機組運行中大軸彎曲的原因、特征及診斷方法

對于大型機組轉子彎曲是一個復雜的問題，其多與溫度相關。正在運行的轉子可能存在周圍溫度分布不均的情況，其原因可能是發電機和電動機繞組受熱不均、發電機線圈短路及感應電動機的轉子銅條斷路或轉子鐵心短路，也有可能是局部摩擦生熱或油膜軸承受熱不均所致。

受熱不均使轉子在熱側產生熱膨脹，并朝這一側彎曲。這通常是臨時性彎曲，隨著受熱不均的消失而不復存在。但如果摩擦劇烈且集中，則在出現摩擦的區域內，摩擦生熱可導致材料在壓應力的作用下屈服。轉子冷卻時，局部永久塑性變形會使轉子在此區域內略有變短，而在與摩擦方向相反的方向萬形成永久性彎曲。

1、在熱彎曲的眾多原因中摩擦最為常見

在機組運行中摩擦可能產生熱點并使轉子彎曲。若有一臺恒速轉動的轉子，此時，軸每轉一次在同一位置產生一次摩擦，接觸區域內的摩擦會使局部受熱并產生熱點。轉子隨后會朝著熱點彎曲，造成轉子系統出現新的不平衡。這種新的不平衡與原有不平衡以矢量方式相加，如果總體不平衡度升高，摩擦將會持續下去。出現這種情況時，1X振動響應矢量有可能反向于轉動方向作往復運動隨著該循環不斷往復，1X響應矢量在與旋轉相反的方向上緩慢轉動。完成一次循環可能耗時幾分鐘至數小時。

如果高點與重點之間明顯反相，則熱彎曲會減小總體不平衡度和振動響應，摩擦接觸可能周期性消失或再次出現。如果接觸點碰巧超前于重點，產生的熱彎曲往往會在朝前方向上平移振動矢量。

2、熱彎曲的另一來源是滑動軸承油膜厚度不均所致轉子受熱不均

流體動力學軸承的軸頸通常在平均偏心率0.6～0.8的條件下工作，但動態運動會在平均位置周圍產生轉跡。對于較大的1X響應，軸頸高點的通過位置比軸頸另一側的通過位置更接近于軸承壁。在懸臂式壓縮機內，現已知這種彎曲可使1X矢量產生緩慢的正向運動。    

出現熱彎曲是因為油膜摩擦力與油膜中的速度梯度成比例。隨著軸頸高點表面逐漸靠近軸承壁，油膜會變得非常薄，軸頸表面與軸承壁之間的速度梯度變大，進而產生更多的熱量。旋轉半轉后，軸頸“低點“靠近軸承壁，但此時轉子中心線位于軌跡的相反一側，所以瞬時偏心率更小，熱量輸入更少。

因此，軸頸高點遇到的熱量輸人(來自油膜摩擦)多于相反一側。此過程在軸頸兩側之間產生溫度梯度。不均勻熱膨脹可產生一種臨時性彎曲，進而可在裝有懸臂式轉子或耦合力矩較大的機器內產生高振幅循環性1X振動。

3、冷卻不均，導致受熱不均和熱彎曲。

冷卻氣流中含有輕度的不對稱性，會導致熱彎曲，致使1X振動增強。發電機轉子還會隨時間逐漸磨損，因為循環往復開機和關機會使內部零件錯位，出現這種情況時，冷卻通路可能部分或完全堵塞，致使轉子的溫度分布發生變化。因此在工作一段時間后，發電機轉子可能需要重新調整平衡。

4、由于操作或其他原因造成蒸汽含水

這種情況使轉子和外殼表面的冷卻都出現劇烈變化，該情況一般出現在高壓和中壓轉子上。發生此類事件會立即導致轉子臨時性彎曲，然后發生劇烈摩擦，致使轉子表面局部受熱導致轉子彎曲變得更嚴重，且隨后變得對溫度非常敏感，因為轉子的熱屬性已變成各向異性。

5、轉子彎曲診斷

轉子彎曲是一種故障，可產生與不平衡極其類似的1X振動行為。轉子彎曲主要通過慢滾動速度時存在的1X振動加以識別。其與不平衡不同的是，彎曲在慢滾動時會產生劇烈的正向1X響應。遠超過共振轉速時，彎曲響應變小，大多數殘余1X振動都是由不平衡所致。    

轉子熱彎曲即然多由摩擦引起，所以與負荷直接相關，一般情況下隨著負荷的增長，摩擦會加劇，軸的彎曲程度也加劇，振動自然也就越大。一旦振動增大后快速降負荷或停機振動并不立即較小，而是有一定的時間滯后。

轉子發生熱彎曲后停機惰走時在相同轉速下轉子的工頻相位可能不重合，惰走停機時在低轉速下轉軸晃度較大。

電方面的原因引起的發電機受熱不均的熱彎曲而引起的振動。勵磁電流變化后，振動逐漸變化，一段時間后才能穩定下來，振動變化滯后于勵磁電流變化。這種現象說明振動主要是由于熱變形引起的。可能的原因有：匝間短路誘發的轉子部件非對稱熱變形，通風孔堵塞、冷卻水量不均勻等誘發的轉子冷卻不均勻以及部件松動或膨脹受阻等。

當發電機轉軸存在不對稱冷卻時，發電機轉子會發生熱彎曲，引起振動增大。因此通過改變冷卻介質的溫度可以判斷有無不對稱冷卻。對于水冷發電機可采用改變冷卻水溫試驗，而對于氫冷發電機可采用改變冷卻氫溫試驗，觀察其變化對振動發展的影響。通常在存在不對稱冷卻故障時，冷卻介質溫度越高，振動越小。

（來源：振動診斷與 轉子平衡）