振動(dòng)故障診斷這一名稱國(guó)外早在40多年前就已提出，但由于當(dāng)時(shí)測(cè)試技術(shù)和振動(dòng)故障特征知識(shí)的不足，所以這項(xiàng)技術(shù)在70年代前未有明顯發(fā)展。我國(guó)提出振動(dòng)故障診斷也有20多年的歷史，由于國(guó)內(nèi)機(jī)組振動(dòng)的特殊性，因而在振動(dòng)故障診斷方法，故障機(jī)理研究方面，具有獨(dú)特的見(jiàn)解，經(jīng)過(guò)40多年現(xiàn)場(chǎng)故障診斷的實(shí)踐，在機(jī)組振動(dòng)故障特征方面我們積累了豐富的知識(shí)，已扭轉(zhuǎn)了振動(dòng)故障原因難于查明的局面。
故障診斷從目的來(lái)分，可分為在線診斷和離線診斷， 前者是對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)組振動(dòng)故障原因作出粗線條的診斷，以便運(yùn)行人員作出糾正性操作，防止事故擴(kuò)大，因此診斷時(shí)間上要求很緊迫，目前采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，故又稱自動(dòng)診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是專家經(jīng)驗(yàn)， 但是如何將分散的專家經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)化和條理化，變成計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言，是目前國(guó)內(nèi)外許多專家正在研究的一個(gè)問(wèn)題，因此不能將這種診斷系統(tǒng)誤解為能替代振動(dòng)專家，即使將來(lái)，也是振動(dòng)專家設(shè)計(jì)和制造診斷系統(tǒng)，為缺乏振動(dòng)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行人員服務(wù)， 而不是替代振動(dòng)專家的作用。
離線診斷是為了消除振動(dòng)故障而進(jìn)行的診斷，這種診斷在時(shí)間要求上不那么緊迫，可以將振動(dòng)信號(hào)、數(shù)據(jù)拿出現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行仔細(xì)地分析，討論或模擬試驗(yàn)，因此稱它為離線診斷。在故障診斷深入程度上要比在線診斷具體得多，因此難度大，本章要討論的是離線故障診斷技術(shù)。
第一節(jié) 機(jī)組振動(dòng)故障診斷的思路和方法
2.1.1直觀尋找振動(dòng)故障
2.1.1.1振動(dòng)故障直觀可見(jiàn)性
由于是采用肉眼或一般的測(cè)量直觀去尋找，因此能找到的振動(dòng)故障必然是直觀可見(jiàn)的故障，例如軸承座松動(dòng)、臺(tái)板接觸不好、轉(zhuǎn)子上存在自由活動(dòng)部件等，對(duì)于直觀不能發(fā)現(xiàn)的故障，例如轉(zhuǎn)子不平衡，系統(tǒng)共振，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱彎曲等故障，即使多次尋找，也無(wú)法查明。
2.1.1.2發(fā)現(xiàn)故障的偶然性
即使對(duì)于直觀可見(jiàn)的故障，也不是通過(guò)1—2次解體檢查就能發(fā)現(xiàn)的，這是由于尋找本身帶有較大的盲目性，因此能發(fā)現(xiàn)故障往往帶有較大的偶然性，例如某廠一臺(tái)國(guó)產(chǎn)100MW機(jī)組，新機(jī)啟動(dòng)發(fā)生發(fā)生2、3瓦振動(dòng)大，經(jīng)兩次揭缸檢查，都未能找到故障原因，而且經(jīng)多次啟停觀察振動(dòng)，都不能解說(shuō)其故障原因，正在一籌莫展之際，一個(gè)運(yùn)行人員無(wú)意間用聽(tīng)棒在2、3瓦之間聽(tīng)到異音，再次揭缸才發(fā)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子4公斤重的中心孔堵頭脫落掉在波形節(jié)聯(lián)軸器內(nèi)。
2.1.1.3設(shè)備結(jié)構(gòu)和故障機(jī)理的復(fù)雜性
顯然對(duì)于結(jié)構(gòu)和故障機(jī)理簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)機(jī)械，例如風(fēng)機(jī)、水泵、一般電動(dòng)機(jī)等，采用解體直觀尋找振動(dòng)故障成功率較高，但是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是大型汽輪發(fā)電機(jī)組，不僅零部件大而多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且引起振動(dòng)的機(jī)理也很復(fù)雜，一次解體尋找振動(dòng)故障不可能對(duì)機(jī)組每一個(gè)部件都做仔細(xì)檢查，即使是直觀可見(jiàn)的振動(dòng)故障，在一次解體尋找中也未必能發(fā)現(xiàn)，因此直觀尋找在大機(jī)組上成功率往往是很低的。
2.1.2振動(dòng)原因分析尋找
2.1.3振動(dòng)故障診斷
故障診斷與上述查明故障的方法最大區(qū)別是擺脫了振動(dòng)故障以眼見(jiàn)為實(shí)的局限性，它是采用演繹推理的方法，以故障特征為基礎(chǔ)，與振動(dòng)特征進(jìn)行比較、分析，或采用逐個(gè)排除的方法，對(duì)振動(dòng)性質(zhì)、故障原因和具體部件作出判斷。
2.1.3.1反向推理
反向推理也稱目標(biāo)直接推理，它是依據(jù)振動(dòng)特征反推出振動(dòng)故障原因，因此稱它反向推理。在推理過(guò)程中只與單一的目標(biāo)有關(guān)，當(dāng)振動(dòng)特征與故障特征符合時(shí)，即可做出診斷。
故障特征是指前人或個(gè)人在以往工作中經(jīng)歸納總結(jié)得到具體的、明確的故障所呈現(xiàn)的振動(dòng)現(xiàn)象和特點(diǎn)；振動(dòng)特征是指要診斷的機(jī)組振動(dòng)，經(jīng)調(diào)查、測(cè)試、分析后歸納得出的振動(dòng)現(xiàn)象和征兆。例如柔性轉(zhuǎn)子存在一階不平衡，在一階臨界轉(zhuǎn)速下軸承或轉(zhuǎn)軸振動(dòng)必然會(huì)呈現(xiàn)顯著峰值，則其故障特征是轉(zhuǎn)子一階不平衡，在一階臨界轉(zhuǎn)速下發(fā)生強(qiáng)烈震動(dòng)，則啟動(dòng)中一階臨界轉(zhuǎn)速下強(qiáng)烈振動(dòng)即為振動(dòng)特征，若采用反向推理，即可做出該機(jī)組一階臨界轉(zhuǎn)速下，強(qiáng)烈振動(dòng)故障原因是轉(zhuǎn)子存在一階不平衡的診斷。
使用反向推理不需要了解故障范圍，而只要對(duì)有關(guān)的故障特征有所了解，即可進(jìn)行診斷，因此目前國(guó)內(nèi)這種診斷方法應(yīng)用相當(dāng)廣泛，而且國(guó)內(nèi)外在線診斷目前主要也是采用這種推理方法。由于反向推理診斷故障容易掌握，所以目前已獲得廣泛應(yīng)用，但是在實(shí)際診斷振動(dòng)故障時(shí)往往會(huì)發(fā)生下列弊病。
1.診斷結(jié)果不肯定
機(jī)組絕大多數(shù)振動(dòng)故障特征有多方面的反映，不同的故障其特征存在著顯著的交叉，例如轉(zhuǎn)子不平衡過(guò)大，引起的是基頻振動(dòng)過(guò)大；同樣支撐動(dòng)剛度不足，軸系連接同心度、平直度偏差等故障，也是基頻振動(dòng)過(guò)大，也就是說(shuō)故障和特征之間不是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是多重交叉關(guān)系，而且一種故障在特征上有多方面的反映，就拿最簡(jiǎn)單的振動(dòng)故障轉(zhuǎn)子不平衡來(lái)說(shuō)，它可以在升速過(guò)程中發(fā)生振動(dòng)過(guò)大，但也有不大的，而只是在工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)大；有時(shí)則相反。從而依據(jù)振動(dòng)特征反推故障，必然會(huì)得出幾種不肯定的診斷結(jié)果，這就是目前一般都習(xí)慣采用的：可能是某種原因，或大概是某種原因。得出這種不肯定的診斷結(jié)果，從方法上來(lái)說(shuō)是采用了反向推理的必然結(jié)果。但從主觀上來(lái)說(shuō)，做出這種診斷是事先給自己留好退路，因此嚴(yán)格的說(shuō)，這是一種不負(fù)責(zé)任的診斷。
2.產(chǎn)生漏診斷和誤診斷
由于故障和特征之間不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，一種故障在特征上有多重反映，不同的故障特征相互交叉等原因，在診斷的反向推理過(guò)程中，不僅可能會(huì)得出錯(cuò)誤的診斷，而且還會(huì)漏掉真正引起振動(dòng)的故障。出現(xiàn)漏診斷和誤診斷幾率雖然與本人對(duì)故障特征和振動(dòng)特征認(rèn)識(shí)廣度和深度直接有關(guān)，但從診斷方法來(lái)說(shuō)這種現(xiàn)象是難于避免的。
目前在實(shí)際振動(dòng)故障診斷中,為了避免漏診斷，往往采取不惜誤診斷的一種錯(cuò)誤做法，將一臺(tái)機(jī)組振動(dòng)說(shuō)成是多種故障原因的綜合反映，為此對(duì)一臺(tái)機(jī)組振動(dòng)故障診斷往往提出4-5個(gè)或更多的可能原因，而且各個(gè)原因之間往往互不相干。但現(xiàn)場(chǎng)絕大部分實(shí)際機(jī)組振動(dòng)的故障原因是1-2個(gè)，而且這些故障原因是相互密切相關(guān)的。
由現(xiàn)場(chǎng)消振經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)故障診斷準(zhǔn)確率為20％-30％時(shí)，雖然有一定的參考價(jià)值，但它的誤導(dǎo)作用影響太大，會(huì)對(duì)消振帶來(lái)極為不利的影響。
所謂故障診斷準(zhǔn)確率，是指實(shí)際故障與診斷故障的符合程度，例如實(shí)際故障是一個(gè)，診斷出三個(gè)可能原因，其中一個(gè)符合，則其準(zhǔn)確率為33%；又如實(shí)際故障是兩個(gè)，診斷出三個(gè)，但一個(gè)也不符合，其準(zhǔn)確率為零。
振動(dòng)故障診斷的實(shí)際價(jià)值是用來(lái)指導(dǎo)消振工作，因此故障診斷應(yīng)在消振之前作出，但目前在一些文獻(xiàn)中見(jiàn)到的振動(dòng)故障診斷，實(shí)際是在消振之后作出的，這種總結(jié)分析對(duì)于提高今后故障診斷的認(rèn)識(shí)是有必要的，但是對(duì)于消除這臺(tái)機(jī)組的振動(dòng)來(lái)說(shuō)，已是多余的了。從這些資料統(tǒng)計(jì)來(lái)看，其診斷的準(zhǔn)確率大部分為30%左右，有些更低。如果拿當(dāng)時(shí)的原始診斷來(lái)說(shuō)，其準(zhǔn)確率遠(yuǎn)低于30%。
2.1.3.2 正向推理
使用正向推理診斷故障的前提，是振動(dòng)故障范圍必須明確，具體推理方法是在能夠引起機(jī)組振動(dòng)的全部原因（稱故障總目錄）中與實(shí)際機(jī)組存在的振動(dòng)特征、故障歷史、進(jìn)行搜索、比較、分析、采取逐個(gè)排除的方法剩下不能排除的故障即為診斷結(jié)果--某種故障不能排除。這一診斷結(jié)果包含兩層含義，一層是當(dāng)只有一個(gè)故障不能排除時(shí)，它是引起振動(dòng)故障的原因；另一層含義是當(dāng)還剩下兩個(gè)以上故障不能排除時(shí)，這些故障都是振動(dòng)的可能原因，需要進(jìn)一步做工作，排除其中無(wú)關(guān)的故障。
顯然正向推理在排除和不能排除的故障比較中，也采用了反向推理，但是這種反向推理是在故障范圍明確的前提下采用排除方法，因此思維方式上要比反向推理得直接診斷故障起來(lái)嚴(yán)密的多，由此可以獲得很高的診斷嚴(yán)密性和診斷的準(zhǔn)確率，基本上可以避免采用反向推理診斷故障所出現(xiàn)的陋診斷和誤診斷的結(jié)果，但是要取得較高的診斷準(zhǔn)確率和肯定的診斷結(jié)果，應(yīng)掌握以下要點(diǎn)。
1.振動(dòng)故障范圍
這是采正向推理的大前提，在數(shù)學(xué)上稱作邊界條件，應(yīng)明確，對(duì)機(jī)組振動(dòng)故障診斷來(lái)說(shuō)，應(yīng)明確機(jī)組振動(dòng)到底存在哪些故障及其相應(yīng)特征，這顯然是一個(gè)非常復(fù)雜和涉及面很廣的問(wèn)題，而且即使列全了機(jī)組振動(dòng)的所有故障及其特征，在實(shí)際診斷時(shí)如何查找和記住這些特征，也將十分困難，況且前人還沒(méi)有提供這些資料，所以在以往故障診斷中沒(méi)有采用正向推理的。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)40多年故障診斷的實(shí)踐、總結(jié)、歸納，目前已經(jīng)明確了機(jī)組振動(dòng)故障總目錄、分目錄及其相應(yīng)的故障特征，為使診斷方便和實(shí)用，對(duì)于這些振動(dòng)故障分類方法也進(jìn)行較深入的研究。機(jī)組振動(dòng)故障總目錄、各類故障分目錄及其特征、分類方法，這是本章討論的主要內(nèi)容，為采用正向推理診斷故障奠定了基礎(chǔ)。
2.分層次診斷
在正向推理中采用分層次是能獲得嚴(yán)密和可靠診斷的一種有效思維方式。所謂分層次，具體是指先大范圍，后小范圍，再具體到某一種故障和某一個(gè)部件。大范圍故障劃分方法見(jiàn)本章第二、三兩節(jié)，小范圍和具體故障劃分方法見(jiàn)本章第四至十六節(jié)。在每一層次上診斷首先要明確這一層的故障范圍及其相應(yīng)的故障特征、機(jī)理，在對(duì)機(jī)組振動(dòng)特征已全面和深入了解的基礎(chǔ)上，做嚴(yán)密推理，才能獲得可靠和肯定的診斷。
3.故障特征和故障機(jī)理
直觀尋找和分析尋找振動(dòng)故障的基礎(chǔ)，是眼見(jiàn)為實(shí)；推理診斷振動(dòng)故障的基礎(chǔ)是故障特征和故障機(jī)理，前者是直觀可見(jiàn)的，后者是抽象的。
上述已經(jīng)指出，由于故障和特征之間不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，不同的故障特征的相互交叉，造成反向推理診斷結(jié)果不肯定和誤診斷，克服這一缺點(diǎn)的有效措施，一是采用正向推理；二是明了故障機(jī)理，通過(guò)故障機(jī)理的分析，若不能解說(shuō)故障特征多重性和相互的交叉現(xiàn)象及故障形成史，也可排除特征相似但實(shí)際與發(fā)生振動(dòng)無(wú)關(guān)的故障。若是同時(shí)存在兩個(gè)以上故障時(shí)，應(yīng)說(shuō)明各個(gè)故障之間的相互關(guān)系，及各個(gè)故障在振動(dòng)中所占的相對(duì)量值，這樣才能保證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，以及消振對(duì)策切實(shí)有效。為此本章在介紹各種故障特征的同時(shí)，還著重闡述了故障機(jī)理。
4.振動(dòng)特征和振動(dòng)機(jī)理
如果說(shuō)掌握故障特征和故障機(jī)理是獲得正確診斷結(jié)果的先決條件，那么正確獲取機(jī)組振動(dòng)特征和振動(dòng)機(jī)理，是獲取準(zhǔn)確必要條件，若采用正向推理，首先應(yīng)全面地獲取振動(dòng)特征及其歷史，查明振動(dòng)機(jī)理，只有這樣才能排除所有的無(wú)關(guān)故障，獲得肯定的診斷，本章將具體介紹如何盡快地、正確地獲取機(jī)組振動(dòng)特征的方法和經(jīng)驗(yàn)，這是采用正向推理的依據(jù)。在偏離振動(dòng)特征，或在不可靠的振動(dòng)特征基礎(chǔ)上所做的推理，只能是直觀想像憑空的推測(cè)，不能稱為故障診斷。正確具體的推理步驟的歸納，可參考本章第十七節(jié)診斷實(shí)例一至四。
這里應(yīng)說(shuō)明，在目前振動(dòng)故障診斷中，常常將某些與振動(dòng)特征不符的故障首先排除，這種排除法從形式上來(lái)說(shuō)與正向推理中逐個(gè)排除故障的方法相似，但它是在故障范圍沒(méi)有確定的前提下所做的推理，診斷的結(jié)果只能縮小懷疑面，而最終仍不能獲得肯定的診斷結(jié)果，因此仍屬反向推理范疇。
