振動故障診斷這一名稱國外早在40多年前就已提出，但由于當(dāng)時測試技術(shù)和振動故障特征知識的不足，所以這項技術(shù)在70年代前未有明顯發(fā)展。我國提出振動故障診斷也有20多年的歷史，由于國內(nèi)機組振動的特殊性，因而在振動故障診斷方法，故障機理研究方面，具有獨特的見解，經(jīng)過40多年現(xiàn)場故障診斷的實踐，在機組振動故障特征方面我們積累了豐富的知識，已扭轉(zhuǎn)了振動故障原因難于查明的局面。
故障診斷從目的來分，可分為在線診斷和離線診斷， 前者是對運行狀態(tài)下的機組振動故障原因作出粗線條的診斷，以便運行人員作出糾正性操作，防止事故擴大，因此診斷時間上要求很緊迫，目前采用計算機實現(xiàn)，故又稱自動診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是專家經(jīng)驗， 但是如何將分散的專家經(jīng)驗系統(tǒng)化和條理化，變成計算機的語言，是目前國內(nèi)外許多專家正在研究的一個問題，因此不能將這種診斷系統(tǒng)誤解為能替代振動專家，即使將來，也是振動專家設(shè)計和制造診斷系統(tǒng)，為缺乏振動知識和經(jīng)驗的運行人員服務(wù)， 而不是替代振動專家的作用。
離線診斷是為了消除振動故障而進行的診斷，這種診斷在時間要求上不那么緊迫，可以將振動信號、數(shù)據(jù)拿出現(xiàn)場，進行仔細地分析，討論或模擬試驗，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) 機組振動故障診斷的思路和方法
2.1.1直觀尋找振動故障
2.1.1.1振動故障直觀可見性
由于是采用肉眼或一般的測量直觀去尋找，因此能找到的振動故障必然是直觀可見的故障，例如軸承座松動、臺板接觸不好、轉(zhuǎn)子上存在自由活動部件等，對于直觀不能發(fā)現(xiàn)的故障，例如轉(zhuǎn)子不平衡，系統(tǒng)共振，汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子存在熱彎曲等故障，即使多次尋找，也無法查明。
2.1.1.2發(fā)現(xiàn)故障的偶然性
即使對于直觀可見的故障，也不是通過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，例如某廠一臺國產(chǎn)100MW機組，新機啟動發(fā)生發(fā)生2、3瓦振動大，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，都不能解說其故障原因，正在一籌莫展之際，一個運行人員無意間用聽棒在2、3瓦之間聽到異音，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)和故障機理的復(fù)雜性
顯然對于結(jié)構(gòu)和故障機理簡單的回轉(zhuǎn)機械，例如風(fēng)機、水泵、一般電動機等，采用解體直觀尋找振動故障成功率較高，但是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是大型汽輪發(fā)電機組，不僅零部件大而多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且引起振動的機理也很復(fù)雜，一次解體尋找振動故障不可能對機組每一個部件都做仔細檢查，即使是直觀可見的振動故障，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組上成功率往往是很低的。
2.1.2振動原因分析尋找
2.1.3振動故障診斷
故障診斷與上述查明故障的方法最大區(qū)別是擺脫了振動故障以眼見為實的局限性，它是采用演繹推理的方法，以故障特征為基礎(chǔ)，與振動特征進行比較、分析，或采用逐個排除的方法，對振動性質(zhì)、故障原因和具體部件作出判斷。
2.1.3.1反向推理
反向推理也稱目標直接推理，它是依據(jù)振動特征反推出振動故障原因，因此稱它反向推理。在推理過程中只與單一的目標有關(guān)，當(dāng)振動特征與故障特征符合時，即可做出診斷。
故障特征是指前人或個人在以往工作中經(jīng)歸納總結(jié)得到具體的、明確的故障所呈現(xiàn)的振動現(xiàn)象和特點；振動特征是指要診斷的機組振動，經(jīng)調(diào)查、測試、分析后歸納得出的振動現(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)軸振動必然會呈現(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)生強烈震動，則啟動中一階臨界轉(zhuǎn)速下強烈振動即為振動特征，若采用反向推理，即可做出該機組一階臨界轉(zhuǎn)速下，強烈振動故障原因是轉(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，而只要對有關(guān)的故障特征有所了解，即可進行診斷，因此目前國內(nèi)這種診斷方法應(yīng)用相當(dāng)廣泛，而且國內(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，但是在實際診斷振動故障時往往會發(fā)生下列弊病。
1.診斷結(jié)果不肯定
機組絕大多數(shù)振動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)子不平衡過大，引起的是基頻振動過大；同樣支撐動剛度不足，軸系連接同心度、平直度偏差等故障，也是基頻振動過大，也就是說故障和特征之間不是一一對應(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，就拿最簡單的振動故障轉(zhuǎn)子不平衡來說，它可以在升速過程中發(fā)生振動過大，但也有不大的，而只是在工作轉(zhuǎn)速下振動大；有時則相反。從而依據(jù)振動特征反推故障，必然會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，從方法上來說是采用了反向推理的必然結(jié)果。但從主觀上來說，做出這種診斷是事先給自己留好退路，因此嚴格的說，這是一種不負責(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程中，不僅可能會得出錯誤的診斷，而且還會漏掉真正引起振動的故障。出現(xiàn)漏診斷和誤診斷幾率雖然與本人對故障特征和振動特征認識廣度和深度直接有關(guān)，但從診斷方法來說這種現(xiàn)象是難于避免的。
目前在實際振動故障診斷中,為了避免漏診斷，往往采取不惜誤診斷的一種錯誤做法，將一臺機組振動說成是多種故障原因的綜合反映，為此對一臺機組振動故障診斷往往提出4-5個或更多的可能原因，而且各個原因之間往往互不相干。但現(xiàn)場絕大部分實際機組振動的故障原因是1-2個，而且這些故障原因是相互密切相關(guān)的。
由現(xiàn)場消振經(jīng)驗證明，當(dāng)故障診斷準確率為20％-30％時，雖然有一定的參考價值，但它的誤導(dǎo)作用影響太大，會對消振帶來極為不利的影響。
所謂故障診斷準確率，是指實際故障與診斷故障的符合程度，例如實際故障是一個，診斷出三個可能原因，其中一個符合，則其準確率為33%；又如實際故障是兩個，診斷出三個，但一個也不符合，其準確率為零。
振動故障診斷的實際價值是用來指導(dǎo)消振工作，因此故障診斷應(yīng)在消振之前作出，但目前在一些文獻中見到的振動故障診斷，實際是在消振之后作出的，這種總結(jié)分析對于提高今后故障診斷的認識是有必要的，但是對于消除這臺機組的振動來說，已是多余的了。從這些資料統(tǒng)計來看，其診斷的準確率大部分為30%左右，有些更低。如果拿當(dāng)時的原始診斷來說，其準確率遠低于30%。
2.1.3.2 正向推理
使用正向推理診斷故障的前提，是振動故障范圍必須明確，具體推理方法是在能夠引起機組振動的全部原因（稱故障總目錄）中與實際機組存在的振動特征、故障歷史、進行搜索、比較、分析、采取逐個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)只有一個故障不能排除時，它是引起振動故障的原因；另一層含義是當(dāng)還剩下兩個以上故障不能排除時，這些故障都是振動的可能原因，需要進一步做工作，排除其中無關(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嚴密的多，由此可以獲得很高的診斷嚴密性和診斷的準確率，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確率和肯定的診斷結(jié)果，應(yīng)掌握以下要點。
1.振動故障范圍
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，對機組振動故障診斷來說，應(yīng)明確機組振動到底存在哪些故障及其相應(yīng)特征，這顯然是一個非常復(fù)雜和涉及面很廣的問題，而且即使列全了機組振動的所有故障及其特征，在實際診斷時如何查找和記住這些特征，也將十分困難，況且前人還沒有提供這些資料，所以在以往故障診斷中沒有采用正向推理的。
