障的诊断3.1 信号特征①通频时域波形图为近似的等幅正弦波；②频谱图上，工频为主，其它频率成分相对较小；③轴心轨迹图为一个稳定的、长短轴相差不大的椭圆；④转速一定时，相位稳定；⑤全息谱图上，工频的椭圆较大、较圆，其它成分均相对较小；⑥工频趋势图上，初始不平衡时初次开车后振动值就大，渐发性不平衡时振动值逐步参差缓慢增大（其间有时可能有所降低）、相位同时产生较小的相应变化，突发性不平衡时振幅突然显著增大、相位也同时突变；⑦转子的涡动为同步正进动；⑧旋转方向上（径向）各点的振动存在有相位差；⑨支承转子的两个轴承同一方向上测点的振动相位，纯静失衡时为同相，纯偶失衡时为反相，动失衡时存在着0°～180°之间的相位差；⑩转子外伸段不平衡时会同时产生较大的轴向振动，支承转子的两轴承的轴向振动相位相同；3.2 方向性由于不平衡振动是由离心惯性力所引起的横向振动，因此径向振动大。
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转子故障振动机理分析
转子故障引起振动有许多形式, 现对其中的几个典型振动故障产生的原因及其对应的振动机理进行如下分析:
1.转子不平衡故障及振动机理分析
转子不平衡包括转子系统的质量偏心及转子部件出现缺陷;转子质量偏心是由于转子的制造误差、装配误差、材料不均匀等原因造成的，称为初始不平衡。
转子部件缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢以及转子受疲劳力的作用，使转子的零部件（如叶轮、叶片等）局部损坏、脱落、碎片飞出等，造成的新的转子不平衡。
转子质量偏心及转子部件缺损是两种不同的故障，但其不平衡振动机理却有共同之处。
振动机理分析:旋转过程中,转子产生不平衡离心力与力矩通过支承点作用在轴及轴承上,引起振动.设转子质量为M（包括偏心质量m），偏心距e，旋转角频率w=2
f（v f为
v
转动频率），在t瞬时位移在直角坐标系分量x，y，如图6-3所示，则可得转子中心运动微分方程为
图6-3 转子力学模型
则有
以上几式中的K可以近似简化为机器的安装总刚度，M为机器的总质量，为K和M构成的振动体的无阻尼固有频率。
为无量纲阻尼因子，它的取值不同，会影响到系统
的响应，是激励频率与固有频率之比，也是无量纲因子。
根据上式，按不同的频率比和阻尼系数的变化，作出幅频响应图及相频响应图，如下图所示：
图6-4 幅频响应图及相频响应图
转子不平衡所引起振动有下列特点:振动方向为径向,振动的特征频率等于转频;转子的轴承均发生较大的振动;在转子通过临界转速时振幅有特别显著的增大;在高速下随转轴转速上升振动很快增大;振动频率与转速相等且为正弦波;在没有带负荷时振动就达到最大值.
2.转子不对中故障振动机理分析
机组各转子之间由联轴器联接构成轴系，传递运动和转动。
由于机器的安装误差、承载后的变形以及机器基础的沉降不均等，造成机器工作状态时各转子轴线之间产生轴线平
行位移、轴线角度位移或综合位移等对中变化误差，统称为转子不对中。
转子系统机械故障的60％是由不对中引起的。
具有不对中故障的转子系统在其运转过程中将产生一系列有害设备的动态效应，如引起机器联轴器偏转、轴承早期损坏、油膜失稳和轴的挠曲变形等，导致机器发生异常振动，危害极大。
转子不对中引起的振动有下列特点: 振动方向为径向和轴向, 振动的特征频率是2倍的转频, 常伴频率是1倍到3倍的转频;振动随转速变化而发生明显变化,且转速越快,振动越大; 随机器负荷增加，振动增大，对环境温度变化敏感; 转子轴向振动较大，联轴器相邻轴承处振动较大.
3.转子弯曲故障振动机理分析
转子弯曲包括转子弓形弯曲和临时性弯曲两种故障。
转子弓形弯曲是指转子轴呈弓形，它是由于转轴结构不合理、制造误差大、材料不均匀、转子长期存放不当等，发生永久弯曲变形或是由于热态停机时未及时盘车、热稳定性差、长期运行后转轴自然弯曲加大等原因造成的。
转子临时性弯曲是指转子的转轴有较大预负荷、开机运行时暖机不足、升速过快、加载太大、转轴热变形不均匀等原因造成的。
转轴弓形弯曲与转轴临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同。
振动机理分析:旋转轴弯曲时，由于弯曲所产生的力和转子不平衡所产生的力相位不同，两者之间相互作用有所抵消，转轴的振幅将在某个速度下减小。
当弯曲的作用小于不平衡时，振幅的减小发生在临界转速以下；当弯曲的作用大于不平衡时，振幅的减小就发生在临界转速以上。
转子无论发生在弓形弯曲还是临时性弯曲，它都要产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力，同时在轴向发生与角频率相等的振动。
这两种故障的机理与转子质量偏心相同。
转子弓形弯曲引起的振动有下列特点: 振动方向为径向和轴向, 振动的特征频率为转频, 常伴频率为2倍转频; 振动随转速变化而发生明显变化; 振动随负荷变化无明显变化; 转速增加时, 低速阶段振幅较大，刚性转子两端相位差为180度. 转子临时性弯曲引起的振动有下列特点: 振动方向为径向和轴向, 振动的特征频率为转频; 振动随转速变化而发生明显变化; 振动随负荷变化无明显变化; 升速过程振幅大，往往不能正常启动.
4.转子碰摩故障振动机理分析
转子碰摩故障主要指转子和静子的碰磨,其由转子与定子偏心、转子对中不良、转子动挠度大、发动机运行时热膨胀不均匀、转子位移造成的,轻则磨损叶片和静子，重则打坏叶片，造成事故。
因此，必须了解转子碰摩激振的故障特征，以便及时做出诊断，防止事故发生。
转子碰摩引起的振动有下列特点: 振动方向为径向，振动特征频率是高次谐波、低次谐波、组合谐波，常伴频率为转频，振动相位特征为反向位移、跳动、突变；振动随转速变化无明显变化; 振动随负荷变化无明显变化; 时域波形严重削波。
5. 意义
了解转子故障的产生及振动机理有着非常重要的意义，具体可以归纳如下几个方面：运用到转子故障诊断中，便于及时发现故障的早期征兆，以便采取相应的措施，避免，减缓，减少重大事故的发生；通过对设备转子异常运行状态的分析，可以在一定程度上揭示故障的原因，程度，部位，为设备的在线调理，停机检修提供科学依据，延长运行周期，降低维修费用；可充分地了解设备性能，为改进设计，制造与维修水平提供有力证据。
6.总结
本文对几种典型的转子故障及振动机理进行了浅显的分析，着重分析了转子不平衡故障及振动机理，因个人能力水平有限和时间限制等诸多因素，文章还存在许多不足，望老师批阅指正，将其完善。