2.1.4 目前振動(dòng)故障診斷準(zhǔn)確率低的原因
我國(guó)振動(dòng)故障診斷早在1982年已提出，是各種故障診斷中最早提出的，至今雖然只有十多年的歷史，但在全國(guó)各地已得到了不同程度的普及。不過(guò)前面已經(jīng)指出，其故障診斷的準(zhǔn)確率還是很低的。下面進(jìn)一步討論目前故障診斷準(zhǔn)確率低的主要原因。
2.1.4.1 注意力集中在直觀可見(jiàn)故障上
機(jī)組一旦發(fā)生振動(dòng)，盡管還沒(méi)有開(kāi)始尋找振動(dòng)故障，但往往將注意力集中到機(jī)組已發(fā)現(xiàn)的一些故障上，實(shí)際上這些可見(jiàn)故障有些與振動(dòng)有關(guān)，有些與振動(dòng)無(wú)關(guān)，而且引起振動(dòng)的真正故障原因可能還未發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)到，因?yàn)橐鹫駝?dòng)的許多故障一般是十分隱蔽的、直觀是不能見(jiàn)到的，因此把診斷故障的注意力首先集中在機(jī)組已呈現(xiàn)的一些故障上，盡管對(duì)這些已見(jiàn)故障特征和機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象也進(jìn)行了對(duì)比分析，但嚴(yán)格地說(shuō)這不能稱作故障診斷，而應(yīng)是分析尋找故障，其準(zhǔn)確率顯然不會(huì)高。
2.1.4.2 習(xí)慣于反向推理
早先由于對(duì)故障特征廣度和深度了解較少以及振動(dòng)故障范圍不明確，因此只能使用反向推理，在今天對(duì)于大多數(shù)初涉及故障診斷的人來(lái)說(shuō)往往也是從反向推理開(kāi)始，久而久之形成習(xí)慣，而且長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于故障診斷方法本身沒(méi)有引起普遍的關(guān)注，因而加深了這種傳統(tǒng)做法的發(fā)展和延伸。
上述已經(jīng)指出，反向推理不僅診斷結(jié)果不肯定，而且還存在誤診斷和漏診斷的可能，怕漏診斷，又采用不怕誤診斷的錯(cuò)誤做法，這種診斷方法和做法直接決定了不可能獲得高的診斷準(zhǔn)確率。
2.1.4.3 對(duì)掌握機(jī)組振動(dòng)故障范圍、故障特征和機(jī)理的重要性認(rèn)識(shí)不足
目前振動(dòng)故障診斷準(zhǔn)確率不高，除受傳統(tǒng)影響和反向推理影響外，還有一個(gè)重要原因是對(duì)于掌握機(jī)組故障范圍、故障特征及機(jī)理的重要性未能引起充分的重視，所以當(dāng)遇到機(jī)組振動(dòng)時(shí)，主要憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣做法去處理，例如空負(fù)荷下發(fā)生振動(dòng)，首先想到的是機(jī)組中心、軸瓦工作及緊力；帶負(fù)荷后發(fā)生振動(dòng)，想到的是汽缸膨脹、軸系統(tǒng)熱態(tài)對(duì)中，但對(duì)于這些振動(dòng)的故障范圍、故障特征及機(jī)理，卻很少認(rèn)真研究，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因一方面是受傳統(tǒng)習(xí)慣的影響，另一方面是受不確切的故障特征的誤導(dǎo)，例如一些教科書(shū)和文獻(xiàn)指出，存在2x（兩倍轉(zhuǎn)子工作頻率）振動(dòng)分量，是轉(zhuǎn)子不對(duì)中，在這里既沒(méi)有給出量值，也沒(méi)有指出在什么故障范圍內(nèi)、應(yīng)排除特征的影響下，不僅對(duì)一般工程師會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)得出錯(cuò)誤的診斷，而且對(duì)從事振動(dòng)專業(yè)工作多年的工程師，也會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，給消振帶來(lái)嚴(yán)重不利的影響，詳見(jiàn)本章十七節(jié)， 診斷實(shí)例一、二。
接受誤導(dǎo)的主觀原因，是對(duì)于故障診斷方法、機(jī)組振動(dòng)故障范圍、故障特征及機(jī)理了解不夠，因而對(duì)不確切的故障特征和經(jīng)驗(yàn)缺乏分辨能力。
第二節(jié) 機(jī)組振動(dòng)分類
第一節(jié)已經(jīng)指出，為了獲得較高的診斷準(zhǔn)確率，應(yīng)采用正向推理。使用正向推理必須明確振動(dòng)故障范圍，換句話說(shuō)，采用正向推理診斷振動(dòng)故障首先應(yīng)明確引起汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)，到底有哪些故障原因，為了搞清這個(gè)問(wèn)題，前人已經(jīng)做了較多的研究，并企圖列出更多、更全的振動(dòng)故障原因， 因此機(jī)組振動(dòng)故障劃分，從早期按零部件，例如軸承、轉(zhuǎn)子、汽缸、管道、基礎(chǔ)等部件振動(dòng)進(jìn)行劃分；發(fā)展到目前采用故障源，例如轉(zhuǎn)子不平衡、機(jī)組中心不正、軸瓦不穩(wěn)定、機(jī)械松動(dòng)、共振等故障來(lái)劃分；另外，也曾采用過(guò)振動(dòng)頻率來(lái)劃分。
經(jīng)多年研究后發(fā)現(xiàn)，按這些方法劃分故障，根本無(wú)法列全機(jī)組振動(dòng)所有的故障， 一般只能列出常見(jiàn)的、主要的故障，但是即使列出了這些主要的故障，也會(huì)由于其特征的多重性和相互交叉，而無(wú)法進(jìn)行再分類，按這種分類診斷振動(dòng)故障，實(shí)際是在繁雜無(wú)章的許多故障中，以振動(dòng)特征去對(duì)照尋找相似特征的故障，在這種情況下要獲得可靠的、正確的診斷， 顯然是十分困難的。
經(jīng)多年的研究和不斷的改進(jìn)，當(dāng)今彩的分類方法見(jiàn)表2-1。表2-1的機(jī)組振動(dòng)劃分方法，是首先將機(jī)組振動(dòng)按振動(dòng)性質(zhì)劃分為普通強(qiáng)迫振動(dòng)、電磁振動(dòng)、拍振、氣流激振、隨機(jī)振動(dòng)、軸瓦自激振動(dòng)、參數(shù)振動(dòng)、汽流激振、摩擦渦動(dòng)等共11類，然后按振動(dòng)類別將振動(dòng)故障原因再分類，這種分類方法有以下特點(diǎn)：
1. 分類方法簡(jiǎn)單而嚴(yán)密。一般只要通過(guò)振動(dòng)頻譜或不同頻率下振動(dòng)分量，即可對(duì)發(fā)生的振動(dòng)進(jìn)行分類，而且避免了以往分類法的各類故障嚴(yán)重的相互交叉，雖然表2-1中高次諧波共振、電磁激振、參數(shù)振動(dòng)，分諧波共振、軸瓦自激振動(dòng)、汽流激振的振頻率可能接近，但振動(dòng)性質(zhì)不同，這些振動(dòng)的進(jìn)一步劃分， 可以按其他振動(dòng)特征區(qū)分，詳見(jiàn)本章第十二節(jié)。
2. 表中所列的振動(dòng)包括目前國(guó)內(nèi)外在運(yùn)行機(jī)組上已發(fā)生的各種振動(dòng)。對(duì)于目前學(xué)術(shù)上討論的、但在實(shí)際機(jī)組上未見(jiàn)有發(fā)生的振動(dòng)，例如材料內(nèi)滯、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔集液等引起的自激振動(dòng)沒(méi)有列入在內(nèi)。對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)組振動(dòng)而言，具有實(shí)際意義的是前九類振動(dòng)，因此可以說(shuō)這種分類法列全了汽輪發(fā)電機(jī)組的各種振動(dòng)。
3. 在診斷一開(kāi)始即可采用正向推理，對(duì)發(fā)生的振動(dòng)進(jìn)行分類，再用正向推理按不同的振動(dòng)類別對(duì)引起振動(dòng)的具體故障做出診斷。后一部分的分類的方法，在分別討論各類振動(dòng)時(shí)，將具體介紹。
4. 經(jīng)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，這種分類法不同類別的振動(dòng)， 其故障源不存在相互交叉，這一點(diǎn)作為獲得肯定的診斷十分重要，由此延伸引起各類振動(dòng)激振力的故障也不存在交叉，這樣引用推理手段才能獲得可靠和肯定的診斷。
5. 將一個(gè)長(zhǎng)期認(rèn)為涉及多方面、復(fù)雜而難于搞清的機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題簡(jiǎn)化為， 只要進(jìn)行簡(jiǎn)單的振動(dòng)測(cè)量，再按表2-1分類，即可把振動(dòng)故障原因局限在較小的范圍內(nèi)，由此可以顯著地降低診斷的、查找振動(dòng)故障原因的工作量并縮短診斷時(shí)間。
6. 這一種分類法的主要缺點(diǎn)，是普通強(qiáng)迫振動(dòng)劃分太粗，涉及的故障原因和范圍相當(dāng)廣，因此診斷難度較大，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的振動(dòng)約有80％以上是屬于這一類振動(dòng)，因此如何將這一類振動(dòng)細(xì)分，以便診斷，尚待進(jìn)一步研究。
本章為敘述和實(shí)際診斷方便，將普通強(qiáng)迫振動(dòng)分為穩(wěn)定的、不穩(wěn)定的兩類。凡是基頻振幅、相位不隨運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行況變化而變化的稱穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振動(dòng)；相反，稱為不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。
表2-1略
第三節(jié) 振幅與激振力和支承動(dòng)剛度的關(guān)系
表2-1所列的11類振動(dòng)，如果就每一類振動(dòng)故障范圍而言，又可分為激振力和支承動(dòng)剛度兩個(gè)故障原因。因此當(dāng)振動(dòng)增大時(shí)，如何肯定和排除其中一個(gè)故障原因，是將發(fā)生的振動(dòng)分類之后進(jìn)行具體診斷需要做的第一步工作。
激振力和支承動(dòng)剛，從直觀來(lái)看，這是一個(gè)甚為簡(jiǎn)單的振動(dòng)常識(shí)，但在機(jī)組振動(dòng)故障診斷中卻經(jīng)過(guò)了一段較長(zhǎng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程，開(kāi)始只從激振為的故障原因去尋找，但是引起振動(dòng)的許多激振力，例如轉(zhuǎn)子不平衡力、電磁激振力、轉(zhuǎn)子徑向剛性不對(duì)稱引起參數(shù)振動(dòng)中的慣性力、汽流沖擊力等，在運(yùn)行的機(jī)組上始終是存在的，如何測(cè)定這些激振力、評(píng)定這些激振力容許標(biāo)準(zhǔn)及解決這些問(wèn)題都遇到了困難，為此才注意到軸承座動(dòng)剛度。經(jīng)一段時(shí)間的研究，不僅查明了影響軸承座動(dòng)剛度的困素，而且找到了影響動(dòng)剛度的因素的檢測(cè)和診斷方法，由此才促使振動(dòng)故障診斷采用正向推理。下面詳細(xì)介紹激振力和支承動(dòng)剛度的關(guān)系及檢測(cè)、診斷方法。
2.3.1 振幅與激振力和支承動(dòng)剛度的關(guān)系
在線性系統(tǒng)中，部件呈現(xiàn)的振幅與作用在部件上的激振力成正比，與它的動(dòng)剛度成反比，可用下式表示：
A=Р/Κd
式中A---振幅；P---激振力；Κd---部件動(dòng)剛度。
Κd=ΚC/μ
部件靜剛度又稱剛度系數(shù)，它是表示部件產(chǎn)生單位位移（變形）所需的靜力；動(dòng)剛度是表示部件產(chǎn)生單位振幅（位移）所需的交變力。
由公式（2-2）可見(jiàn)：軸承座動(dòng)剛度與其靜剛度成正比，而與動(dòng)態(tài)放大系數(shù)成反比；當(dāng)ω=ωn時(shí)，若忽略系統(tǒng)阻尼，即μ=∞ ，即使靜剛度很大，動(dòng)剛度Κd也為0。由公式（2-1）可見(jiàn)：在不大的激振力作用下，軸承將會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱作共振。
共振又分為支撐系統(tǒng)共振和系統(tǒng)部件共振兩種，前者是激振力通過(guò)支撐系統(tǒng)輸入振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)支撐系統(tǒng)自振頻率與激振力頻率符合是而產(chǎn)生的一種共振，例如軸承某一方向自振頻率與激振力頻率相符的共振；后者是振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)某一部件自振動(dòng)頻率與激振力相符而產(chǎn)生的共振，例如轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速、氣缸、大直徑管路、發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)靜子某一方向子振動(dòng)頻率與激振力頻率相符。這兩種共振是軸承振動(dòng)增大的機(jī)理不同，前者是由于支撐動(dòng)剛度降低，在激振力一定時(shí)，使振幅增大；后者是由于部件共振，使振動(dòng)慣性力增大并作用于軸承或基礎(chǔ)，這是在支撐動(dòng)剛度不變的情況下，由于激振力增大而使其振幅增大。在機(jī)組振動(dòng)中這兩種共振都會(huì)發(fā)生，本節(jié)主要討論的是前一種共振。
2.3.2承座動(dòng)剛度檢測(cè)方法
為了采用正向推理診斷振動(dòng)故障，在激振力和支撐動(dòng)剛度兩類故障中，首先應(yīng)肯定或排除其中一個(gè)。大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，檢測(cè)軸承座動(dòng)剛度是一種簡(jiǎn)單而有效的方法，通過(guò)進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)并由公式（2-2）可見(jiàn)，軸承座動(dòng)剛度除與靜剛度和共振放大因素有關(guān)外，還與動(dòng)態(tài)下其連接剛度直接有關(guān)，下面具體介紹影響動(dòng)剛度的三個(gè)因素的檢測(cè)和診斷方法。
2.3.2.1連接剛度
轉(zhuǎn)子的支撐系統(tǒng)一般有軸承蓋、軸承座、基礎(chǔ)臺(tái)板、基礎(chǔ)橫梁等部件組合而成，這些部件連接的緊密程度，直接影響這部件剛度。部件之間連接緊密程度對(duì)剛度的影響，稱連接剛度。
檢查部件連接緊密程度傳統(tǒng)的方法由檢查連接螺絲預(yù)緊力、連接部件之間的間隙等方法，但這些檢測(cè)方法不僅手續(xù)麻煩，而且不能檢測(cè)動(dòng)態(tài)下連接的緊密程度。
通過(guò)總結(jié)大量現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果得到，采用檢測(cè)連接部件之間差別振動(dòng)，是檢查連接部件動(dòng)態(tài)下連接緊密程度簡(jiǎn)單而有效的方法。所謂差別振動(dòng)，是指兩個(gè)相鄰的連接部件振幅的差值。差別振動(dòng)值本身已說(shuō)明兩個(gè)相鄰的連接部件之間在動(dòng)態(tài)下產(chǎn)生了相對(duì)位移量，這種微小的位移將顯著地降低部件的動(dòng)剛度，但在靜態(tài)下連接部件之間并無(wú)間隙存在，而且連接螺絲預(yù)緊力往往也正常。
對(duì)于一般的軸承座來(lái)說(shuō)，在同一軸向位置（如圖2-1所示），測(cè)點(diǎn)上下標(biāo)高差在100mm以內(nèi)的兩個(gè)連接部件，在連接緊圍固的情況下，其差別振動(dòng)應(yīng)小于2μm；滑動(dòng)面之間正常的差別振動(dòng)應(yīng)小于5μm；對(duì)于發(fā)電機(jī)后軸承座與臺(tái)板之間有絕緣墊者，其差別振動(dòng)應(yīng)小于7μm。當(dāng)兩個(gè)相鄰部件差別振動(dòng)明顯大于這些數(shù)值時(shí)，即可判定軸承座連接剛度不足。差別振動(dòng)愈大，故障愈為嚴(yán)重。在測(cè)量軸承各點(diǎn)振動(dòng)時(shí)，除測(cè)量垂直振幅和相位外，必要時(shí)對(duì)該點(diǎn)水平和軸向振動(dòng)也應(yīng)測(cè)量；在測(cè)量時(shí)若發(fā)現(xiàn)差別振動(dòng)異常，必須復(fù)測(cè)一遍；只有兩次測(cè)量結(jié)果基本一致，才能認(rèn)為數(shù)據(jù)可靠。