經(jīng)現(xiàn)場40多年故障診斷的實踐、總結(jié)、歸納，目前已經(jīng)明確了機組振動故障總目錄、分目錄及其相應(yīng)的故障特征，為使診斷方便和實用，對于這些振動故障分類方法也進行較深入的研究。機組振動故障總目錄、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部件。大范圍故障劃分方法見本章第二、三兩節(jié)，小范圍和具體故障劃分方法見本章第四至十六節(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、機理，在對機組振動特征已全面和深入了解的基礎(chǔ)上，做嚴密推理，才能獲得可靠和肯定的診斷。
3.故障特征和故障機理
直觀尋找和分析尋找振動故障的基礎(chǔ)，是眼見為實；推理診斷振動故障的基礎(chǔ)是故障特征和故障機理，前者是直觀可見的，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，克服這一缺點的有效措施，一是采用正向推理；二是明了故障機理，通過故障機理的分析，若不能解說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際與發(fā)生振動無關(guān)的故障。若是同時存在兩個以上故障時，應(yīng)說明各個故障之間的相互關(guān)系，及各個故障在振動中所占的相對量值，這樣才能保證診斷結(jié)果的準確性，以及消振對策切實有效。為此本章在介紹各種故障特征的同時，還著重闡述了故障機理。
4.振動特征和振動機理
如果說掌握故障特征和故障機理是獲得正確診斷結(jié)果的先決條件，那么正確獲取機組振動特征和振動機理，是獲取準確必要條件，若采用正向推理，首先應(yīng)全面地獲取振動特征及其歷史，查明振動機理，只有這樣才能排除所有的無關(guān)故障，獲得肯定的診斷，本章將具體介紹如何盡快地、正確地獲取機組振動特征的方法和經(jīng)驗，這是采用正向推理的依據(jù)。在偏離振動特征，或在不可靠的振動特征基礎(chǔ)上所做的推理，只能是直觀想像憑空的推測，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)診斷實例一至四。
這里應(yīng)說明，在目前振動故障診斷中，常常將某些與振動特征不符的故障首先排除，這種排除法從形式上來說與正向推理中逐個排除故障的方法相似，但它是在故障范圍沒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 目前振動故障診斷準確率低的原因
我國振動故障診斷早在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，但在全國各地已得到了不同程度的普及。不過前面已經(jīng)指出，其故障診斷的準確率還是很低的。下面進一步討論目前故障診斷準確率低的主要原因。
2.1.4.1 注意力集中在直觀可見故障上
機組一旦發(fā)生振動，盡管還沒有開始尋找振動故障，但往往將注意力集中到機組已發(fā)現(xiàn)的一些故障上，實際上這些可見故障有些與振動有關(guān)，有些與振動無關(guān)，而且引起振動的真正故障原因可能還未發(fā)現(xiàn)和認識到，因為引起振動的許多故障一般是十分隱蔽的、直觀是不能見到的，因此把診斷故障的注意力首先集中在機組已呈現(xiàn)的一些故障上，盡管對這些已見故障特征和機組振動現(xiàn)象也進行了對比分析，但嚴格地說這不能稱作故障診斷，而應(yīng)是分析尋找故障，其準確率顯然不會高。
2.1.4.2 習(xí)慣于反向推理
早先由于對故障特征廣度和深度了解較少以及振動故障范圍不明確，因此只能使用反向推理，在今天對于大多數(shù)初涉及故障診斷的人來說往往也是從反向推理開始，久而久之形成習(xí)慣，而且長期以來對于故障診斷方法本身沒有引起普遍的關(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確率。
2.1.4.3 對掌握機組振動故障范圍、故障特征和機理的重要性認識不足
目前振動故障診斷準確率不高，除受傳統(tǒng)影響和反向推理影響外，還有一個重要原因是對于掌握機組故障范圍、故障特征及機理的重要性未能引起充分的重視，所以當(dāng)遇到機組振動時，主要憑個人經(jīng)驗和習(xí)慣做法去處理，例如空負荷下發(fā)生振動，首先想到的是機組中心、軸瓦工作及緊力；帶負荷后發(fā)生振動，想到的是汽缸膨脹、軸系統(tǒng)熱態(tài)對中，但對于這些振動的故障范圍、故障特征及機理，卻很少認真研究，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)，例如一些教科書和文獻指出，存在2x（兩倍轉(zhuǎn)子工作頻率）振動分量，是轉(zhuǎn)子不對中，在這里既沒有給出量值，也沒有指出在什么故障范圍內(nèi)、應(yīng)排除特征的影響下，不僅對一般工程師會產(chǎn)生誤導(dǎo)得出錯誤的診斷，而且對從事振動專業(yè)工作多年的工程師，也會產(chǎn)生誤導(dǎo)，給消振帶來嚴重不利的影響，詳見本章十七節(jié)， 診斷實例一、二。
接受誤導(dǎo)的主觀原因，是對于故障診斷方法、機組振動故障范圍、故障特征及機理了解不夠，因而對不確切的故障特征和經(jīng)驗缺乏分辨能力。
第二節(jié) 機組振動分類
第一節(jié)已經(jīng)指出，為了獲得較高的診斷準確率，應(yīng)采用正向推理。使用正向推理必須明確振動故障范圍，換句話說，采用正向推理診斷振動故障首先應(yīng)明確引起汽輪發(fā)電機組振動，到底有哪些故障原因，為了搞清這個問題，前人已經(jīng)做了較多的研究，并企圖列出更多、更全的振動故障原因， 因此機組振動故障劃分，從早期按零部件，例如軸承、轉(zhuǎn)子、汽缸、管道、基礎(chǔ)等部件振動進行劃分；發(fā)展到目前采用故障源，例如轉(zhuǎn)子不平衡、機組中心不正、軸瓦不穩(wěn)定、機械松動、共振等故障來劃分；另外，也曾采用過振動頻率來劃分。
經(jīng)多年研究后發(fā)現(xiàn)，按這些方法劃分故障，根本無法列全機組振動所有的故障， 一般只能列出常見的、主要的故障，但是即使列出了這些主要的故障，也會由于其特征的多重性和相互交叉，而無法進行再分類，按這種分類診斷振動故障，實際是在繁雜無章的許多故障中，以振動特征去對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，當(dāng)今彩的分類方法見表2-1。表2-1的機組振動劃分方法，是首先將機組振動按振動性質(zhì)劃分為普通強迫振動、電磁振動、拍振、氣流激振、隨機振動、軸瓦自激振動、參數(shù)振動、汽流激振、摩擦渦動等共11類，然后按振動類別將振動故障原因再分類，這種分類方法有以下特點：
1. 分類方法簡單而嚴密。一般只要通過振動頻譜或不同頻率下振動分量，即可對發(fā)生的振動進行分類，而且避免了以往分類法的各類故障嚴重的相互交叉，雖然表2-1中高次諧波共振、電磁激振、參數(shù)振動，分諧波共振、軸瓦自激振動、汽流激振的振頻率可能接近，但振動性質(zhì)不同，這些振動的進一步劃分， 可以按其他振動特征區(qū)分，詳見本章第十二節(jié)。
2. 表中所列的振動包括目前國內(nèi)外在運行機組上已發(fā)生的各種振動。對于目前學(xué)術(shù)上討論的、但在實際機組上未見有發(fā)生的振動，例如材料內(nèi)滯、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔集液等引起的自激振動沒有列入在內(nèi)。對國內(nèi)機組振動而言，具有實際意義的是前九類振動，因此可以說這種分類法列全了汽輪發(fā)電機組的各種振動。
3. 在診斷一開始即可采用正向推理，對發(fā)生的振動進行分類，再用正向推理按不同的振動類別對引起振動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時，將具體介紹。
4. 經(jīng)大量現(xiàn)場實踐證明，這種分類法不同類別的振動， 其故障源不存在相互交叉，這一點作為獲得肯定的診斷十分重要，由此延伸引起各類振動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. 將一個長期認為涉及多方面、復(fù)雜而難于搞清的機組振動問題簡化為， 只要進行簡單的振動測量，再按表2-1分類，即可把振動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、查找振動故障原因的工作量并縮短診斷時間。
6. 這一種分類法的主要缺點，是普通強迫振動劃分太粗，涉及的故障原因和范圍相當(dāng)廣，因此診斷難度較大，現(xiàn)場發(fā)生的振動約有80％以上是屬于這一類振動，因此如何將這一類振動細分，以便診斷，尚待進一步研究。
本章為敘述和實際診斷方便，將普通強迫振動分為穩(wěn)定的、不穩(wěn)定的兩類。凡是基頻振幅、相位不隨運行時間和運行況變化而變化的稱穩(wěn)定的普通強迫振動；相反，稱為不穩(wěn)定普通強迫振動。
表2-1略
第三節(jié) 振幅與激振力和支承動剛度的關(guān)系
表2-1所列的11類振動，如果就每一類振動故障范圍而言，又可分為激振力和支承動剛度兩個故障原因。因此當(dāng)振動增大時，如何肯定和排除其中一個故障原因，是將發(fā)生的振動分類之后進行具體診斷需要做的第一步工作。
激振力和支承動剛，從直觀來看，這是一個甚為簡單的振動常識，但在機組振動故障診斷中卻經(jīng)過了一段較長的認識過程，開始只從激振為的故障原因去尋找，但是引起振動的許多激振力，例如轉(zhuǎn)子不平衡力、電磁激振力、轉(zhuǎn)子徑向剛性不對稱引起參數(shù)振動中的慣性力、汽流沖擊力等，在運行的機組上始終是存在的，如何測定這些激振力、評定這些激振力容許標準及解決這些問題都遇到了困難，為此才注意到軸承座動剛度。經(jīng)一段時間的研究，不僅查明了影響軸承座動剛度的困素，而且找到了影響動剛度的因素的檢測和診斷方法，由此才促使振動故障診斷采用正向推理。下面詳細介紹激振力和支承動剛度的關(guān)系及檢測、診斷方法。