造成轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)連接部件之間差別振動(dòng)過(guò)大的主要原因有。
1. 連接螺絲松動(dòng)
由于檢修或安裝時(shí)疏忽，軸承蓋、軸承座、基礎(chǔ)臺(tái)板等連接螺絲部分沒(méi)有擰緊或預(yù)緊力不夠。由連接部件之間差別振動(dòng)值，直接可以看出是哪一個(gè)連接螺絲沒(méi)有擰緊。
2. 軸承座與臺(tái)板接觸不良
由于軸承座或臺(tái)板的變形及修刮不良，發(fā)電機(jī)后軸承座與臺(tái)板之間的絕緣墊過(guò)多或太厚、不平整等原因，即使在各個(gè)連接螺絲都擰緊的情況下，仍不能達(dá)到要求的連接剛度，在動(dòng)態(tài)下仍存在顯著的差別振動(dòng)。
3. 基礎(chǔ)臺(tái)板與基礎(chǔ)接觸不良
造成基礎(chǔ)臺(tái)板與基礎(chǔ)接觸不良的原因有：
1. 二次灌漿質(zhì)量不高。其中包括未充實(shí)和水泥標(biāo)號(hào)較低。
2. 基礎(chǔ)臺(tái)板墊鐵走動(dòng)。這種現(xiàn)象主要是由于二次灌漿質(zhì)量不好、臺(tái)板墊鐵間距過(guò)大、吃力不均、墊鐵之間及與臺(tái)板之間未焊牢，在過(guò)大軸承振動(dòng)作用下，使墊鐵發(fā)生走動(dòng)。
3. 基礎(chǔ)墊鐵過(guò)高。這種現(xiàn)象對(duì)軸承座垂直方向動(dòng)剛度影響不大，但顯著地降低了軸承座水平和軸向動(dòng)剛度，而且往往在較大軸向振動(dòng)作用下，使軸承座臺(tái)板二次灌漿松裂。其動(dòng)剛度進(jìn)一步降低，形成惡性循環(huán)。為此在安裝時(shí)臺(tái)板墊鐵高度不要超過(guò)80mm。
4. 軸承座漏油。由于汽輪機(jī)油浸入二次灌漿，使其強(qiáng)度顯著降低，在振動(dòng)作用下不緊使二次灌漿松裂，而且使二次灌漿與臺(tái)板分離，振動(dòng)進(jìn)一步擴(kuò)大。
5. 軸承座振動(dòng)過(guò)大。不論是垂直、水平和軸向振動(dòng)過(guò)大，都可以使基礎(chǔ)二次灌漿松裂，使軸承座振動(dòng)擴(kuò)大，二次灌漿松裂加劇。
6. 基礎(chǔ)臺(tái)板墊鐵氧化。造成臺(tái)板和墊 鐵氧化的主要原因，是由于在嚴(yán)寒的冬季施工時(shí)，為了防凍，在二次灌漿中加入過(guò)量的食鹽，機(jī)組運(yùn)行后二次灌漿中的氯化鈉與鐵氧化，首先生成Fe3O4 ,體積增大，使臺(tái)板和基礎(chǔ)分離，而后進(jìn)一步氧化成Fe2O3，在振動(dòng)作用下形成紅色粉末，造成臺(tái)板與基礎(chǔ)騰空，臺(tái)板與基礎(chǔ)之間的連接剛度顯著降低。
2.3.2.2共振
在共振轉(zhuǎn)速附近，部件振幅和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，是由振動(dòng)系統(tǒng)阻尼和激振力決定的，座落在水泥基礎(chǔ)上的軸承座要比座落在鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的阻尼大得多，因此在同樣激振力作用下，前者振幅要比后者小得多，而且鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)振動(dòng)自由度比水泥基礎(chǔ)多得多，因此升速過(guò)程中帶有鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的機(jī)組，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)支承系統(tǒng)共振轉(zhuǎn)速，對(duì)水泥基礎(chǔ)的大多數(shù)機(jī)組來(lái)說(shuō)，其支承系統(tǒng)自振頻率均高于轉(zhuǎn)子工作頻率，因此在升速過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)共振，這種支承系統(tǒng)的共振轉(zhuǎn)速，在一些資料和某些制造廠的說(shuō)明書(shū)中，被稱作軸系臨界轉(zhuǎn)速，這是一種誤解，另外這種提法與軸系真正臨界轉(zhuǎn)速相混淆，不利于機(jī)組安全運(yùn)行。
判斷轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)是否存在共振，有下列兩種方法。
1. 轉(zhuǎn)速試驗(yàn)和降低其激振力
當(dāng)改變轉(zhuǎn)速，軸承振幅無(wú)明顯變化時(shí)，即可排除共振的存在。如轉(zhuǎn)速升高，軸承振幅明顯升高，則有三種可能：一是支承系統(tǒng)存在共振；二是隨著轉(zhuǎn)速升高，作用在軸瓦上的激振力也隨之增大；三是周圍部件存在共振。對(duì)于后一種情況，通過(guò)對(duì)這些部件振動(dòng)進(jìn)一步測(cè)試，可判明振動(dòng)形式，如懷疑系統(tǒng)部件共振，且提高其自振頻率工作量不大，例如簡(jiǎn)單加支撐，可首先采用避共振進(jìn)行試驗(yàn)；若改變自振頻率有困難，則不論是由支撐系統(tǒng)存在共振還是轉(zhuǎn)速升高后激振力增大所致，首先應(yīng)從降低激振力力手。這是因?yàn)閷?shí)際機(jī)組即使判明存在共振，改變這些部件自振頻率避開(kāi)共振，往往是困難的，最消振還得從降低激振力入手。由多臺(tái)組消振經(jīng)驗(yàn)證明，不論轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)存在共振，還是系統(tǒng)部件共振，例如汽缸、勵(lì)磁機(jī)靜子的共振，使軸承某一方向振動(dòng)過(guò)大，采用降低激振力的辦法后，這些共振部件和軸承的振幅，都達(dá)到了良好水平。
2. 軸承頂部振幅和基礎(chǔ)振幅之比
如軸承座座落在基礎(chǔ)上 ，產(chǎn)生共振時(shí)，不僅其振幅與轉(zhuǎn)速明顯有關(guān)，而且軸承座頂部振幅與基礎(chǔ)也很接近，甚至基礎(chǔ)振幅比軸承振幅還要大，因此國(guó)外有資料指出，軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比小于1.5-2.0時(shí)，表明支承系統(tǒng)存在共振。從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，若是支承系統(tǒng)存在明顯的共振，其比值應(yīng)接近于1。
轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)還有一種共振形成，即軸承座座落在排汽缸上發(fā)生共振，在目前國(guó)內(nèi)投運(yùn)的大機(jī)組中為數(shù)不少，這種共振采用軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比的方法還不能判斷。對(duì)這種支承系統(tǒng)可采用下列方法進(jìn)行判斷：
i. 轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。觀察軸承振幅與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。判斷方法見(jiàn)前述。
ii. 轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)與軸承振動(dòng)之比。正常的機(jī)組轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)大于該方向的軸承振動(dòng)，其比值一般為2-3倍，或更高。當(dāng)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)存大共振或軸承動(dòng)剛度嚴(yán)重不足時(shí)，轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)與軸承振動(dòng)接近，甚至小于軸承振動(dòng)。
iii. 激振試驗(yàn)，直接測(cè)定其動(dòng)剛度。
iv. 加重試驗(yàn)，測(cè)定其不平衡響應(yīng)。后兩種方法的具體步驟見(jiàn)2.3.2.3。
2.3.2.3 結(jié)構(gòu)剛度
軸承座的結(jié)構(gòu)剛度是由其外形、壁厚、材料和支承基礎(chǔ)的靜剛度決定的，若要對(duì)軸承座結(jié)構(gòu)剛度作出較確切的診斷；可采用下列方法：
1.激振試驗(yàn)
測(cè)定軸承座動(dòng)剛度的激振有兩種方法：一種是電磁激振；另一種是偏心激振。前者激振力一般較小，而且不易生根固定，因此在測(cè)定軸承座動(dòng)剛度中應(yīng)用較少。偏心激振是由直流電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)主動(dòng)偏心輪以及主動(dòng)輪同步旋轉(zhuǎn)的從動(dòng)偏心輪，調(diào)整兩個(gè)偏心輪相對(duì)嚙合位置，可以使它垂直或水平（橫向和軸向）單方向激振；改變偏心距和偏心質(zhì)量，在一定的轉(zhuǎn)速下即可改變激振力；改變轉(zhuǎn)速，即可改變激振力的頻率和激振力大小。軸承動(dòng)剛度Kd由下式求得
Kd=2P/A
P=mrω2
式中A-激振時(shí)測(cè)得該方向的軸承振幅（峰峰值）
P-激振力；
m-偏心質(zhì)量；
r-偏心距；
ω-偏心輪的圓頻率。
軸承座正常的動(dòng)剛度值為1×107-3×107N/cm；對(duì)于座落在排汽缸上的軸承其垂直方向動(dòng)剛度一般明顯偏低，數(shù)值為0.5×107-1×107N/cm；當(dāng)支承系統(tǒng)存在共振時(shí)，在共振轉(zhuǎn)速下其動(dòng)剛度一般會(huì)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，如圖2-2曲線2。
當(dāng)獲得軸承座動(dòng)剛度數(shù)值之后，即可對(duì)其動(dòng)剛度正常與否作出診斷。若動(dòng)剛度明顯偏低，在排除連接剛度不足和共振影響之后，即可斷定動(dòng)剛度不足是由結(jié)構(gòu)剛度不足引起的。
2.加重試驗(yàn)
檢測(cè)軸承座動(dòng)剛度還有一種較簡(jiǎn)單的方法，是在其附近的轉(zhuǎn)子上加重，測(cè)定其不平衡響應(yīng)ɑ值。加重平面應(yīng)靠近該并在轉(zhuǎn)軸剛度較大的部位加重，例如聯(lián)軸器上或轉(zhuǎn)子其他部位，以免與轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)過(guò)高相混淆。ɑ值的含義和計(jì)算方法，見(jiàn)第三章第三節(jié)。
若在轉(zhuǎn)子主跨內(nèi)加重，對(duì)于大機(jī)組來(lái)說(shuō)，建議不要采用單側(cè)加重，因?yàn)檗D(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速已遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速。單側(cè)加重產(chǎn)生的主要是一階平衡，在工作轉(zhuǎn)速下這種不平衡的ɑ值很小，不能有效地反映軸承座動(dòng)剛度大小，建議加二階不平衡；對(duì)于汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子無(wú)法在轉(zhuǎn)主跨內(nèi)加二階不平衡時(shí)，除可在聯(lián)軸器上加重外，還可以在末級(jí)葉輪上加重。
一般下常的機(jī)組在聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)子主跨內(nèi)加重的ɑ值，如表2-2所示。
表2-2所以采用原半徑下ɑ值，主要考慮使不同容量機(jī)組轉(zhuǎn)子重量與加重半徑相對(duì)應(yīng)，由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)來(lái)看，當(dāng)軸承動(dòng)剛度和轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)正常時(shí)，不同容量的機(jī)組的ɑ值基本相近，由此可以近似采用相同標(biāo)準(zhǔn)衡量。
采用上述方法加重求得的ɑ值，如比表2-2相應(yīng)數(shù)值明顯偏高，則可認(rèn)為軸承動(dòng)剛度偏低，在排除連接剛度不足和影響之后，雖然沒(méi)有取得動(dòng)剛度具體數(shù)值，但可以作出軸承座結(jié)構(gòu)剛度偏低的肯定診斷。
2.3.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用的軸承座動(dòng)剛度診斷方法
由上述診斷軸承座動(dòng)剛度的方法可知，若要對(duì)軸承座結(jié)構(gòu)剛度作出確切診斷，須做激振試驗(yàn)；但如果只需對(duì)其動(dòng)剛度和結(jié)構(gòu)度作出定性診斷，則可采用現(xiàn)場(chǎng)易行的在轉(zhuǎn)子上加重的試驗(yàn)。但由進(jìn)一步研究得出，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的機(jī)組無(wú)須對(duì)軸承座結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行診斷，原因如下。
2.3.3.1 與同型機(jī)組運(yùn)行狀況的比較
若同型機(jī)組在其他電廠運(yùn)行時(shí)振動(dòng)普遍不大，說(shuō)明該型機(jī)組軸承座動(dòng)剛度正常；若該型機(jī)組運(yùn)行中振動(dòng)普遍較大，從已做的工作中應(yīng)能查明這種形式機(jī)組振動(dòng)過(guò)大的原因和振動(dòng)性質(zhì)，若是普通強(qiáng)迫振動(dòng)，則要進(jìn)一步分析是轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)過(guò)高還是軸承座動(dòng)剛度偏低；若不是普通強(qiáng)迫振動(dòng)，則與軸承結(jié)構(gòu)剛度無(wú)關(guān)。
2.3.3.2 直觀判斷
由類似的機(jī)組或同等容量的機(jī)組結(jié)構(gòu)比較，可大致判斷該座在某一方向結(jié)構(gòu)剛度是否正常。
2.3.3.3 運(yùn)行機(jī)組增大結(jié)構(gòu)剛度十分困難
對(duì)軸承座結(jié)構(gòu)剛度低作出了明確的診斷，雖可以為機(jī)組今后改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，但從現(xiàn)場(chǎng)消振來(lái)說(shuō)，增加其結(jié)構(gòu)剛度是十分困難的，而只能從降低激振力入手，所以從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用診斷來(lái)說(shuō)，無(wú)須進(jìn)一步查明軸承座結(jié)構(gòu)剛度。
基于上述三點(diǎn)理由，在實(shí)際機(jī)組振動(dòng)故障診斷中，當(dāng)振動(dòng)屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)，排除了連接剛度不足和共振影響之后，即可作出引起振動(dòng)故障原因是激振力過(guò)大的診斷。這種診斷雖不十分嚴(yán)密，卻有實(shí)用價(jià)值。
通過(guò)進(jìn)一步研究證明，在診斷表2-1所列的11類振動(dòng)時(shí)，無(wú)須每一類都檢測(cè)軸承連接剛度，因?yàn)閷?duì)于一臺(tái)振動(dòng)正常的機(jī)組，雖然可能存在這種或那種激振力，但是這些激振力中最大的是轉(zhuǎn)子不平衡力，而且總是作用在軸承座上。表2-1指出，它將激起普通強(qiáng)迫振動(dòng)，因此如軸瓦上呈現(xiàn)的普通強(qiáng)迫振動(dòng)分量不大則證明軸承座連接剛度、結(jié)構(gòu)剛度正常，也無(wú)法共振存在，所以當(dāng)振動(dòng)過(guò)大時(shí)，從實(shí)用診斷來(lái)說(shuō)，僅對(duì)普通強(qiáng)迫振動(dòng)才有必要檢測(cè)連接剛度和共振影響。而對(duì)其他10類振動(dòng)，只要關(guān)部件共振影響即可。因?yàn)檫@些部件有可能會(huì)產(chǎn)生非基頻共振，當(dāng)排除共振影響之后，即可作出引起振動(dòng)的故障原因是激振力過(guò)大的診斷。
第四節(jié) 穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)
當(dāng)振動(dòng)屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)，而且其振幅與機(jī)組運(yùn)行工況、運(yùn)行時(shí)間無(wú)明顯關(guān)系時(shí)，排除了軸承座連接剛度、共振影響之后，采用正向推理診斷可以得出振動(dòng)故障原因是激振力過(guò)大，本節(jié)要介紹引起穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)激振力的故障原因。
由表2-1可見(jiàn)，引起普通強(qiáng)迫振動(dòng)的激振力有轉(zhuǎn)子不平衡、固定式聯(lián)軸器連接的軸系同心度和平直度偏差、軸頸不圓等三種，不對(duì)稱電磁力是隨機(jī)組運(yùn)行工況而變的，因此它是不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)的激振力。下面介紹這三種激振力故障原因、產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理和診斷方法。
2.4.1 轉(zhuǎn)子不平衡
在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的機(jī)組振動(dòng)過(guò)大，按其原因來(lái)分，屬于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的約占80％；按激振力性質(zhì)來(lái)分，屬于轉(zhuǎn)子不平衡力的將達(dá)90％左右。
當(dāng)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速低于0.4-0.5倍轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，這種轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的激振力可用下列表示：
A=mrω2/Kd
式中 m,r--不平衡質(zhì)量，其質(zhì)心離回轉(zhuǎn)中心的距離（加重半徑）
由公式可見(jiàn)當(dāng)忽略軸承座動(dòng)剛度Kd隨轉(zhuǎn)速改變的影響時(shí)，在一定的轉(zhuǎn)子不平衡量情況下，軸承拓幅A與轉(zhuǎn)速平方ω2 成正比，但這種關(guān)系僅對(duì)剛性轉(zhuǎn)子成立。目前運(yùn)行的6MW以上的汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子均屬柔性轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速升高的過(guò)程中，其繞曲將發(fā)生改變，轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，此時(shí)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的不平衡離心力已不是mrω2 ,而是不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的不平衡力和轉(zhuǎn)子繞曲產(chǎn)生的不平衡力之和。關(guān)于柔性轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)特性的進(jìn)一步討論，見(jiàn)第三章第四節(jié)。不過(guò)從這些討論中有以下兩點(diǎn)結(jié)論，可以作為轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷的依據(jù)。
1）根據(jù)波德曲線或振動(dòng)和轉(zhuǎn)速關(guān)系測(cè)量結(jié)果可得出，當(dāng)轉(zhuǎn)子在相應(yīng)臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)顯著振動(dòng)時(shí)，即可斷定該轉(zhuǎn)子存在顯著的相應(yīng)階不平衡。
2）如果工作轉(zhuǎn)速下存在較大的基頻振動(dòng)，并已排除了軸承座動(dòng)剛度不足、固定式聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子不同心和平直度偏差過(guò)大、軸頸不圓等故障，那么就可以作出引起工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)過(guò)大的原因是轉(zhuǎn)子不平衡的診斷。
2.4.2 軸系同心度和平直度偏差
目前機(jī)組采用的聯(lián)軸器可歸納為活動(dòng)式、半撓 性和固定式三種。就其產(chǎn)生振動(dòng)的特征來(lái)分、有活動(dòng)式和固定式兩種�；顒�(dòng)式聯(lián)軸器由于存在磨損，目前運(yùn)行的機(jī)組，特別是容量機(jī)組已不再采用。這種聯(lián)軸器在傳遞扭矩不大時(shí)，能起一定的調(diào)節(jié)作用，在一定的轉(zhuǎn)子對(duì)中偏差情況下，不會(huì)產(chǎn)生明顯的激振力，但是當(dāng)對(duì)中偏差過(guò)大、傳遞扭矩改變時(shí)，將引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。這種振動(dòng)的診斷見(jiàn)本章第八節(jié)。下面討論固定式聯(lián)軸器中對(duì)中偏差產(chǎn)生振動(dòng)的故障原因及機(jī)理。
在國(guó)內(nèi)許多振動(dòng)資料中都提到機(jī)組中心不正這個(gè)名詞，國(guó)外稱作不對(duì)中，而且都是作為機(jī)組振動(dòng)故障主要原因列出的，因此現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組一旦發(fā)生振動(dòng)，傳統(tǒng)的做法是：一、查軸瓦烏金接觸；二、查軸瓦緊力；三、查機(jī)組中心，俗稱處理機(jī)組振動(dòng)的三斧頭。而且一般教科書(shū)指出，機(jī)組中心不正引起的振動(dòng)，其頻率與轉(zhuǎn)速相符合，按表2-1分類，屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)。上述已經(jīng)指出，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的振動(dòng)80％以上屬于這一類振動(dòng)，如果這種激振力和轉(zhuǎn)子不平衡力不能獲得有效的區(qū)分，將會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)絕大多數(shù)振動(dòng)故障不能獲得明確的診斷，因此很有必要對(duì)機(jī)組中心或不對(duì)中的真正含義及產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理作較深入的分析討論。
機(jī)組中心確切的含義應(yīng)包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支承轉(zhuǎn)子各軸承座標(biāo)高及水平位置、軸系連接的同心度和平直度三項(xiàng)內(nèi)容，這些故障產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理及其特征如下。
2.4.2.1 轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度
檢查轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子同心度，這是機(jī)組安裝、檢修中較熟悉的一項(xiàng)工作，如其偏差過(guò)大，則可能會(huì)引起汽流激振、電磁激振、動(dòng)靜碰磨。若碰磨發(fā)生在轉(zhuǎn)軸處，會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。這些振動(dòng)特征和診斷方法，見(jiàn)本章第九、十、十二、十六節(jié)。
2.4.2.2 軸承座標(biāo)高和左右位置偏差
在現(xiàn)場(chǎng)檢查轉(zhuǎn)子對(duì)中或找正，是將聯(lián)軸器斷開(kāi)，檢測(cè)聯(lián)軸器圓周和端面開(kāi)口偏差（上下、左右），目前將這種偏差稱作機(jī)組中心不正，而且不少資料和教科書(shū)將這種偏差誤認(rèn)為是造成機(jī)組振動(dòng)的主要故障，由于這種誤解使機(jī)組振動(dòng)故障診斷研究走了一段較長(zhǎng)的彎路。后來(lái)不得不從故障機(jī)理研究，才查明了這種故障對(duì)振動(dòng)的影響。
如果忽略聯(lián)軸器缺陷（與軸頸不同心、兩個(gè)端面不平行、法蘭止口或螺栓節(jié)圓偏心），當(dāng)其圓周、端面開(kāi)口存在顯著偏差時(shí)，擰緊聯(lián)軸器螺栓，雖然連接的軸系仍然同心和平直，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下并不直接產(chǎn)生振動(dòng)的激振力，但它會(huì)產(chǎn)生下列后果。
1.改變軸瓦的載荷分配
當(dāng)端面下開(kāi)口時(shí)，會(huì)使聯(lián)軸器相鄰的兩個(gè)軸瓦載荷減少；圓周差會(huì)使圓周較低的相鄰軸瓦載荷減少；反之，則相反。當(dāng)軸瓦載荷過(guò)大時(shí)，會(huì)使烏金溫度升高；載荷過(guò)小時(shí)，會(huì)使軸瓦失穩(wěn)發(fā)生軸瓦自激振動(dòng)，這種振動(dòng)特征和診斷方法見(jiàn)本章第十四節(jié)。
2.改變動(dòng)靜間隙
軸瓦載荷的改變，雖然不會(huì)明顯影響軸頸在軸瓦內(nèi)的位置，但會(huì)使轉(zhuǎn)子靜撓曲發(fā)生變化，從而原來(lái)調(diào)整好的汽封、油擋間隙發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生動(dòng)靜碰磨，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)，這種振動(dòng)的特征及診斷方法見(jiàn)第九、十節(jié)。
3.改變轉(zhuǎn)子振型曲線
由于軸瓦載荷改變，影響轉(zhuǎn)子支承狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子振型曲線發(fā)生變化，對(duì)于采用有限平面平衡的柔性轉(zhuǎn)子中，當(dāng)轉(zhuǎn)子振型曲線變化時(shí)，其平衡狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。由大量現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果證明，對(duì)于不平衡響應(yīng)正常的軸系，當(dāng)轉(zhuǎn)子中心和端面開(kāi)口差小于0.60mm時(shí)，對(duì)軸系平衡的影響可以忽略；對(duì)于不平衡響應(yīng)明顯偏高的軸系和轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子中心和端面開(kāi)口偏差過(guò)大（小于0.5mm）時(shí)，會(huì)使軸系平衡狀態(tài)發(fā)生一定的變化。這時(shí)消振有兩個(gè)途徑：一是消除或調(diào)整轉(zhuǎn)子中心和端面開(kāi)口偏差；二是調(diào)整軸系平衡。其中柔性轉(zhuǎn)子合理平衡是關(guān)鍵，因此后一種方法較前者更為簡(jiǎn)單有效。
降低軸系不平衡響應(yīng)對(duì)運(yùn)行機(jī)組而言是十分困難的。柔性轉(zhuǎn)子的合理平衡見(jiàn)第三章第四節(jié)，軸系不平衡響應(yīng)測(cè)試和判斷方法，見(jiàn)本章第五節(jié)2.5.3
4.轉(zhuǎn)軸承受預(yù)載荷
所謂預(yù)載荷是指施加在轉(zhuǎn)軸上的一種徑向載荷（力），它又分外部和內(nèi)部預(yù)載荷。外部預(yù)載荷是指外部施加到轉(zhuǎn)子上的力，它主要是由聯(lián)軸器端面瓢偏、聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸不同心和轉(zhuǎn)子自重引起；內(nèi)部預(yù)載荷是指機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生的施加到轉(zhuǎn)子上的力，它主要由軸瓦油膜力、軸承座標(biāo)高變化、接觸密封引起的壓力不對(duì)稱、蒸汽作用力、傳動(dòng)齒輪對(duì)轉(zhuǎn)軸反作用力等。
預(yù)載荷的直接影響是使轉(zhuǎn)軸承受額外的應(yīng)力，并使軸頸壓向軸瓦的一側(cè)，由此產(chǎn)生非線性壓束，激起兩倍頻振動(dòng)。如果轉(zhuǎn)軸徑的剛性不對(duì)稱，例如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，會(huì)使兩倍頻率振動(dòng)更加顯著。
預(yù)載荷未必有害，有些因素引起的預(yù)載荷會(huì)使軸瓦趨于穩(wěn)定，例如消除軸瓦自激振動(dòng)，為了提高軸瓦穩(wěn)定性，有時(shí)將該瓦抬高，對(duì)該瓦施加一個(gè)預(yù)載荷。
目前國(guó)內(nèi)絕大部分機(jī)組轉(zhuǎn)子找中心的要求，是以冷態(tài)為準(zhǔn)的，即在冷態(tài)下使聯(lián)軸器圓周和平面偏差力求最小。但事實(shí)上機(jī)組啟動(dòng)帶負(fù)荷后，由于各軸承座標(biāo)高和軸頸抬起，這兩種偏差將有較大的變化。據(jù)資料（5）介紹，采用連通器的原理，通過(guò)渦流傳感器測(cè)量水銀液面變化，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了兩臺(tái)320MW汽輪發(fā)電機(jī)組從冷態(tài)到帶負(fù)荷后各軸承座標(biāo)高的變化。試驗(yàn)指出，標(biāo)高變化最大的是汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的軸承座，數(shù)值達(dá)2-2.5mm。發(fā)電機(jī)后軸承座標(biāo)高變化只有0.30mm。兩個(gè)相鄰的軸承座標(biāo)高變化最大的是2號(hào)和3號(hào)軸瓦，數(shù)值達(dá)1mm。從冷態(tài)到帶負(fù)荷運(yùn)行要經(jīng)兩個(gè)星期的時(shí)間，軸承座標(biāo)高變化才趨于穩(wěn)定。軸承座標(biāo)高變化最迅速的階段發(fā)生在啟動(dòng)循環(huán)水泵和開(kāi)始向軸封送汽到機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行6-7d之后這一段時(shí)間內(nèi)，這段時(shí)間內(nèi)的標(biāo)高變化量占總變化量的80％左右。當(dāng)然上述變化量只指軸承座本身標(biāo)高變化，還未包括各軸頸相對(duì)于軸瓦抬高值的變化。這是現(xiàn)場(chǎng)一般再熱機(jī)組啟動(dòng)和帶負(fù)荷后軸承座標(biāo)高值的情況。因此，國(guó)外已有不少機(jī)組為了能在運(yùn)行狀態(tài)下獲得較合理的軸承座標(biāo)高，采用了冷態(tài)下預(yù)留偏差量的方法給予補(bǔ)償。國(guó)內(nèi)在汽輪機(jī)高、中、低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子找正時(shí)，一般都不留偏差量，這顯然是不合理的。
2.4.2.3 聯(lián)軸器缺陷
當(dāng)聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯(lián)軸器法蘭止口或螺栓孔節(jié)圓不同心、端面瓢偏，連接螺絲緊力明顯不對(duì)稱時(shí)，否認(rèn)圓周和端面如何正確，當(dāng)把連接螺栓擰緊后，都會(huì)使連接軸系不同心和不平直，還會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生預(yù)載荷，如圖2-3所示。