2.3.1 振幅與激振力和支承動剛度的關(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：軸承座動剛度與其靜剛度成正比，而與動態(tài)放大系數(shù)成反比；當(dāng)ω=ωn時，若忽略系統(tǒng)阻尼，即μ=∞ ，即使靜剛度很大，動剛度Κd也為0。由公式（2-1）可見：在不大的激振力作用下，軸承將會產(chǎn)生很大的振動，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，前者是激振力通過支撐系統(tǒng)輸入振動系統(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；后者是振動系統(tǒng)內(nèi)某一部件自振動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)電機和勵磁機靜子某一方向子振動頻率與激振力頻率相符。這兩種共振是軸承振動增大的機理不同，前者是由于支撐動剛度降低，在激振力一定時，使振幅增大；后者是由于部件共振，使振動慣性力增大并作用于軸承或基礎(chǔ)，這是在支撐動剛度不變的情況下，由于激振力增大而使其振幅增大。在機組振動中這兩種共振都會發(fā)生，本節(jié)主要討論的是前一種共振。
2.3.2承座動剛度檢測方法
為了采用正向推理診斷振動故障，在激振力和支撐動剛度兩類故障中，首先應(yīng)肯定或排除其中一個。大量現(xiàn)場實踐證明，檢測軸承座動剛度是一種簡單而有效的方法，通過進一步觀察發(fā)現(xiàn)并由公式（2-2）可見，軸承座動剛度除與靜剛度和共振放大因素有關(guān)外，還與動態(tài)下其連接剛度直接有關(guān)，下面具體介紹影響動剛度的三個因素的檢測和診斷方法。
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，但這些檢測方法不僅手續(xù)麻煩，而且不能檢測動態(tài)下連接的緊密程度。
通過總結(jié)大量現(xiàn)場振動測試結(jié)果得到，采用檢測連接部件之間差別振動，是檢查連接部件動態(tài)下連接緊密程度簡單而有效的方法。所謂差別振動，是指兩個相鄰的連接部件振幅的差值。差別振動值本身已說明兩個相鄰的連接部件之間在動態(tài)下產(chǎn)生了相對位移量，這種微小的位移將顯著地降低部件的動剛度，但在靜態(tài)下連接部件之間并無間隙存在，而且連接螺絲預(yù)緊力往往也正常。
對于一般的軸承座來說，在同一軸向位置（如圖2-1所示），測點上下標高差在100mm以內(nèi)的兩個連接部件，在連接緊圍固的情況下，其差別振動應(yīng)小于2μm；滑動面之間正常的差別振動應(yīng)小于5μm；對于發(fā)電機后軸承座與臺板之間有絕緣墊者，其差別振動應(yīng)小于7μm。當(dāng)兩個相鄰部件差別振動明顯大于這些數(shù)值時，即可判定軸承座連接剛度不足。差別振動愈大，故障愈為嚴重。在測量軸承各點振動時，除測量垂直振幅和相位外，必要時對該點水平和軸向振動也應(yīng)測量；在測量時若發(fā)現(xiàn)差別振動異常，必須復(fù)測一遍；只有兩次測量結(jié)果基本一致，才能認為數(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過大的主要原因有。
1. 連接螺絲松動
由于檢修或安裝時疏忽，軸承蓋、軸承座、基礎(chǔ)臺板等連接螺絲部分沒有擰緊或預(yù)緊力不夠。由連接部件之間差別振動值，直接可以看出是哪一個連接螺絲沒有擰緊。
2. 軸承座與臺板接觸不良
由于軸承座或臺板的變形及修刮不良，發(fā)電機后軸承座與臺板之間的絕緣墊過多或太厚、不平整等原因，即使在各個連接螺絲都擰緊的情況下，仍不能達到要求的連接剛度，在動態(tài)下仍存在顯著的差別振動。
3. 基礎(chǔ)臺板與基礎(chǔ)接觸不良
造成基礎(chǔ)臺板與基礎(chǔ)接觸不良的原因有：
1. 二次灌漿質(zhì)量不高。其中包括未充實和水泥標號較低。
2. 基礎(chǔ)臺板墊鐵走動。這種現(xiàn)象主要是由于二次灌漿質(zhì)量不好、臺板墊鐵間距過大、吃力不均、墊鐵之間及與臺板之間未焊牢，在過大軸承振動作用下，使墊鐵發(fā)生走動。
3. 基礎(chǔ)墊鐵過高。這種現(xiàn)象對軸承座垂直方向動剛度影響不大，但顯著地降低了軸承座水平和軸向動剛度，而且往往在較大軸向振動作用下，使軸承座臺板二次灌漿松裂。其動剛度進一步降低，形成惡性循環(huán)。為此在安裝時臺板墊鐵高度不要超過80mm。
4. 軸承座漏油。由于汽輪機油浸入二次灌漿，使其強度顯著降低，在振動作用下不緊使二次灌漿松裂，而且使二次灌漿與臺板分離，振動進一步擴大。
5. 軸承座振動過大。不論是垂直、水平和軸向振動過大，都可以使基礎(chǔ)二次灌漿松裂，使軸承座振動擴大，二次灌漿松裂加劇。
6. 基礎(chǔ)臺板墊鐵氧化。造成臺板和墊 鐵氧化的主要原因，是由于在嚴寒的冬季施工時，為了防凍，在二次灌漿中加入過量的食鹽，機組運行后二次灌漿中的氯化鈉與鐵氧化，首先生成Fe3O4 ,體積增大，使臺板和基礎(chǔ)分離，而后進一步氧化成Fe2O3，在振動作用下形成紅色粉末，造成臺板與基礎(chǔ)騰空，臺板與基礎(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)振動自由度比水泥基礎(chǔ)多得多，因此升速過程中帶有鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的機組，會出現(xiàn)多個支承系統(tǒng)共振轉(zhuǎn)速，對水泥基礎(chǔ)的大多數(shù)機組來說，其支承系統(tǒng)自振頻率均高于轉(zhuǎn)子工作頻率，因此在升速過程中會出現(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明書中，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，不利于機組安全運行。
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)速試驗和降低其激振力
當(dāng)改變轉(zhuǎn)速，軸承振幅無明顯變化時，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。對于后一種情況，通過對這些部件振動進一步測試，可判明振動形式，如懷疑系統(tǒng)部件共振，且提高其自振頻率工作量不大，例如簡單加支撐，可首先采用避共振進行試驗；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。這是因為實際機組即使判明存在共振，改變這些部件自振頻率避開共振，往往是困難的，最消振還得從降低激振力入手。由多臺組消振經(jīng)驗證明，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、勵磁機靜子的共振，使軸承某一方向振動過大，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，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，表明支承系統(tǒng)存在共振。從現(xiàn)場測試結(jié)果來看，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，在目前國內(nèi)投運的大機組中為數(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。對這種支承系統(tǒng)可采用下列方法進行判斷：
i. 轉(zhuǎn)速試驗。觀察軸承振幅與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。判斷方法見前述。
ii. 轉(zhuǎn)軸相對振動與軸承振動之比。正常的機組轉(zhuǎn)軸相對振動大于該方向的軸承振動，其比值一般為2-3倍，或更高。當(dāng)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)存大共振或軸承動剛度嚴重不足時，轉(zhuǎn)軸相對振動與軸承振動接近，甚至小于軸承振動。
iii. 激振試驗，直接測定其動剛度。
iv. 加重試驗，測定其不平衡響應(yīng)。后兩種方法的具體步驟見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
測定軸承座動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，因此在測定軸承座動剛度中應(yīng)用較少。偏心激振是由直流電機帶動一個主動偏心輪以及主動輪同步旋轉(zhuǎn)的從動偏心輪，調(diào)整兩個偏心輪相對嚙合位置，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。軸承動剛度Kd由下式求得
Kd=2P/A
P=mrω2
式中A-激振時測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。