軸系同心和平直度偏差在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，會(huì)直接產(chǎn)生振動(dòng)的激振力，其激振力主要分量是1x，還含有2x、3x等高階分量，因此在機(jī)組安裝時(shí)要求聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸的不同心和端面瓢偏均小于0.02mm。
檢查聯(lián)軸器缺陷最直接和可靠的方法，是將聯(lián)軸器螺栓擰緊，撤掉3瓦下瓦，在3瓦軸頸上架百分表，檢查軸系同心度，盤動(dòng)轉(zhuǎn)子，不同心引起的晃擺值達(dá)合格；用鋼絲繩吊起4瓦，抽掉4瓦下瓦，在4瓦軸頸水平方向架百分表，檢查軸系平直度，其不平直引起的引起的晃擺值A(chǔ)為<=0.10-0.15mm為合格。
這里應(yīng)指出，目前國(guó)內(nèi)外不少有關(guān)診斷的文獻(xiàn)認(rèn)為：當(dāng)基頻振動(dòng)大，同時(shí)存在2x，3x等分量時(shí)，即是不對(duì)中。這種診斷與機(jī)組振動(dòng)實(shí)際故障出入很大，在這種誤導(dǎo)影響下，往往會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的振動(dòng)診斷誤入歧途，并使消振工作走入困境。這種事例在現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生許多起，為此本章第十九節(jié)診斷實(shí)例舉了兩例，以此引以為戒，下面對(duì)其造成誤診斷的原因進(jìn)行分析。
1.診斷不嚴(yán)密
在機(jī)組上造成2x振動(dòng)分量的原因較多，例如電磁激振、轉(zhuǎn)子徑向剛性不對(duì)稱、高次諧波共振等。軸系同心度和平直度偏差只是其中較為次要的原因之一。在沒(méi)有排除其他故障之前，就采用反向推理對(duì)其中一種故障作出診斷，顯然是不嚴(yán)密的。
2.轉(zhuǎn)子不對(duì)中含義的誤解
不對(duì)中或稱找正不好，目前各入理解差別甚大，而且一般理解其含義是指軸承座標(biāo)高差，因此消除不對(duì)中的措施是解開(kāi)聯(lián)軸器復(fù)查轉(zhuǎn)子中心，調(diào)整軸承座標(biāo)高各左右位置。由大量消振經(jīng)驗(yàn)證明，這種偏差并不是引起普通強(qiáng)迫振動(dòng)和2x振動(dòng)分量的故障原因。
3.故障機(jī)理和振動(dòng)特征不符
上述已經(jīng)指出，冷態(tài)和熱態(tài)軸承座標(biāo)高差呻別甚大，它與機(jī)組運(yùn)行時(shí)間和負(fù)荷有著較好的相關(guān)性，但機(jī)組實(shí)際振動(dòng)特征是：除轉(zhuǎn)子存在熱不平衡外，現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)機(jī)組都 存大幅值不同的2x持動(dòng)分量，但與機(jī)組運(yùn)行時(shí)間和負(fù)荷并沒(méi)有直接的關(guān)系。
2.4.2.4軸頸橢圓度
一般機(jī)組的軸頸在安裝和檢修中都要經(jīng)嚴(yán)格檢查，其晃擺值（斷開(kāi)聯(lián)軸器，揭掉上瓦）小于0.02mm，在這樣小的晃擺值下，加之油膜彈性緩沖，對(duì)振動(dòng)的影響并不大，所以在振動(dòng)故障診斷中，可以忽略這種激持力，但是當(dāng)軸頸某一段晃擺值大于0.04mm時(shí)，雖然對(duì)普通強(qiáng)迫振動(dòng)影響不大，但會(huì)引起軸瓦烏金疲勞損壞，詳見(jiàn)第五章第四節(jié)。
綜合以上的分析，其診斷要點(diǎn)是：當(dāng)振動(dòng)屬于穩(wěn)定普通強(qiáng)迫持動(dòng)時(shí)，排除了軸承座連接剛度不足、共振影響、軸系連接同心度和平直度偏差過(guò)大故障之后，即可作出振動(dòng)故障原因是轉(zhuǎn)子不平衡的診斷。這是采用正向推理診斷振動(dòng)故障的第三步。
第五節(jié) 不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)
當(dāng)振動(dòng)屬普通強(qiáng)迫振，其振幅、相位與機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、工況明顯有關(guān)時(shí)，排除了軸承座連接剛度、共振不穩(wěn)定因素之后，便可作出不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)故障是由激振力變化所致。
引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)激振力故障的范圍較穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)要廣泛得多，而且產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理往往很復(fù)雜，不能直觀發(fā)現(xiàn)，有些不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)需要較長(zhǎng)時(shí)間（1-2年）以至更長(zhǎng)時(shí)間的觀察，才能掌握振動(dòng)的主要特征，因此這一類振動(dòng)是機(jī)組各類振動(dòng)故障診斷中難度最大的一種。診斷步驟雖然和穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)相同，但在具體方法上，更多地涉及機(jī)組振動(dòng)歷史、結(jié)構(gòu)、同型機(jī)組振動(dòng)特點(diǎn)以及振動(dòng)與機(jī)組運(yùn)行工況、時(shí)間的關(guān)系等，下面詳細(xì)介紹目前已掌握的引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)故障的范圍、分類方法、振動(dòng)機(jī)理、故障特征和消振方法。
2.5.1 引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)的激振力
由表2-1指出，引起普通強(qiáng)迫振動(dòng)的激振力有兩種，除去軸頸不圓在穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振非常國(guó)已經(jīng)排除外，剩下三種激振力在不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)故障中的表現(xiàn)形式和振動(dòng)機(jī)理如下。
2.5.1.1 軸系連接同心度和平直度偏差
隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、工況的改變，軸系同心度和平直度改變的故障原因現(xiàn)已查明，是由于聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸配合緊力不足所致，這一故障機(jī)理是通過(guò)兒臺(tái)機(jī)組較長(zhǎng)時(shí)間振振動(dòng)監(jiān)測(cè)和消振經(jīng)驗(yàn)總結(jié)才獲得。
聯(lián)軸器在連接螺栓擰緊的情況下，不論兩半中的一半或兩半都與軸配合是否失去緊力，聯(lián)軸器在轉(zhuǎn)軸上仍是兩端支撐，它不可能產(chǎn)生甩頭現(xiàn)象，因此它所產(chǎn)生的直接不平衡可以忽略。
這里要作一些說(shuō)明，因?yàn)橐话憬炭茣?shū)和傳統(tǒng)概念認(rèn)為，套裝部件緊力不足或轉(zhuǎn)軸上有活動(dòng)部件，會(huì)引起振動(dòng)不穩(wěn)定，通過(guò)下列簡(jiǎn)單計(jì)算即可消除這種誤解。
為了使問(wèn)題明了，這里假設(shè)聯(lián)軸器重量為1t，在高速下聯(lián)軸器之間存在0.10mm間隙，即其質(zhì)量偏心為0.05mm,由此引起不平衡重徑積為50kg.mm，相當(dāng)于加重半徑0.35m處加重0.14kg，依據(jù)一般機(jī)組在聯(lián)軸器上加生影響系數(shù)估算，說(shuō)一加重能產(chǎn)生的振動(dòng)小于5μm，實(shí)際汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子除后幾級(jí)葉輪接近或超過(guò)1t外，，其他部件均小于1t，因此套裝部件與軸配合失去緊力產(chǎn)生的直接不平衡可以忽略。
機(jī)組在運(yùn)行中由于軸承座標(biāo)高和聯(lián)軸器傳遞扭矩的變化，以及轉(zhuǎn)軸振動(dòng)的作用，當(dāng)聯(lián)軸器與軸配合緊力不足時(shí)，在配合處會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，由此而改變了軸系連接的同心度和平直度，從而激起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。這種故障診斷難點(diǎn)是其故障特征與轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定不平衡十分相似，因此必須細(xì)比較才能區(qū)分，詳見(jiàn)表2-3。
2.5.1.2 不對(duì)稱電磁力
正常的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁力在直徑方向是均衡的，因此它不會(huì)引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)；均衡的電磁力只對(duì)靜子產(chǎn)生周期性吸力。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈發(fā)生故障時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱電磁力，引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)；不對(duì)稱電磁力的頻率等于轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)乘以轉(zhuǎn)子工作效率；對(duì)于兩極發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，不對(duì)稱電磁力頻率與轉(zhuǎn)子工作頻率相等。
這種故障引起振動(dòng)的特點(diǎn)是振動(dòng)隨勵(lì)磁電流的增大而加大，而且無(wú)時(shí)滯。因此可以通過(guò)改變勵(lì)磁電流觀察振動(dòng)變化，當(dāng)振動(dòng)隨勵(lì)磁電流增大立即增大時(shí)，表明不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)是由不對(duì)稱電磁力激起的。
引起不對(duì)稱電磁力的故障有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈局部短路、空氣間隙不均勻，后者通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子空氣間隙值可以查明。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈匝間或?qū)Φ囟搪�，除了�?huì)引起不對(duì)稱電磁力外，還會(huì)造成轉(zhuǎn)子局部受熱，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲，造成不平衡振動(dòng)，因此振動(dòng)除了隨勵(lì)磁電流增大而立即增大外，還包括含隨時(shí)間增大而加大的成分，一般后一種現(xiàn)象較前者顯著。
2.5.1.3轉(zhuǎn)子不平衡力
由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件發(fā)生徑向，周向位移、轉(zhuǎn)軸裂紋、彎曲等原因，轉(zhuǎn)子平衡狀況隨運(yùn)行時(shí)間、機(jī)組工況變化而變化，這是引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)的主要激振力，它涉及的故障范圍很廣。取得這一診斷的要點(diǎn)是，基頻振幅或相位隨運(yùn)行時(shí)間、機(jī)組工況而變，排除了軸承座連接剛度、共振變化、不對(duì)稱電磁力、聯(lián)軸器與軸配合緊力不足等故障之后，即可明確引起振動(dòng)變化的故障原因，是轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的變化。為了消振的需要，種故障診斷一般要具體到轉(zhuǎn)子平衡變化是由哪一個(gè)部件故障引起的，因此診斷難度很大，在診斷步驟上首先應(yīng)根據(jù)振動(dòng)特征，對(duì)發(fā)生的不穩(wěn)定不平衡進(jìn)行分類，然后對(duì)不穩(wěn)定不平衡在軸系中的軸向位置、不平衡量作郵診斷再按下穩(wěn)定不平衡類別、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、振動(dòng)機(jī)理、故障歷史進(jìn)行分析、推理，最后才能對(duì)故障部件作出診斷。在診斷過(guò)程中，為了采用正向推理，各類不穩(wěn)定不平衡故障范圍應(yīng)明確。
2.5.2 不穩(wěn)定不平衡故障分類
由于不穩(wěn)定不平衡故障范圍很廣，為了采用正向推理應(yīng)將各種不穩(wěn)定不平衡進(jìn)行合理而有效的分類。這里推薦一種根據(jù)振動(dòng)與時(shí)間、工況的關(guān)系劃分的分類法，如表2-4，將機(jī)組發(fā)生的不穩(wěn)定平衡分成八類，各類不穩(wěn)定不平衡故障的具體診斷方法，見(jiàn)本章第六-十節(jié)。
2.5.3 不穩(wěn)定不平衡軸向位置診斷
由于不平衡處在不同的軸向位置上，對(duì)振動(dòng)的靈敏度有很大的差別，所以首先應(yīng)判明平衡變化是發(fā)生在哪一個(gè)轉(zhuǎn)子上，是一階還是二階不平衡分量變化，由此才能估算出不平衡量值。
由于軸系結(jié)構(gòu)，不平衡響應(yīng)值不同，判斷方法也不同，下面首先介紹軸系響應(yīng)判斷方法。
2.5.3.1 軸系不平衡響應(yīng)判斷方法
所謂不平衡響應(yīng)，具體是指轉(zhuǎn)子上加單位重量（一定半徑下）引起的振幅值，在轉(zhuǎn)子平衡中稱影響系數(shù)，詳見(jiàn)第三章第三節(jié)。
軸系不平衡響應(yīng)地過(guò)高有兩個(gè)原因：一是支承動(dòng)剛度低，在不大的激振力作用下，會(huì)產(chǎn)生顯著的振動(dòng)；二是轉(zhuǎn)子或軸系中相鄰的某一個(gè)轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度低，在不大的激振力（不平衡）作用下，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生顯著的撓曲使本轉(zhuǎn)子或相連轉(zhuǎn)子不平衡增大，從而使轉(zhuǎn)軸或軸承產(chǎn)生顯著振動(dòng)。判斷軸系不平衡響應(yīng)正常與否，可采用以下方法。
1.直觀判斷
依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大量振動(dòng)測(cè)試結(jié)果可知，下列軸系不平衡響應(yīng)是正常的：
1/勵(lì)/發(fā)軸系是四支承，即使某些剛度偏低，而呈現(xiàn)較高的不平衡響應(yīng)，也不會(huì)影響不穩(wěn)定平衡軸向位置的判斷；
2/勵(lì)/發(fā)軸系是三動(dòng)承，但發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速大于3600r/min（額定轉(zhuǎn)速為3000r/min）
下列軸系平平衡響應(yīng)顯著偏高：
1/勵(lì)/發(fā)軸系雖是四支承，但發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子之間跨距較大、轉(zhuǎn)子質(zhì)量較大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速接近或高于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速；
2/勵(lì)/發(fā)軸系是三支承，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速接近或高于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速大于2200r/min。
2、加重試驗(yàn)