軸承座正常的動剛度值為1×107-3×107N/cm；對于座落在排汽缸上的軸承其垂直方向動剛度一般明顯偏低，數(shù)值為0.5×107-1×107N/cm；當(dāng)支承系統(tǒng)存在共振時，在共振轉(zhuǎn)速下其動剛度一般會降低一個數(shù)量級，如圖2-2曲線2。
當(dāng)獲得軸承座動剛度數(shù)值之后，即可對其動剛度正常與否作出診斷。若動剛度明顯偏低，在排除連接剛度不足和共振影響之后，即可斷定動剛度不足是由結(jié)構(gòu)剛度不足引起的。
2.加重試驗
檢測軸承座動剛度還有一種較簡單的方法，是在其附近的轉(zhuǎn)子上加重，測定其不平衡響應(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)過高相混淆。ɑ值的含義和計算方法，見第三章第三節(jié)。
若在轉(zhuǎn)子主跨內(nèi)加重，對于大機組來說，建議不要采用單側(cè)加重，因為轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速已遠離轉(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剛度大小，建議加二階不平衡；對于汽輪機高壓轉(zhuǎn)子無法在轉(zhuǎn)主跨內(nèi)加二階不平衡時，除可在聯(lián)軸器上加重外，還可以在末級葉輪上加重。
一般下常的機組在聯(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組轉(zhuǎn)子重量與加重半徑相對應(yīng)，由現(xiàn)場測試結(jié)果統(tǒng)計來看，當(dāng)軸承動剛度和轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)正常時，不同容量的機組的ɑ值基本相近，由此可以近似采用相同標準衡量。
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，則可認為軸承動剛度偏低，在排除連接剛度不足和影響之后，雖然沒有取得動剛度具體數(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)場實用的軸承座動剛度診斷方法
由上述診斷軸承座動剛度的方法可知，若要對軸承座結(jié)構(gòu)剛度作出確切診斷，須做激振試驗；但如果只需對其動剛度和結(jié)構(gòu)度作出定性診斷，則可采用現(xiàn)場易行的在轉(zhuǎn)子上加重的試驗。但由進一步研究得出，現(xiàn)場運行的機組無須對軸承座結(jié)構(gòu)剛度進行診斷，原因如下。
2.3.3.1 與同型機組運行狀況的比較
若同型機組在其他電廠運行時振動普遍不大，說明該型機組軸承座動剛度正常；若該型機組運行中振動普遍較大，從已做的工作中應(yīng)能查明這種形式機組振動過大的原因和振動性質(zhì)，若是普通強迫振動，則要進一步分析是轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)過高還是軸承座動剛度偏低；若不是普通強迫振動，則與軸承結(jié)構(gòu)剛度無關(guān)。
2.3.3.2 直觀判斷
由類似的機組或同等容量的機組結(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 運行機組增大結(jié)構(gòu)剛度十分困難
對軸承座結(jié)構(gòu)剛度低作出了明確的診斷，雖可以為機組今后改進設(shè)計提供依據(jù)，但從現(xiàn)場消振來說，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)場實用診斷來說，無須進一步查明軸承座結(jié)構(gòu)剛度。
基于上述三點理由，在實際機組振動故障診斷中，當(dāng)振動屬于普通強迫振動時，排除了連接剛度不足和共振影響之后，即可作出引起振動故障原因是激振力過大的診斷。這種診斷雖不十分嚴密，卻有實用價值。
通過進一步研究證明，在診斷表2-1所列的11類振動時，無須每一類都檢測軸承連接剛度，因為對于一臺振動正常的機組，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，它將激起普通強迫振動，因此如軸瓦上呈現(xiàn)的普通強迫振動分量不大則證明軸承座連接剛度、結(jié)構(gòu)剛度正常，也無法共振存在，所以當(dāng)振動過大時，從實用診斷來說，僅對普通強迫振動才有必要檢測連接剛度和共振影響。而對其他10類振動，只要關(guān)部件共振影響即可。因為這些部件有可能會產(chǎn)生非基頻共振，當(dāng)排除共振影響之后，即可作出引起振動的故障原因是激振力過大的診斷。
第四節(jié) 穩(wěn)定普通強迫振動
當(dāng)振動屬于普通強迫振動，而且其振幅與機組運行工況、運行時間無明顯關(guān)系時，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故障原因是激振力過大，本節(jié)要介紹引起穩(wěn)定普通強迫振動激振力的故障原因。
由表2-1可見，引起普通強迫振動的激振力有轉(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，不對稱電磁力是隨機組運行工況而變的，因此它是不穩(wěn)定普通強迫振動的激振力。下面介紹這三種激振力故障原因、產(chǎn)生振動的機理和診斷方法。
2.4.1 轉(zhuǎn)子不平衡
在現(xiàn)場發(fā)生的機組振動過大，按其原因來分，屬于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的約占80％；按激振力性質(zhì)來分，屬于轉(zhuǎn)子不平衡力的將達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，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）
由公式可見當(dāng)忽略軸承座動剛度Kd隨轉(zhuǎn)速改變的影響時，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)系僅對剛性轉(zhuǎn)子成立。目前運行的6MW以上的汽輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子均屬柔性轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速升高的過程中，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)子不平衡振動特性的進一步討論，見第三章第四節(jié)。不過從這些討論中有以下兩點結(jié)論，可以作為轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷的依據(jù)。
1）根據(jù)波德曲線或振動和轉(zhuǎn)速關(guān)系測量結(jié)果可得出，當(dāng)轉(zhuǎn)子在相應(yīng)臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)顯著振動時，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，并已排除了軸承座動剛度不足、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)速下振動過大的原因是轉(zhuǎn)子不平衡的診斷。
2.4.2 軸系同心度和平直度偏差
目前機組采用的聯(lián)軸器可歸納為活動式、半撓 性和固定式三種。就其產(chǎn)生振動的特征來分、有活動式和固定式兩種�；顒邮铰�(lián)軸器由于存在磨損，目前運行的機組，特別是容量機組已不再采用。這種聯(lián)軸器在傳遞扭矩不大時，能起一定的調(diào)節(jié)作用，在一定的轉(zhuǎn)子對中偏差情況下，不會產(chǎn)生明顯的激振力，但是當(dāng)對中偏差過大、傳遞扭矩改變時，將引起不穩(wěn)定普通強迫振動。這種振動的診斷見本章第八節(jié)。下面討論固定式聯(lián)軸器中對中偏差產(chǎn)生振動的故障原因及機理。
在國內(nèi)許多振動資料中都提到機組中心不正這個名詞，國外稱作不對中，而且都是作為機組振動故障主要原因列出的，因此現(xiàn)場機組一旦發(fā)生振動，傳統(tǒng)的做法是：一、查軸瓦烏金接觸；二、查軸瓦緊力；三、查機組中心，俗稱處理機組振動的三斧頭。而且一般教科書指出，機組中心不正引起的振動，其頻率與轉(zhuǎn)速相符合，按表2-1分類，屬于普通強迫振動。上述已經(jīng)指出，現(xiàn)場發(fā)生的振動80％以上屬于這一類振動，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，將會造成現(xiàn)場絕大多數(shù)振動故障不能獲得明確的診斷，因此很有必要對機組中心或不對中的真正含義及產(chǎn)生振動的機理作較深入的分析討論。
機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)子各軸承座標高及水平位置、軸系連接的同心度和平直度三項內(nèi)容，這些故障產(chǎn)生振動的機理及其特征如下。
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，這是機組安裝、檢修中較熟悉的一項工作，如其偏差過大，則可能會引起汽流激振、電磁激振、動靜碰磨。若碰磨發(fā)生在轉(zhuǎn)軸處，會使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定普通強迫振動。這些振動特征和診斷方法，見本章第九、十、十二、十六節(jié)。
2.4.2.2 軸承座標高和左右位置偏差
在現(xiàn)場檢查轉(zhuǎn)子對中或找正，是將聯(lián)軸器斷開，檢測聯(lián)軸器圓周和端面開口偏差（上下、左右），目前將這種偏差稱作機組中心不正，而且不少資料和教科書將這種偏差誤認為是造成機組振動的主要故障，由于這種誤解使機組振動故障診斷研究走了一段較長的彎路。后來不得不從故障機理研究，才查明了這種故障對振動的影響。
如果忽略聯(lián)軸器缺陷（與軸頸不同心、兩個端面不平行、法蘭止口或螺栓節(jié)圓偏心），當(dāng)其圓周、端面開口存在顯著偏差時，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)生振動的激振力，但它會產(chǎn)生下列后果。
1.改變軸瓦的載荷分配
當(dāng)端面下開口時，會使聯(lián)軸器相鄰的兩個軸瓦載荷減少；圓周差會使圓周較低的相鄰軸瓦載荷減少；反之，則相反。當(dāng)軸瓦載荷過大時，會使烏金溫度升高；載荷過小時，會使軸瓦失穩(wěn)發(fā)生軸瓦自激振動，這種振動特征和診斷方法見本章第十四節(jié)。
2.改變動靜間隙
軸瓦載荷的改變，雖然不會明顯影響軸頸在軸瓦內(nèi)的位置，但會使轉(zhuǎn)子靜撓曲發(fā)生變化，從而原來調(diào)整好的汽封、油擋間隙發(fā)生變化，嚴重時會發(fā)生動靜碰磨，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲引起不穩(wěn)定普通強迫振動，這種振動的特征及診斷方法見第九、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，其平衡狀態(tài)會發(fā)生變化。由大量現(xiàn)場振動測試結(jié)果證明，對于不平衡響應(yīng)正常的軸系，當(dāng)轉(zhuǎn)子中心和端面開口差小于0.60mm時，對軸系平衡的影響可以忽略；對于不平衡響應(yīng)明顯偏高的軸系和轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子中心和端面開口偏差過大（小于0.5mm）時，會使軸系平衡狀態(tài)發(fā)生一定的變化。這時消振有兩個途徑：一是消除或調(diào)整轉(zhuǎn)子中心和端面開口偏差；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單有效。
降低軸系不平衡響應(yīng)對運行機組而言是十分困難的。柔性轉(zhuǎn)子的合理平衡見第三章第四節(jié)，軸系不平衡響應(yīng)測試和判斷方法，見本章第五節(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、軸承座標高變化、接觸密封引起的壓力不對稱、蒸汽作用力、傳動齒輪對轉(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。如果轉(zhuǎn)軸徑的剛性不對稱，例如發(fā)電機轉(zhuǎn)子，會使兩倍頻率振動更加顯著。
預(yù)載荷未必有害，有些因素引起的預(yù)載荷會使軸瓦趨于穩(wěn)定，例如消除軸瓦自激振動，為了提高軸瓦穩(wěn)定性，有時將該瓦抬高，對該瓦施加一個預(yù)載荷。
目前國內(nèi)絕大部分機組轉(zhuǎn)子找中心的要求，是以冷態(tài)為準的，即在冷態(tài)下使聯(lián)軸器圓周和平面偏差力求最小。但事實上機組啟動帶負荷后，由于各軸承座標高和軸頸抬起，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，通過渦流傳感器測量水銀液面變化，在現(xiàn)場實測了兩臺320MW汽輪發(fā)電機組從冷態(tài)到帶負荷后各軸承座標高的變化。試驗指出，標高變化最大的是汽輪機高壓轉(zhuǎn)子的軸承座，數(shù)值達2-2.5mm。發(fā)電機后軸承座標高變化只有0.30mm。兩個相鄰的軸承座標高變化最大的是2號和3號軸瓦，數(shù)值達1mm。從冷態(tài)到帶負荷運行要經(jīng)兩個星期的時間，軸承座標高變化才趨于穩(wěn)定。軸承座標高變化最迅速的階段發(fā)生在啟動循環(huán)水泵和開始向軸封送汽到機組滿負荷運行6-7d之后這一段時間內(nèi)，這段時間內(nèi)的標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高變化，還未包括各軸頸相對于軸瓦抬高值的變化。這是現(xiàn)場一般再熱機組啟動和帶負荷后軸承座標高值的情況。因此，國外已有不少機組為了能在運行狀態(tài)下獲得較合理的軸承座標高，采用了冷態(tài)下預(yù)留偏差量的方法給予補償。國內(nèi)在汽輪機高、中、低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子找正時，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稱時，否認圓周和端面如何正確，當(dāng)把連接螺栓擰緊后，都會使連接軸系不同心和不平直，還會使轉(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，會直接產(chǎn)生振動的激振力，其激振力主要分量是1x，還含有2x、3x等高階分量，因此在機組安裝時要求聯(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，盤動轉(zhuǎn)子，不同心引起的晃擺值達合格；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，目前國內(nèi)外不少有關(guān)診斷的文獻認為：當(dāng)基頻振動大，同時存在2x，3x等分量時，即是不對中。這種診斷與機組振動實際故障出入很大，在這種誤導(dǎo)影響下，往往會使現(xiàn)場最常見的振動診斷誤入歧途，并使消振工作走入困境。這種事例在現(xiàn)場已經(jīng)發(fā)生許多起，為此本章第十九節(jié)診斷實例舉了兩例，以此引以為戒，下面對其造成誤診斷的原因進行分析。
1.診斷不嚴密
在機組上造成2x振動分量的原因較多，例如電磁激振、轉(zhuǎn)子徑向剛性不對稱、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。在沒有排除其他故障之前，就采用反向推理對其中一種故障作出診斷，顯然是不嚴密的。
2.轉(zhuǎn)子不對中含義的誤解
不對中或稱找正不好，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高差，因此消除不對中的措施是解開聯(lián)軸器復(fù)查轉(zhuǎn)子中心，調(diào)整軸承座標高各左右位置。由大量消振經(jīng)驗證明，這種偏差并不是引起普通強迫振動和2x振動分量的故障原因。
3.故障機理和振動特征不符
上述已經(jīng)指出，冷態(tài)和熱態(tài)軸承座標高差呻別甚大，它與機組運行時間和負荷有著較好的相關(guān)性，但機組實際振動特征是：除轉(zhuǎn)子存在熱不平衡外，現(xiàn)場大多數(shù)機組都 存大幅值不同的2x持動分量，但與機組運行時間和負荷并沒有直接的關(guān)系。
2.4.2.4軸頸橢圓度
一般機組的軸頸在安裝和檢修中都要經(jīng)嚴格檢查，其晃擺值（斷開聯(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，對振動的影響并不大，所以在振動故障診斷中，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，雖然對普通強迫振動影響不大，但會引起軸瓦烏金疲勞損壞，詳見第五章第四節(jié)。
綜合以上的分析，其診斷要點是：當(dāng)振動屬于穩(wěn)定普通強迫持動時，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大故障之后，即可作出振動故障原因是轉(zhuǎn)子不平衡的診斷。這是采用正向推理診斷振動故障的第三步。
第五節(jié) 不穩(wěn)定普通強迫振動
當(dāng)振動屬普通強迫振，其振幅、相位與機組運行時間、工況明顯有關(guān)時，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)定普通強迫振動故障是由激振力變化所致。
引起不穩(wěn)定普通強迫振動激振力故障的范圍較穩(wěn)定普通強迫振動要廣泛得多，而且產(chǎn)生振動的機理往往很復(fù)雜，不能直觀發(fā)現(xiàn)，有些不穩(wěn)定強迫振動需要較長時間（1-2年）以至更長時間的觀察，才能掌握振動的主要特征，因此這一類振動是機組各類振動故障診斷中難度最大的一種。診斷步驟雖然和穩(wěn)定普通強迫振動相同，但在具體方法上，更多地涉及機組振動歷史、結(jié)構(gòu)、同型機組振動特點以及振動與機組運行工況、時間的關(guān)系等，下面詳細介紹目前已掌握的引起不穩(wěn)定普通強迫振動故障的范圍、分類方法、振動機理、故障特征和消振方法。
2.5.1 引起不穩(wěn)定普通強迫振動的激振力