經(jīng)上述直觀判斷后，通過(guò)轉(zhuǎn)子上加重實(shí)測(cè)a值，即可得到證實(shí)，加重方法和要求見(jiàn)本章第三節(jié)。正常機(jī)組不平衡響應(yīng)值可參考表2-2，若實(shí)測(cè)響應(yīng)值較表2-2所列值主高出2倍以上，即可認(rèn)為軸系平平衡響應(yīng)顯著偏高。
2.5.3.2 不平衡響應(yīng)正常的機(jī)組不穩(wěn)定不平衡軸向位置判斷
不穩(wěn)定不平衡軸向位置判斷的主要依據(jù)，是軸系各轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速、工作轉(zhuǎn)速（空負(fù)荷、帶負(fù)荷）下振動(dòng)變化量及其在軸系中的分布，振動(dòng)變化量的取得詳見(jiàn)2.5.4。
依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的振動(dòng)變化現(xiàn)象，可歸納為下列幾種類型：
1.工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化不大，第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化十分顯著。
平衡變化是發(fā)生在轉(zhuǎn)子中部，或沿轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度均布。
2.工作轉(zhuǎn)速和第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化均較大。
當(dāng)平衡變化發(fā)生在轉(zhuǎn)子一端，或兩端不對(duì)稱，轉(zhuǎn)子外伸端平衡變化是由轉(zhuǎn)子撓曲增大引起的，例如外伸端轉(zhuǎn)軸碰磨，也會(huì)產(chǎn)生這種振動(dòng)特征。
3.工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化很顯著，第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化不大。
平衡變化發(fā)生在轉(zhuǎn)子外伸端，從有關(guān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)變化量值大小，可直接判明平衡變化是發(fā)生在轉(zhuǎn)子外伸的哪一端。
2.5.3.3 不平衡響應(yīng)過(guò)高的機(jī)組不穩(wěn)定平衡軸向位置判斷
當(dāng)不穩(wěn)定不平衡發(fā)生在響應(yīng)值過(guò)高的軸系中時(shí)，不能依據(jù)振幅變化量值在軸系中的分布直觀地確定平衡變化是發(fā)生在轉(zhuǎn)子主跨內(nèi)還是在轉(zhuǎn)子外伸端，而應(yīng)該依據(jù)下列振動(dòng)特征才能作出判斷：
1/主跨轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速（空負(fù)荷、帶負(fù)荷）下和第二臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化不大，第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化十分顯著；外伸轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速和第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化較大。
平衡變化發(fā)生在主跨轉(zhuǎn)子中部，或沿轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度均布。
2/主跨轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速、第一、第二臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化較大；外伸轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速和第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化也大。
平衡變化發(fā)生在主跨轉(zhuǎn)子一端，或兩端不對(duì)稱。
3/主跨轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速、第二臨界轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)變化十分顯著，但第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化不大；外伸轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速下和第一臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化也十分顯著。則平衡變化發(fā)生在外伸轉(zhuǎn)子上。
2.5.4 不穩(wěn)定不平衡量的估算
估算不穩(wěn)定不平衡量的目的，是依據(jù)其量值結(jié)合轉(zhuǎn)子的具體結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定不平衡性質(zhì)（表2-4）及故障特征的綜合推理、分析，對(duì)不穩(wěn)定不平衡故障部件作出診斷。
不穩(wěn)定平衡量U的估算，是根據(jù)不穩(wěn)定不平衡引起振動(dòng)值A(chǔ)1和該機(jī)以往平衡中取得的影響系數(shù)a，或同型機(jī)組的影響系數(shù)，由下列求得：
U=A1/a
式中a雖是矢量，但由于a與A1的相位往往無(wú)可比性，因此求出U的相們也沒(méi)有什么意義。
不穩(wěn)定不平衡量U引起的振動(dòng)A1，對(duì)于表2-4八類不穩(wěn)定不平衡，除轉(zhuǎn)子存在活動(dòng)部件外，其余七類不穩(wěn)定不平衡，都可以檢測(cè)到轉(zhuǎn)子原始不平衡振動(dòng)，由此可以求得平衡變化后轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速、工作轉(zhuǎn)速（空負(fù)荷、帶負(fù)荷）下振動(dòng)變化量值，計(jì)算方法見(jiàn)第三章第三節(jié)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子平衡變化發(fā)生在帶負(fù)荷過(guò)程中，例如隨有功負(fù)荷或勵(lì)磁電流增大而加大，一般需要快速打閘停機(jī)與電網(wǎng)解列，檢測(cè)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化量，這一點(diǎn)對(duì)檢查轉(zhuǎn)子熱彎曲十分重要，因?yàn)橛行┹S向?qū)ΨQ的轉(zhuǎn)子，當(dāng)其熱彎曲也軸向?qū)ΨQ時(shí)，在工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)無(wú)明顯表現(xiàn)，但在一階臨界轉(zhuǎn)速下會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，只有檢測(cè)到這一振動(dòng)特征，才能對(duì)其故障作出診斷，例如一臺(tái)國(guó)產(chǎn)50MW機(jī)組，空負(fù)荷和帶負(fù)荷下振無(wú)明顯異常，一次在40MW跳閘停機(jī)過(guò)程中發(fā)生了十分強(qiáng)烈的振動(dòng)，將廠房頂上水泥塊振落，并使汽機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了永久彎曲。事后經(jīng)調(diào)查和振動(dòng)故障診斷才查明，是因水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線嚴(yán)重堵塞，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生顯著熱彎曲。這種熱彎曲在工作轉(zhuǎn)速下無(wú)明顯振動(dòng)的原因，見(jiàn)第三章第四節(jié)。因此懷疑機(jī)組帶負(fù)荷后轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲，在打閘停機(jī)后檢測(cè)臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)時(shí)，為了避免振動(dòng)過(guò)大引起事故，應(yīng)先帶50%負(fù)荷解列停機(jī)，觀察振動(dòng)；若振動(dòng)不大，再帶大負(fù)荷解列停機(jī)，進(jìn)行測(cè)試。
當(dāng)轉(zhuǎn)子上存在活動(dòng)部件時(shí)，由于活動(dòng)部件在轉(zhuǎn)子方向變化的隨機(jī)性，往往檢測(cè)不到轉(zhuǎn)子原始不平衡引起的振動(dòng)矢量，所以活動(dòng)部件引起的振動(dòng)不是簡(jiǎn)單地等于兩次啟動(dòng)中的振動(dòng)矢量差，而必須從多次啟動(dòng)中找出兩次（不一定是相鄰的兩次）振動(dòng)相位相同或差180的矢量，而且振幅差為最大的振動(dòng)，并求它們矢量差的1/2，這才是活動(dòng)部件引起的振動(dòng)。換句話說(shuō)，在不知道轉(zhuǎn)子未發(fā)生不穩(wěn)定不平衡之前的原始振動(dòng)幅值和相位的情況下，只有檢測(cè)到兩次啟動(dòng)中轉(zhuǎn)子上活動(dòng)部件分別處在轉(zhuǎn)子原始不平衡相同和相反位置上的振動(dòng)，才能求得不穩(wěn)定不平衡引起的振動(dòng)。但是在實(shí)際中很難碰到這種機(jī)會(huì)，尤其是在機(jī)組啟停次數(shù)較少的情況下更不容易，因此在大多數(shù)情況下，采取從多次啟動(dòng)中找出兩次振動(dòng)相位相同或相反，而且振幅差為最大的振動(dòng)，求其矢量差的1/2，再乘以修正系數(shù)K=1.1-1.5，作為近似不穩(wěn)定不平衡引起的振動(dòng)。
修正系數(shù)K由兩次啟動(dòng)檢測(cè)的相同或相反振相位的偏差值決定，若其偏差值較大，K值取上限。
第六節(jié) 隨機(jī)變化的不穩(wěn)定不平衡
所謂隨機(jī)變化，是指轉(zhuǎn)子不平衡的量值、方向及發(fā)生與否是不可預(yù)測(cè)的。這種不穩(wěn)定不平衡可以發(fā)生在停機(jī)后、啟停過(guò)程中、空負(fù)荷下、帶負(fù)荷過(guò)程中。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的這一類不穩(wěn)定不平衡特點(diǎn)，可將其分成三類，如表2-4。下面分別討論每一類不穩(wěn)定不平衡振動(dòng)機(jī)理、故障特征、故障源和消除方法。
2.6.1 短時(shí)間停機(jī)后產(chǎn)生的不平衡
機(jī)組在正常運(yùn)行中振動(dòng)往往比較穩(wěn)定，但當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至500r/min以下，或靜止后再次啟動(dòng)，振動(dòng)幅值和相位有可以發(fā)生顯著變化，引起這種振動(dòng)故障的原因如下。
2.6.1.1 轉(zhuǎn)子上（內(nèi)）存在活動(dòng)部件
引起振動(dòng)變化最常見(jiàn)的故障是平衡重塊在平衡槽內(nèi)自由移動(dòng)，其次是轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中空部分有固體異物，特別是內(nèi)腔直徑較大的反動(dòng)式轉(zhuǎn)鼓和波形聯(lián)軸器，對(duì)于50-300MW機(jī)組來(lái)說(shuō)，當(dāng)其內(nèi)腔中存有500g以上固體物件時(shí)，即能引起軸承振動(dòng)的顯著變化。引起振動(dòng)變化的原因是由于轉(zhuǎn)子上平衡重塊或內(nèi)腔中固體異物位置不定，當(dāng)活動(dòng)部件處在轉(zhuǎn)子殘余不平衡同一位置上時(shí)，呈現(xiàn)的振動(dòng)為最大；相反，活動(dòng)部件處在轉(zhuǎn)子殘余不平衡相反位置上時(shí)，振動(dòng)最小。但在高速下，由于離心力的作用，這些活動(dòng)部件在轉(zhuǎn)子的位置是固定的，因而機(jī)組正常運(yùn)行中振動(dòng)穩(wěn)定。
當(dāng)反動(dòng)式轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔進(jìn)入液體量較大時(shí)，它所產(chǎn)生的直接不平衡也能激起顯著振動(dòng)；對(duì)沖動(dòng)式汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，液體產(chǎn)生的直接不平衡對(duì)振動(dòng)影響很小，但是不論是沖動(dòng)式還是反動(dòng)式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，內(nèi)腔 存有液體都將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲。
當(dāng)轉(zhuǎn)軸上的套裝部件（例如葉輪、聯(lián)軸器、軸封套等）失去緊力時(shí)，由于這些零件在套裝連接處都設(shè)有鍵，因此不論是在低速下還是在高速下，這些零件在圓周方向都不能自由移動(dòng)，而且徑向不對(duì)稱位移量很小，其直接不平衡量可以忽略，這一點(diǎn)在2.5.1中已作了詳細(xì)分析。但是由于一般套件推動(dòng)緊力時(shí)，不論質(zhì)量大小，都將產(chǎn)生隨機(jī)組運(yùn)行工況的變化而變化的不穩(wěn)定不平衡。
轉(zhuǎn)子上（內(nèi)）存在活動(dòng)部件在現(xiàn)場(chǎng)較為常見(jiàn)，但查明這種故障一般都要經(jīng)多次啟停并花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，而且故障原因往往還是在無(wú)意中偶然發(fā)現(xiàn)的。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是診斷方法不當(dāng)。實(shí)際上這種故障診斷方法比較簡(jiǎn)單，其要點(diǎn)是：振動(dòng)是普通強(qiáng)迫振動(dòng);排除了軸承座動(dòng)剛度變化因素；振動(dòng)變化是在轉(zhuǎn)子靜止以后再次啟動(dòng)中（必要時(shí)應(yīng)連續(xù)啟停２-３次，觀察振動(dòng)變化）發(fā)生的；通過(guò)不穩(wěn)定不平衡向位置及不平量的判斷及轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的分析，可以判明不穩(wěn)定不平衡發(fā)生部位以及是由哪一個(gè)部件故障所引起的。
因此在同樣激振力作用下，前者振幅要比后者小得多得多，而且鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)自由度比水泥基礎(chǔ)多得多，因此升速過(guò)程有鋼結(jié)構(gòu)的機(jī)組，會(huì)出現(xiàn)多支承系統(tǒng)共振轉(zhuǎn)速，對(duì)水泥基的大多數(shù)機(jī)組來(lái)說(shuō)，其支承系統(tǒng)自
若同型機(jī)組在其它電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)普遍不大，說(shuō)明該型機(jī)組軸承座動(dòng)鋼度正常；若該型機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)普遍較大，從已做的工作中應(yīng)能查明這種形式機(jī)組振動(dòng)過(guò)大 原因和振動(dòng)性質(zhì)，若是普通強(qiáng)迫振動(dòng)，則要進(jìn)一步分析是轉(zhuǎn)子不平
2.6.1.2 轉(zhuǎn)子存在殘余彎曲
轉(zhuǎn)子靜止一段時(shí)間后，由于其上下存在溫差，轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生熱彎曲，這種彎曲本可以通過(guò)大軸彎曲指示器判明，但由于目前一般彎曲指示器不可信和有時(shí)重視不夠，如轉(zhuǎn)子沖動(dòng)時(shí)尚存在熱彎曲，就使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡從而引起振動(dòng)，特別是通過(guò)轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)更為強(qiáng)烈。不過(guò)這種故障只要讓機(jī)組連續(xù)運(yùn)行2~3h,即可自行消失，因此這種故障診斷比較容易。