由表2-1指出，引起普通強迫振動的激振力有兩種，除去軸頸不圓在穩(wěn)定的普通強迫振非常國已經(jīng)排除外，剩下三種激振力在不穩(wěn)定普通強迫振動故障中的表現(xiàn)形式和振動機理如下。
2.5.1.1 軸系連接同心度和平直度偏差
隨機組運行時間、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，這一故障機理是通過兒臺機組較長時間振振動監(jiān)測和消振經(jīng)驗總結(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。
這里要作一些說明，因為一般教科書和傳統(tǒng)概念認為，套裝部件緊力不足或轉(zhuǎn)軸上有活動部件，會引起振動不穩(wěn)定，通過下列簡單計算即可消除這種誤解。
為了使問題明了，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)一般機組在聯(lián)軸器上加生影響系數(shù)估算，說一加重能產(chǎn)生的振動小于5μm，實際汽輪機轉(zhuǎn)子除后幾級葉輪接近或超過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。
機組在運行中由于軸承座標高和聯(lián)軸器傳遞扭矩的變化，以及轉(zhuǎn)軸振動的作用，當(dāng)聯(lián)軸器與軸配合緊力不足時，在配合處會發(fā)生相對位移，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)定普通強迫振動。這種故障診斷難點是其故障特征與轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定不平衡十分相似，因此必須細比較才能區(qū)分，詳見表2-3。
2.5.1.2 不對稱電磁力
正常的發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁力在直徑方向是均衡的，因此它不會引起轉(zhuǎn)子振動；均衡的電磁力只對靜子產(chǎn)生周期性吸力。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈發(fā)生故障時，轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生不對稱電磁力，引起轉(zhuǎn)子振動；不對稱電磁力的頻率等于轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)乘以轉(zhuǎn)子工作效率；對于兩極發(fā)電機轉(zhuǎn)子來說，不對稱電磁力頻率與轉(zhuǎn)子工作頻率相等。
這種故障引起振動的特點是振動隨勵磁電流的增大而加大，而且無時滯。因此可以通過改變勵磁電流觀察振動變化，當(dāng)振動隨勵磁電流增大立即增大時，表明不穩(wěn)定普通強迫振動是由不對稱電磁力激起的。
引起不對稱電磁力的故障有發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈局部短路、空氣間隙不均勻，后者通過測量轉(zhuǎn)子空氣間隙值可以查明。
發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈匝間或?qū)Φ囟搪�，除了會引起不對稱電磁力外，還會造成轉(zhuǎn)子局部受熱，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲，造成不平衡振動，因此振動除了隨勵磁電流增大而立即增大外，還包括含隨時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)子平衡狀況隨運行時間、機組工況變化而變化，這是引起不穩(wěn)定普通強迫振動的主要激振力，它涉及的故障范圍很廣。取得這一診斷的要點是，基頻振幅或相位隨運行時間、機組工況而變，排除了軸承座連接剛度、共振變化、不對稱電磁力、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)振動特征，對發(fā)生的不穩(wěn)定不平衡進行分類，然后對不穩(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)、振動機理、故障歷史進行分析、推理，最后才能對故障部件作出診斷。在診斷過程中，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)定不平衡進行合理而有效的分類。這里推薦一種根據(jù)振動與時間、工況的關(guān)系劃分的分類法，如表2-4，將機組發(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，對振動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)，詳見第三章第三節(jié)。
軸系不平衡響應(yīng)地過高有兩個原因：一是支承動剛度低，在不大的激振力作用下，會產(chǎn)生顯著的振動；二是轉(zhuǎn)子或軸系中相鄰的某一個轉(zhuǎn)子動剛度低，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。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)場大量振動測試結(jié)果可知，下列軸系不平衡響應(yīng)是正常的：
1/勵/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)，也不會影響不穩(wěn)定平衡軸向位置的判斷；
2/勵/發(fā)軸系是三動承，但發(fā)電機轉(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/發(fā)軸系雖是四支承，但發(fā)電機和勵磁機轉(zhuǎn)子之間跨距較大、轉(zhuǎn)子質(zhì)量較大，發(fā)電機轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速接近或高于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速；
2/勵/發(fā)軸系是三支承，發(fā)電機轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速接近或高于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速，勵磁機轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速大于2200r/min。
2、加重試驗
經(jīng)上述直觀判斷后，通過轉(zhuǎn)子上加重實測a值，即可得到證實，加重方法和要求見本章第三節(jié)。正常機組不平衡響應(yīng)值可參考表2-2，若實測響應(yīng)值較表2-2所列值主高出2倍以上，即可認為軸系平平衡響應(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（空負荷、帶負荷）下振動變化量及其在軸系中的分布，振動變化量的取得詳見2.5.4。
依據(jù)現(xiàn)場檢測到的振動變化現(xiàn)象，可歸納為下列幾種類型：
1.工作轉(zhuǎn)速下振動變化不大，第一臨界轉(zhuǎn)速下振動變化十分顯著。
平衡變化是發(fā)生在轉(zhuǎn)子中部，或沿轉(zhuǎn)子長度均布。
2.工作轉(zhuǎn)速和第一臨界轉(zhuǎn)速下振動變化均較大。
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，也會產(chǎn)生這種振動特征。
3.工作轉(zhuǎn)速下振動變化很顯著，第一臨界轉(zhuǎn)速下振動變化不大。
平衡變化發(fā)生在轉(zhuǎn)子外伸端，從有關(guān)測點振動變化量值大小，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)過高的機組不穩(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)值過高的軸系中時，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)下列振動特征才能作出判斷：
1/主跨轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速（空負荷、帶負荷）下和第二臨界轉(zhuǎn)速下振動變化不大，第一臨界轉(zhuǎn)速下振動變化十分顯著；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)速下振動變化也大。
平衡變化發(fā)生在主跨轉(zhuǎn)子一端，或兩端不對稱。
3/主跨轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速、第二臨界轉(zhuǎn)速下，振動變化十分顯著，但第一臨界轉(zhuǎn)速下振動變化不大；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)定不平衡引起振動值A(chǔ)1和該機以往平衡中取得的影響系數(shù)a，或同型機組的影響系數(shù)，由下列求得：
U=A1/a
式中a雖是矢量，但由于a與A1的相位往往無可比性，因此求出U的相們也沒有什么意義。