2.6.1.3 汽缸進(jìn)水引起轉(zhuǎn)子永久彎曲
停機(jī)不久汽缸大量進(jìn)水，轉(zhuǎn)子被水浸泡時(shí)，因局部受到驟冷，會(huì)使轉(zhuǎn)軸形成塑性變形，造成轉(zhuǎn)子永久彎曲，這種彎軸事故在國(guó)內(nèi)已發(fā)生多起。
停機(jī)后轉(zhuǎn)子遭到驟冷形成彎曲所產(chǎn)生的振動(dòng)，其特征與轉(zhuǎn)子存在殘余熱彎曲引起的振動(dòng)基本相同，不同的是轉(zhuǎn)子經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，振動(dòng)幅值和相位不會(huì)發(fā)生明顯變化。
在盤車狀態(tài)下，如果大軸彎曲指示器讀數(shù)增大，并經(jīng)2h以上連續(xù)盤車后讀數(shù)仍不能復(fù)原，即可斷定轉(zhuǎn)軸已經(jīng)發(fā)生永久彎曲。
2.6.1.4 固定式和彈性式心環(huán)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子套箍或心環(huán)失去緊力
對(duì)于容量大于25MW的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，當(dāng)采用彈性式或固定式心環(huán)時(shí)，在較顯著動(dòng)靜撓曲作用下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部套裝的心環(huán)和套箍，在嵌裝面處會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的軸向擠壓和拉伸力。當(dāng)套裝零件配合處緊力不足時(shí)，嵌裝面面處會(huì)發(fā)生相對(duì)軸向位移。如果配合緊力不是完全喪失，這種軸向位移會(huì)把轉(zhuǎn)子動(dòng)、靜撓曲貯存起來(lái)，使轉(zhuǎn)子形成永久彎曲。貯存的永久彎曲值與轉(zhuǎn)子靜撓曲值、轉(zhuǎn)子靜止某一點(diǎn)向上的時(shí)間、套裝緊力值等因素有關(guān)。
由于轉(zhuǎn)子兩端套箍或心環(huán)配合緊力不等，貯存的永久彎曲值軸向一般不對(duì)稱，所以這種暫時(shí)性永久彎曲引起的轉(zhuǎn)子不平衡主要含有一階分量，此處還含有明顯的二階分量，因此這種故障引起的振動(dòng)，不僅在轉(zhuǎn)子的第一臨界轉(zhuǎn)速下有顯著變化，而且在工作轉(zhuǎn)速下也有較大的變化。
轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，其一階撓曲雖然很小，但在二、三階不平衡分量作用下，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了二、三階撓曲，由此使轉(zhuǎn)子貯存的永久彎曲仍不能得到恢復(fù)，所以存在這種故障的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在工作轉(zhuǎn)速下經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行振動(dòng)不能復(fù)原，但下次停機(jī)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子向上點(diǎn)的位置和靜止時(shí)間的不同，新貯存彎曲值及方向?qū)l(fā)生改變，這是引起再次啟動(dòng)振動(dòng)發(fā)生變化的原因。顯然這種永久彎曲造成的不平衡不像轉(zhuǎn)子上（內(nèi)）存在活動(dòng)部件那樣自由，所以仍然可以采用調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡的方法使振動(dòng)獲得暫時(shí)的改善。
2.6.2 長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)產(chǎn)生的不平衡
長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后產(chǎn)生不平衡，包括了上述分析的短時(shí)間停機(jī)后產(chǎn)生的四類不穩(wěn)定不平衡，因此只有排除了這些不穩(wěn)定不平衡故障之后，才能對(duì)這種不穩(wěn)定不平衡作出診斷。
機(jī)組停運(yùn)數(shù)周或幾個(gè)月，在此期間沒(méi)有采取有效的防腐措施和未能定期盤動(dòng)轉(zhuǎn)子，致使轉(zhuǎn)子下部有較多的機(jī)會(huì)與子失去平衡。這種不平衡對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)子而言，影響較大的是小容量高轉(zhuǎn)速汽機(jī)轉(zhuǎn)子，而對(duì)于容量大于25MW的汽機(jī)轉(zhuǎn)子，這種不穩(wěn)定不平衡一般不會(huì)使機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生明顯的變化。
2.6.3 運(yùn)行中突然產(chǎn)生的不平衡
機(jī)組在正常的啟動(dòng)、空負(fù)荷、負(fù)荷不變、負(fù)荷升降過(guò)程中，基頻振動(dòng)突然增大。這種不穩(wěn)定不平衡在運(yùn)行的機(jī)組上較為常見(jiàn)，引起這種不平衡故障的原因如下。
2.6.3.1 動(dòng)靜碰磨
動(dòng)靜碰磨可以引起磨擦抖動(dòng)、磨擦渦動(dòng)使轉(zhuǎn)子熱彎曲而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)。磨擦抖動(dòng)在轉(zhuǎn)速較低時(shí)才能發(fā)生，故對(duì)機(jī)組影響很小。磨擦渦動(dòng)雖然在高速下發(fā)生，但由于轉(zhuǎn)速很高，動(dòng)靜之間一旦碰磨，接觸部分的金屬很快磨損并熔化，脫離接觸。由現(xiàn)場(chǎng)多臺(tái)機(jī)組葉輪與隔板嚴(yán)重碰磨證明，引起的激振力很小，所以當(dāng)時(shí)振動(dòng)并沒(méi)有明顯異常。因此對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，動(dòng)青碰磨產(chǎn)生的振動(dòng)，主要是指碰磨發(fā)生的轉(zhuǎn)軸處，產(chǎn)和熱彎曲而引起不平衡振動(dòng)。
轉(zhuǎn)軸碰磨引起機(jī)組振動(dòng)突然增大，這是運(yùn)行最常見(jiàn)的振動(dòng)故障之一。轉(zhuǎn)軸碰磨發(fā)生在不同的轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)特征差別較大，具體診斷方法見(jiàn)本章第九、十節(jié)。
2.6.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫
在機(jī)組運(yùn)行中最常發(fā)生飛脫的轉(zhuǎn)動(dòng)部件是汽輪機(jī)葉片，但是葉片飛脫并不是在振動(dòng)上都有明顯的反映，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫對(duì)振動(dòng)的影響主中決定飛脫部件質(zhì)量、所處的半徑、軸向位置、與轉(zhuǎn)子原始不平衡之間的夾角。對(duì)于50~300MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，若飛脫部件所處半徑為0.5m,而且在轉(zhuǎn)子兩端，在3000r/min下，其影響系數(shù)（轉(zhuǎn)子上加單位 重量引起的振幅變化值，詳見(jiàn)第三章第三節(jié)）約為20~60μm/kg.當(dāng)機(jī)組原始振動(dòng)較小時(shí)，如汽輪機(jī)最后幾級(jí)葉片中有一片飛脫，就會(huì)使機(jī)組振動(dòng)明顯增大；但是當(dāng)機(jī)組原始振動(dòng)較大時(shí)，如果飛脫的葉片與轉(zhuǎn)子原始不平衡同相或反相，則振動(dòng)也會(huì)發(fā)生顯著變化；如果其夾角為120°左右，只測(cè)承振幅是看不出振幅有明顯變化的，因此為了掌握轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫對(duì)振動(dòng)的影響，在測(cè)量振幅的同時(shí)，必須測(cè)量相位。
由上述提供的影響系數(shù)可知，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)或高壓葉片飛脫時(shí)，由于葉片質(zhì)量較小，對(duì)振動(dòng)的影響也較小。
另外，當(dāng)飛脫葉片處在轉(zhuǎn)子中部時(shí)，它所引起的主要是一階不平衡分量；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，這種不平衡分量對(duì)振動(dòng)的影響也很小，即使飛脫部件重達(dá)1kg,工作轉(zhuǎn)速的振動(dòng)變化也不大，但在第一臨界轉(zhuǎn)速下它將產(chǎn)生較大的振動(dòng)。
現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫很少發(fā)生。但是這種故障不論是發(fā)生在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上還是發(fā)生在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，根據(jù)普通強(qiáng)迫振動(dòng)變化的突然性和一次性，在排除動(dòng)靜磨擦、轉(zhuǎn)軸和水接觸、聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸套裝處失去緊力等故障之后，都是可以作出診斷的，但要注意區(qū)分發(fā)電機(jī)負(fù)序電流過(guò)大引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子套箍失去緊力而造成的振動(dòng)突然變化。
2.6.3.3發(fā)電機(jī)負(fù)序電流過(guò)大引起套箍失去緊力
由于發(fā)電機(jī)靜子負(fù)電流的作用，轉(zhuǎn)子表面將產(chǎn)生渦流，特別是轉(zhuǎn)子的端部，表面溫度將升高。由于套箍熱容量較小，其瞬間平均溫度將顯著高于轉(zhuǎn)子本體，這就使套裝部件之間形成溫差而失去緊力。
根據(jù)目前我國(guó)投運(yùn)的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子套箍和本體之間連接緊力標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于3000r/min轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，冷態(tài)松脫轉(zhuǎn)速不小于3700r/min,因此在3000r/min下殘留的緊力已不大，當(dāng)套箍和本體之間存在溫差時(shí)，很容易使套箍緊力消失。
發(fā)電機(jī)負(fù)序電流是由三相負(fù)載不對(duì)稱引起的，在有些電網(wǎng)中，例如帶有叫氣機(jī)車負(fù)荷遙電網(wǎng)，一般不對(duì)稱負(fù)載比較大，而且延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，所以在這些電網(wǎng)中運(yùn)行的有些發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡經(jīng)常惡化。
發(fā)電機(jī)單相對(duì)地或兩相之間短路是造成大負(fù)序電流的另一個(gè)重要原因。這種故障的直接影響是造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面和端部過(guò)熱，有時(shí)還會(huì)造成機(jī)組振動(dòng)突然惡化和套箍嵌裝面之間嚴(yán)重?zé)齻?
負(fù)序電流過(guò)大引起振動(dòng)惡化的原因是由于套箍失去緊力，在不平衡力矩和不平衡力的直接作用下，套箍和轉(zhuǎn)子端部線包發(fā)生不對(duì)稱徑向位移，使轉(zhuǎn)子平衡惡化。
這種故障只是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生，根據(jù)電網(wǎng)不對(duì)稱負(fù)載或瞬間發(fā)生短路的時(shí)間與機(jī)組振動(dòng)發(fā)生變化時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便可明確振動(dòng)變化的原因。最后通過(guò)檢查發(fā)電機(jī)套箍晃擺值和嵌裝面處是否有過(guò)熱和電弧燒傷痕跡而得到證實(shí)。當(dāng)嵌裝面沒(méi)有發(fā)生明顯燒傷而只是轉(zhuǎn)子平衡惡化時(shí)，可以采用調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡的方法改善機(jī)組振動(dòng)。
防止發(fā)電機(jī)負(fù)序電流使機(jī)組振動(dòng)惡化的措施有：
1.限制發(fā)電機(jī)不對(duì)稱負(fù)載；
2.增加套箍和轉(zhuǎn)子本體之間連接緊力，但這是大容量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)中的一個(gè)難題，因此采用這個(gè)措施要慎重；
3.合理補(bǔ)償發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部不平衡。
2.6.3.4 轉(zhuǎn)軸與水接觸
由于疏水不暢、汽缸進(jìn)水、水封漏水等原因，可能導(dǎo)致運(yùn)行中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸與水接觸，從而使機(jī)組發(fā)生突然性強(qiáng)烈振動(dòng)，這種現(xiàn)象在現(xiàn)場(chǎng)較為常見(jiàn)，在新機(jī)啟動(dòng)和大修后啟動(dòng)較容易發(fā)生。
轉(zhuǎn)軸與水接觸引起突然增大是由于轉(zhuǎn)軸局部遭到冷卻，使轉(zhuǎn)子形成熱彎曲而引起不平衡振動(dòng)。但是這種故障引起轉(zhuǎn)子熱彎曲不像其他原因引起轉(zhuǎn)子熱彎曲的產(chǎn)生和消失都有一個(gè)緩慢的過(guò)程，轉(zhuǎn)子遇水局部遭到冷卻引起熱彎曲很短，一般只要1-2min即可使機(jī)組的振動(dòng)增大到100µm以上，同樣在這么短的時(shí)間內(nèi)強(qiáng)烈振動(dòng)即可消失。這是由于轉(zhuǎn)子遇水后引起轉(zhuǎn)子熱彎曲的熱交換強(qiáng)度非常高，轉(zhuǎn)軸一旦與水接觸或停止接觸，轉(zhuǎn)子熱彎曲形成或消失很快完成，所以采用快速停機(jī)，測(cè)取轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化和盤車轉(zhuǎn)速下測(cè)轉(zhuǎn)子彎曲值，是不能驗(yàn)證轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中是否發(fā)生熱彎曲的。
有時(shí)抽汽管和疏水管內(nèi)的積水連續(xù)地少量泄到轉(zhuǎn)軸上，使轉(zhuǎn)子熱彎曲維持幾個(gè)小時(shí)，甚至1-2d,尤其是帶水封的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，能維持幾百個(gè)小時(shí)較為穩(wěn)定的彎曲。但直至目前，水泄到高速旋轉(zhuǎn)的高溫轉(zhuǎn)國(guó) 上引起穩(wěn)定的熱彎曲機(jī)理還不清楚。
國(guó)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組冷態(tài)和熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，在中速、升速或帶負(fù)荷過(guò)程中發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，有些機(jī)組啟動(dòng)7-8次，持續(xù)2-3天，都未能升至3000r/min�，F(xiàn)場(chǎng)往往將這種振動(dòng)診斷為由汽缸膨脹受阻引起，但實(shí)際是疏水不暢轉(zhuǎn)軸工與水接觸，轉(zhuǎn)子熱彎曲所致。對(duì)其中一臺(tái)國(guó)產(chǎn)125MW機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)中的振動(dòng)作了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，具體測(cè)試和診斷結(jié)果見(jiàn)本章第十六節(jié)。關(guān)于汽缸膨脹受阻引起的機(jī)理和診斷方法，見(jiàn)本章第八節(jié)。
第七節(jié) 隨時(shí)間變化的不穩(wěn)定不平衡
隨時(shí)間變化的不穩(wěn)定不平衡，是發(fā)生在工作轉(zhuǎn)速空負(fù)荷、帶負(fù)荷下，隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間（s、min、h或月）而變化的，基頻振動(dòng)按一定規(guī)律發(fā)生變化，因此對(duì)未來(lái)時(shí)間內(nèi)振動(dòng)幅值和相位，一般可以大致預(yù)測(cè)，按目前現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的振動(dòng)與時(shí)間的關(guān)系，這一類不平衡可分為以下兩種形式。
2.7.1擴(kuò)展式不平衡
振動(dòng)隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸增大，早期階段比較2-3個(gè)月前后的振動(dòng)測(cè)量才能看出變化，爾后振動(dòng)變化速度逐漸加快，但不論是早期、中期、晚期，在1-2d內(nèi)振幅和相位仍是穩(wěn)定的，因此常常采用調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡的方法，使振動(dòng)獲得暫時(shí)的改善，但平衡重量計(jì)算誤差較大，而且當(dāng)故障發(fā)展到后期時(shí)，再用調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡的方法，其效果很差。
產(chǎn)生這種振動(dòng)的故障有組合式轉(zhuǎn)子軸向連接緊力不足（連接螺栓松弛或連接局部斷裂）和轉(zhuǎn)軸存在橫向裂紋。這兩種故障引起的振動(dòng)，除隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)而發(fā)生變化外，還有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
2.7.1.1引起普通強(qiáng)迫振動(dòng)
當(dāng)轉(zhuǎn)軸存在橫向裂紋或組合工轉(zhuǎn)子軸向連接緊力不足時(shí)，轉(zhuǎn)軸剛度降低，這不 僅增大了轉(zhuǎn)子不平衡靈敏度，而且使轉(zhuǎn)子運(yùn)行中撓曲值增大產(chǎn)生的不平衡，使振動(dòng)進(jìn)一步增大。國(guó)外資料報(bào)導(dǎo)的裂紋轉(zhuǎn)子監(jiān)測(cè)結(jié)果和國(guó)內(nèi)三臺(tái)機(jī)組的組合式轉(zhuǎn)子軸向連接緊力不足引起振動(dòng)的測(cè)試表明，振動(dòng)隨時(shí)間變化地最明顯的是1x振動(dòng)分量，即主要以普通強(qiáng)迫振動(dòng)形式出現(xiàn)。
轉(zhuǎn)軸裂紋擴(kuò)展而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生新的不平衡量與轉(zhuǎn)子原始不平衡量疊加，反映了轉(zhuǎn)子當(dāng)時(shí)的平衡狀態(tài)，所以在裂紋開(kāi)始階段，振動(dòng)幅值變化與裂紋徑向位置、轉(zhuǎn)子原始不平衡方向及不平衡量有關(guān)。通過(guò)振動(dòng)變化監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸裂紋時(shí)，除應(yīng)測(cè)量振幅外，還應(yīng)測(cè)量振動(dòng)相位。但是當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定深度時(shí)，新的不平衡量顯著大于轉(zhuǎn)子原始不平衡量，這時(shí)從振幅值變化即能看出裂紋擴(kuò)展情況。
2.7.1.2 引起倍頻振動(dòng)
當(dāng)裂紋發(fā)展到一定深度時(shí)，會(huì)引起轉(zhuǎn)子徑向剛性不對(duì)稱，產(chǎn)生1/2x、2x、3x等倍頻振動(dòng)。
2.7.1.3 振動(dòng)隨轉(zhuǎn)子溫度升高而加大
當(dāng)轉(zhuǎn)軸裂紋發(fā)展到一定深度時(shí)，對(duì)汽輪轉(zhuǎn)子來(lái)講，振動(dòng)隨機(jī)組有功負(fù)荷的增大而增大；對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)講，振動(dòng)隨勵(lì)磁電流的增大而增大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是轉(zhuǎn)子軸向傳熱熱阻不對(duì)稱使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲。這種現(xiàn)象的診斷在下面還要作進(jìn)一步討論。
轉(zhuǎn)子裂紋引起的振動(dòng)，除與裂紋深度有關(guān)外，還與裂紋的軸向位置有關(guān)。轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)軸裂紋產(chǎn)生的振動(dòng)由轉(zhuǎn)子撓曲所決定，不一定都能充分地反映出來(lái)，因此監(jiān)測(cè)振動(dòng)診斷裂紋時(shí)，除應(yīng)監(jiān)測(cè)振動(dòng)與時(shí)間9（天、周、月）和機(jī)運(yùn)行工況的關(guān)系外，還應(yīng)利用升降速的機(jī)會(huì)，測(cè)取轉(zhuǎn)子1/2x、1x、2x分量的波德線。如果發(fā)現(xiàn)在1/2和一倍轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速下及工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)幅值隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)喑的增長(zhǎng)而有規(guī)律地增大，而且1-2年內(nèi)在未檢修轉(zhuǎn)子的情況下，進(jìn)行過(guò)多次軸系平衡，那么此時(shí)應(yīng)停機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行探傷或裂紋直觀檢查。
2.7.2 旋轉(zhuǎn)性不平衡
旋轉(zhuǎn)性不平衡引起的振動(dòng)幅值和相位會(huì)發(fā)生周期性變化，即振幅由大到小，再逐漸增大，振幅變化一個(gè)周期，相位的變化是決定于旋轉(zhuǎn)性不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)幅值，當(dāng)旋轉(zhuǎn)性不平衡振動(dòng)大于轉(zhuǎn)子原始不平衡振動(dòng)時(shí)，要位將變化360°；如果旋轉(zhuǎn)性不平衡振動(dòng)小于轉(zhuǎn)子原始不平衡振動(dòng)，則振動(dòng)相位只是在一定范圍內(nèi)變化。
振動(dòng)變化周期長(zhǎng)短主要決定于機(jī)組形式和故障性質(zhì)，根據(jù)目前在機(jī)組上檢測(cè)到的結(jié)果，短者只有10s左右，長(zhǎng)者1-2h。 產(chǎn)生這種振動(dòng)現(xiàn)象的原因是轉(zhuǎn)子上存在一個(gè)隨時(shí)間變化而緩慢旋轉(zhuǎn)的不平測(cè)量，這好像試加重量周法找轉(zhuǎn)子平衡一樣，當(dāng)旋轉(zhuǎn)性不平衡與轉(zhuǎn)子原始不平衡在同一位置時(shí)，呈現(xiàn)的振動(dòng)為最大；相反，當(dāng)旋轉(zhuǎn)性不平衡與轉(zhuǎn)子原始不平衡方向相反時(shí)同，呈現(xiàn)的振動(dòng)為最小。振幅與加重位置（即時(shí)間）的關(guān)系近似一條正弦曲線。當(dāng)然，試加重量周移法是人為和不連續(xù)地改變加重位置，而旋轉(zhuǎn)性不平衡是隨時(shí)間變化而自動(dòng)地、連續(xù)地改變方向。但是實(shí)際轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)性不平衡量在不同時(shí)間內(nèi)不昌穩(wěn)定不變的，而且周期也不是恒定的，因此呈現(xiàn)的振動(dòng)與時(shí)間的關(guān)系不是嚴(yán)格地按正弦規(guī)律變化的。
引起旋轉(zhuǎn)性不平衡的原因有轉(zhuǎn)軸與密封材料（塑料、毛氈）、滑環(huán)與炭刷、整流子與炭刷、軸頸與軸瓦、發(fā)電機(jī)密封瓦與轉(zhuǎn)軸之間的磨擦，它們都將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生定量熱彎曲，其彎曲方向?qū)⒅芷谧兓?
轉(zhuǎn)軸與靜止部件直接磨擦而產(chǎn)生的熱彎曲（不平衡），其方向是周期性變化的，但是由于變化周期很短，并且轉(zhuǎn)子熱彎曲數(shù)值劇烈地增大，因此從測(cè)量結(jié)果是不容易觀察到這種周期性變化過(guò)程的。當(dāng)靜止部件與轉(zhuǎn)子間接發(fā)生磨擦，例如與套裝在轉(zhuǎn)軸上的零件發(fā)生磨擦?xí)r，由于這些零件與轉(zhuǎn)軸之間裝有傳熱不良的絕緣層或軸頸與軸瓦之間存在油膜，轉(zhuǎn)子熱彎曲方向的變化周期將顯著延長(zhǎng)，而且這些零件承受的是連續(xù)磨擦，在接觸壓力、線速度、表面粗糙度和材料等因素一定時(shí)，引起轉(zhuǎn)子熱彎曲的數(shù)值基本不變，熱彎曲方向?qū)㈨樲D(zhuǎn)向或逆轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)。這種熱彎曲產(chǎn)生的不平衡量在一般機(jī)組上并不顯著，因而它不會(huì)引起明顯的振動(dòng)，所以很難觀察到這種現(xiàn)象。但是下列情況下，這種不平衡將引起顯著振動(dòng)。
2.7.2.1 傳給轉(zhuǎn)軸的磨擦發(fā)熱量較大使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了明顯的旋轉(zhuǎn)性熱彎曲
在設(shè)計(jì)勵(lì)磁機(jī)整流子和發(fā)電機(jī)滑環(huán)時(shí)，應(yīng)盡量減少傳至轉(zhuǎn)軸的磨擦熱，這是減少轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)性熱彎曲的關(guān)鍵。但是某些轉(zhuǎn)子受結(jié)構(gòu)的限制或忽視了這個(gè)問(wèn)題，例如國(guó)產(chǎn)ZLG-320勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子，其整流子表面線速度達(dá)40m/s，為了保證整流子在運(yùn)行中不與轉(zhuǎn)軸之間發(fā)生移動(dòng)，在裝配整流子時(shí)增大了軸向預(yù)緊力（22t），而且也增大了速流片與轉(zhuǎn)軸之間的接觸面，在較大的接觸壓力作用下，顯著降低了速流片(運(yùn)行中整流片表面在溫度高達(dá)150°C以上)與轉(zhuǎn)軸之間的熱阻，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了較大的旋轉(zhuǎn)性熱彎曲。
當(dāng)振動(dòng)幅值和相位發(fā)生周期性變化時(shí)，快速停機(jī)測(cè)取熱彎曲（熱態(tài)晃擺值與原始值矢量差的1/2），其值達(dá)0.05-0.07mm。各次測(cè)得的彎曲方向變化無(wú)常，表明這種熱彎曲確實(shí)是旋轉(zhuǎn)的。經(jīng)1-2h連續(xù)盤車后熱彎曲便消失。
后來(lái)通過(guò)降低整流子軸向預(yù)緊力（拼帽旋松90°），使空負(fù)荷（有炭刷）和額定勵(lì)磁電流下旋轉(zhuǎn)性不平衡引起的振動(dòng)減少到5-10µm,而且穩(wěn)定的振動(dòng)由原來(lái)的90-100µm降到40-50µm。由此證明原來(lái)整流子預(yù)緊力過(guò)大是造成旋轉(zhuǎn)性不平衡的主要原因之一。
軸頸與軸瓦之間的磨擦產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)性不平衡量一般很小。因此只能在一平衡靈敏度很高的軸系中才能觀察到這處振動(dòng)，但是當(dāng)轉(zhuǎn)子存在彎曲（永久和熱彎曲）且國(guó)同瓦間隙較小時(shí)，在一般的軸系中振幅也會(huì)呈現(xiàn)周期性波動(dòng)。
在以往處理轉(zhuǎn)子熱彎曲振動(dòng)中，曾觀察到軸承振動(dòng)與相應(yīng)軸瓦烏金溫度有著良好的相關(guān)性，但只是烏金溫度隨軸瓦振動(dòng)增大升高，這是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲增大后，在一定的軸瓦間隙下，磨擦發(fā)生熱量增大所致，但振幅和烏金并不存在周期性波動(dòng)。
該機(jī)因轉(zhuǎn)軸上零件套裝緊力不足在帶負(fù)荷過(guò)程中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生了熱彎曲，由此誘發(fā)軸瓦半速渦動(dòng)。為了提高軸瓦穩(wěn)定性，將1、2瓦隙由原來(lái)的0.32mm、0.42mm減至0.22mm。帶負(fù)荷后軸瓦半速渦動(dòng)消除了，但原來(lái)1.2.3瓦振動(dòng)隨機(jī)駔有功負(fù)荷增大而加大的現(xiàn)象依然存在（轉(zhuǎn)子熱彎曲沒(méi)有消除），又發(fā)生了振幅明顯波動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)懷疑這種波動(dòng)與轉(zhuǎn)軸上零件失去套裝緊力有關(guān)，但考慮到在在減少軸瓦頂隙振幅并不存在波動(dòng)，而且目前1瓦烏金溫度（2瓦烏金存在波動(dòng)，但沒(méi)有1瓦明顯）與1瓦振幅存在同相的顯著波動(dòng)，由此看來(lái)振幅波動(dòng)與軸頸磨擦發(fā)熱有關(guān)。這琰一點(diǎn)通過(guò)將1、2瓦頂隙由原來(lái)的0.22mm擴(kuò)大到0.25-0.28mm后，振幅和烏金溫度波動(dòng)基本消失得到證明。
2.7.2.2 在磨擦發(fā)熱的軸段上不平衡靈敏度太高
盡管這種正常磨擦發(fā)熱產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)性熱彎曲很小，并且引起的不平衡量所產(chǎn)生的振動(dòng)在一般的轉(zhuǎn)子上反映不出來(lái)，但是對(duì)于磨擦發(fā)熱處不平衡靈敏度特別高的轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，這種不大的旋轉(zhuǎn)性熱彎曲將會(huì)引起顯著的周期性振動(dòng)變化。
就國(guó)辦已發(fā)現(xiàn)的振動(dòng)而論，造成不平衡響應(yīng)特別靈敏的原因主要是轉(zhuǎn)子外伸端太長(zhǎng)和外伸質(zhì)量太大。例如元寶山1號(hào)機(jī)5瓦（發(fā)電機(jī)后瓦）側(cè)外伸端轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)3m，重量達(dá)2t多，因而要在外伸端滑環(huán)附近的小風(fēng)扇上加重，這對(duì)發(fā)電機(jī)前后垂直方向的影響系數(shù)高達(dá)500-900µm/(kg.m),較國(guó)內(nèi)運(yùn)行的50-300MW機(jī)組高8-14倍。還有像國(guó)產(chǎn)300MW汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的外伸長(zhǎng)度達(dá)2m,外伸質(zhì)量近1t,導(dǎo)致軸頸與軸之間的磨擦，從而引起轉(zhuǎn)子產(chǎn)生微小的旋轉(zhuǎn)性熱彎曲，但在聯(lián)軸器附近的兩個(gè)軸承上卻呈現(xiàn)明顯振動(dòng)周期性變化的特殊振動(dòng)現(xiàn)象 振動(dòng)特性相似的軸系結(jié)構(gòu)是沙角C廠1、2、3號(hào)機(jī)，勵(lì)發(fā)采用三支本單位軸系。上述已經(jīng)指出，這種軸系不平衡響應(yīng)很高. |