不穩(wěn)定不平衡量U引起的振動A1，對于表2-4八類不穩(wěn)定不平衡，除轉(zhuǎn)子存在活動部件外，其余七類不穩(wěn)定不平衡，都可以檢測到轉(zhuǎn)子原始不平衡振動，由此可以求得平衡變化后轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速、工作轉(zhuǎn)速（空負荷、帶負荷）下振動變化量值，計算方法見第三章第三節(jié)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子平衡變化發(fā)生在帶負荷過程中，例如隨有功負荷或勵磁電流增大而加大，一般需要快速打閘停機與電網(wǎng)解列，檢測轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速下振動變化量，這一點對檢查轉(zhuǎn)子熱彎曲十分重要，因為有些軸向?qū)ΨQ的轉(zhuǎn)子，當(dāng)其熱彎曲也軸向?qū)ΨQ時，在工作轉(zhuǎn)速下振動無明顯表現(xiàn)，但在一階臨界轉(zhuǎn)速下會產(chǎn)生強烈振動，只有檢測到這一振動特征，才能對其故障作出診斷，例如一臺國產(chǎn)50MW機組，空負荷和帶負荷下振無明顯異常，一次在40MW跳閘停機過程中發(fā)生了十分強烈的振動，將廠房頂上水泥塊振落，并使汽機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了永久彎曲。事后經(jīng)調(diào)查和振動故障診斷才查明，是因水內(nèi)冷發(fā)電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)線嚴重堵塞，使發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生顯著熱彎曲。這種熱彎曲在工作轉(zhuǎn)速下無明顯振動的原因，見第三章第四節(jié)。因此懷疑機組帶負荷后轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲，在打閘停機后檢測臨界轉(zhuǎn)速下振動時，為了避免振動過大引起事故，應(yīng)先帶50%負荷解列停機，觀察振動；若振動不大，再帶大負荷解列停機，進行測試。
當(dāng)轉(zhuǎn)子上存在活動部件時，由于活動部件在轉(zhuǎn)子方向變化的隨機性，往往檢測不到轉(zhuǎn)子原始不平衡引起的振動矢量，所以活動部件引起的振動不是簡單地等于兩次啟動中的振動矢量差，而必須從多次啟動中找出兩次（不一定是相鄰的兩次）振動相位相同或差180的矢量，而且振幅差為最大的振動，并求它們矢量差的1/2，這才是活動部件引起的振動。換句話說，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幅值和相位的情況下，只有檢測到兩次啟動中轉(zhuǎn)子上活動部件分別處在轉(zhuǎn)子原始不平衡相同和相反位置上的振動，才能求得不穩(wěn)定不平衡引起的振動。但是在實際中很難碰到這種機會，尤其是在機組啟停次數(shù)較少的情況下更不容易，因此在大多數(shù)情況下，采取從多次啟動中找出兩次振動相位相同或相反，而且振幅差為最大的振動，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。
修正系數(shù)K由兩次啟動檢測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) 隨機變化的不穩(wěn)定不平衡
所謂隨機變化，是指轉(zhuǎn)子不平衡的量值、方向及發(fā)生與否是不可預(yù)測的。這種不穩(wěn)定不平衡可以發(fā)生在停機后、啟停過程中、空負荷下、帶負荷過程中。根據(jù)現(xiàn)場所發(fā)生的這一類不穩(wěn)定不平衡特點，可將其分成三類，如表2-4。下面分別討論每一類不穩(wěn)定不平衡振動機理、故障特征、故障源和消除方法。
2.6.1 短時間停機后產(chǎn)生的不平衡
機組在正常運行中振動往往比較穩(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，振動幅值和相位有可以發(fā)生顯著變化，引起這種振動故障的原因如下。
2.6.1.1 轉(zhuǎn)子上（內(nèi)）存在活動部件
引起振動變化最常見的故障是平衡重塊在平衡槽內(nèi)自由移動，其次是轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中空部分有固體異物，特別是內(nèi)腔直徑較大的反動式轉(zhuǎn)鼓和波形聯(lián)軸器，對于50-300MW機組來說，當(dāng)其內(nèi)腔中存有500g以上固體物件時，即能引起軸承振動的顯著變化。引起振動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)活動部件處在轉(zhuǎn)子殘余不平衡同一位置上時，呈現(xiàn)的振動為最大；相反，活動部件處在轉(zhuǎn)子殘余不平衡相反位置上時，振動最小。但在高速下，由于離心力的作用，這些活動部件在轉(zhuǎn)子的位置是固定的，因而機組正常運行中振動穩(wěn)定。
當(dāng)反動式轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔進入液體量較大時，它所產(chǎn)生的直接不平衡也能激起顯著振動；對沖動式汽輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子來說，液體產(chǎn)生的直接不平衡對振動影響很小，但是不論是沖動式還是反動式汽輪機轉(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，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，而且徑向不對稱位移量很小，其直接不平衡量可以忽略，這一點在2.5.1中已作了詳細分析。但是由于一般套件推動緊力時，不論質(zhì)量大小，都將產(chǎn)生隨機組運行工況的變化而變化的不穩(wěn)定不平衡。
轉(zhuǎn)子上（內(nèi)）存在活動部件在現(xiàn)場較為常見，但查明這種故障一般都要經(jīng)多次啟停并花費較長時間，而且故障原因往往還是在無意中偶然發(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)。實際上這種故障診斷方法比較簡單，其要點是：振動是普通強迫振動;排除了軸承座動剛度變化因素；振動變化是在轉(zhuǎn)子靜止以后再次啟動中（必要時應(yīng)連續(xù)啟停２-３次，觀察振動變化）發(fā)生的；通過不穩(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，因此升速過程有鋼結(jié)構(gòu)的機組，會出現(xiàn)多支承系統(tǒng)共振轉(zhuǎn)速，對水泥基的大多數(shù)機組來說，其支承系統(tǒng)自
若同型機組在其它電場運行時振動普遍不大，說明該型機組軸承座動鋼度正常；若該型機組運行振動普遍較大，從已做的工作中應(yīng)能查明這種形式機組振動過大 原因和振動性質(zhì)，若是普通強迫振動，則要進一步分析是轉(zhuǎn)子不平
2.6.1.2 轉(zhuǎn)子存在殘余彎曲
轉(zhuǎn)子靜止一段時間后，由于其上下存在溫差，轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生熱彎曲，這種彎曲本可以通過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重視不夠，如轉(zhuǎn)子沖動時尚存在熱彎曲，就使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡從而引起振動，特別是通過轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速時，振動更為強烈。不過這種故障只要讓機組連續(xù)運行2~3h,即可自行消失，因此這種故障診斷比較容易。
2.6.1.3 汽缸進水引起轉(zhuǎn)子永久彎曲
停機不久汽缸大量進水，轉(zhuǎn)子被水浸泡時，因局部受到驟冷，會使轉(zhuǎn)軸形成塑性變形，造成轉(zhuǎn)子永久彎曲，這種彎軸事故在國內(nèi)已發(fā)生多起。
停機后轉(zhuǎn)子遭到驟冷形成彎曲所產(chǎn)生的振動，其特征與轉(zhuǎn)子存在殘余熱彎曲引起的振動基本相同，不同的是轉(zhuǎn)子經(jīng)長期運行，振動幅值和相位不會發(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)電機轉(zhuǎn)子套箍或心環(huán)失去緊力
對于容量大于25MW的發(fā)電機轉(zhuǎn)子，當(dāng)采用彈性式或固定式心環(huán)時，在較顯著動靜撓曲作用下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子端部套裝的心環(huán)和套箍，在嵌裝面處會產(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，嵌裝面面處會發(fā)生相對軸向位移。如果配合緊力不是完全喪失，這種軸向位移會把轉(zhuǎn)子動、靜撓曲貯存起來，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)子靜止某一點向上的時間、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稱，所以這種暫時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，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)電機轉(zhuǎn)子，在工作轉(zhuǎn)速下經(jīng)長期運行振動不能復(fù)原，但下次停機時，由于轉(zhuǎn)子向上點的位置和靜止時間的不同，新貯存彎曲值及方向?qū)l(fā)生改變，這是引起再次啟動振動發(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獲得暫時的改善。
2.6.2 長時間停機產(chǎn)生的不平衡
長時間停機后產(chǎn)生不平衡，包括了上述分析的短時間停機后產(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，才能對這種不穩(wěn)定不平衡作出診斷。
機組停運數(shù)周或幾個月，在此期間沒有采取有效的防腐措施和未能定期盤動轉(zhuǎn)子，致使轉(zhuǎn)子下部有較多的機會與子失去平衡。這種不平衡對汽機轉(zhuǎn)子而言，影響較大的是小容量高轉(zhuǎn)速汽機轉(zhuǎn)子，而對于容量大于25MW的汽機轉(zhuǎn)子，這種不穩(wěn)定不平衡一般不會使機組振動產(chǎn)生明顯的變化。
2.6.3 運行中突然產(chǎn)生的不平衡
機組在正常的啟動、空負荷、負荷不變、負荷升降過程中，基頻振動突然增大。這種不穩(wěn)定不平衡在運行的機組上較為常見，引起這種不平衡故障的原因如下。
2.6.3.1 動靜碰磨
動靜碰磨可以引起磨擦抖動、磨擦渦動使轉(zhuǎn)子熱彎曲而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不平衡振動。磨擦抖動在轉(zhuǎn)速較低時才能發(fā)生，故對機組影響很小。磨擦渦動雖然在高速下發(fā)生，但由于轉(zhuǎn)速很高，動靜之間一旦碰磨，接觸部分的金屬很快磨損并熔化，脫離接觸。由現(xiàn)場多臺機組葉輪與隔板嚴重碰磨證明，引起的激振力很小，所以當(dāng)時振動并沒有明顯異常。因此對汽輪發(fā)電機組來說，動青碰磨產(chǎn)生的振動，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。
轉(zhuǎn)軸碰磨引起機組振動突然增大，這是運行最常見的振動故障之一。轉(zhuǎn)軸碰磨發(fā)生在不同的轉(zhuǎn)速下，振動特征差別較大，具體診斷方法見本章第九、十節(jié)。
2.6.3.2 轉(zhuǎn)動部件飛脫
在機組運行中最常發(fā)生飛脫的轉(zhuǎn)動部件是汽輪機葉片，但是葉片飛脫并不是在振動上都有明顯的反映，因為轉(zhuǎn)動部件飛脫對振動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。對于50~300MW汽輪機轉(zhuǎn)子來說，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，詳見第三章第三節(jié)）約為20~60μm/kg.當(dāng)機組原始振動較小時，如汽輪機最后幾級葉片中有一片飛脫，就會使機組振動明顯增大；但是當(dāng)機組原始振動較大時，如果飛脫的葉片與轉(zhuǎn)子原始不平衡同相或反相，則振動也會發(fā)生顯著變化；如果其夾角為120°左右，只測承振幅是看不出振幅有明顯變化的，因此為了掌握轉(zhuǎn)動部件飛脫對振動的影響，在測量振幅的同時，必須測量相位。
由上述提供的影響系數(shù)可知，汽輪機轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級或高壓葉片飛脫時，由于葉片質(zhì)量較小，對振動的影響也較小。
另外，當(dāng)飛脫葉片處在轉(zhuǎn)子中部時，它所引起的主要是一階不平衡分量；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速遠離第一臨界轉(zhuǎn)速時，這種不平衡分量對振動的影響也很小，即使飛脫部件重達1kg,工作轉(zhuǎn)速的振動變化也不大，但在第一臨界轉(zhuǎn)速下它將產(chǎn)生較大的振動。
現(xiàn)場運行的發(fā)電機和勵磁機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動部件飛脫很少發(fā)生。但是這種故障不論是發(fā)生在汽輪機轉(zhuǎn)子上還是發(fā)生在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上，根據(jù)普通強迫振動變化的突然性和一次性，在排除動靜磨擦、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)電機負序電流過大引起發(fā)電機轉(zhuǎn)子套箍失去緊力而造成的振動突然變化。
2.6.3.3發(fā)電機負序電流過大引起套箍失去緊力
由于發(fā)電機靜子負電流的作用，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)目前我國投運的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子套箍和本體之間連接緊力標準，對于3000r/min轉(zhuǎn)子來說，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，很容易使套箍緊力消失。
發(fā)電機負序電流是由三相負載不對稱引起的，在有些電網(wǎng)中，例如帶有叫氣機車負荷遙電網(wǎng)，一般不對稱負載比較大，而且延續(xù)時間較長，所以在這些電網(wǎng)中運行的有些發(fā)電機轉(zhuǎn)子的平衡經(jīng)常惡化。
發(fā)電機單相對地或兩相之間短路是造成大負序電流的另一個重要原因。這種故障的直接影響是造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子表面和端部過熱，有時還會造成機組振動突然惡化和套箍嵌裝面之間嚴重?zé)齻?
負序電流過大引起振動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)生不對稱徑向位移，使轉(zhuǎn)子平衡惡化。
這種故障只是在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生，根據(jù)電網(wǎng)不對稱負載或瞬間發(fā)生短路的時間與機組振動發(fā)生變化時間的對應(yīng)關(guān)系，便可明確振動變化的原因。最后通過檢查發(fā)電機套箍晃擺值和嵌裝面處是否有過熱和電弧燒傷痕跡而得到證實。當(dāng)嵌裝面沒有發(fā)生明顯燒傷而只是轉(zhuǎn)子平衡惡化時，可以采用調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡的方法改善機組振動。
防止發(fā)電機負序電流使機組振動惡化的措施有：
1.限制發(fā)電機不對稱負載；
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)電機轉(zhuǎn)子設(shè)計中的一個難題，因此采用這個措施要慎重；
3.合理補償發(fā)電機轉(zhuǎn)子端部不平衡。
2.6.3.4 轉(zhuǎn)軸與水接觸
由于疏水不暢、汽缸進水、水封漏水等原因，可能導(dǎo)致運行中汽輪機轉(zhuǎn)軸與水接觸，從而使機組發(fā)生突然性強烈振動，這種現(xiàn)象在現(xiàn)場較為常見，在新機啟動和大修后啟動較容易發(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。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)生和消失都有一個緩慢的過程，轉(zhuǎn)子遇水局部遭到冷卻引起熱彎曲很短，一般只要1-2min即可使機組的振動增大到100µm以上，同樣在這么短的時間內(nèi)強烈振動即可消失。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，測取轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動變化和盤車轉(zhuǎn)速下測轉(zhuǎn)子彎曲值，是不能驗證轉(zhuǎn)子在運行中是否發(fā)生熱彎曲的。
有時抽汽管和疏水管內(nèi)的積水連續(xù)地少量泄到轉(zhuǎn)軸上，使轉(zhuǎn)子熱彎曲維持幾個小時，甚至1-2d,尤其是帶水封的汽輪機轉(zhuǎn)子，能維持幾百個小時較為穩(wěn)定的彎曲。但直至目前，水泄到高速旋轉(zhuǎn)的高溫轉(zhuǎn)國 上引起穩(wěn)定的熱彎曲機理還不清楚。
國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多臺機組冷態(tài)和熱態(tài)啟動時，在中速、升速或帶負荷過程中發(fā)生強烈振動，有些機組啟動7-8次，持續(xù)2-3天，都未能升至3000r/min�，F(xiàn)場往往將這種振動診斷為由汽缸膨脹受阻引起，但實際是疏水不暢轉(zhuǎn)軸工與水接觸，轉(zhuǎn)子熱彎曲所致。對其中一臺國產(chǎn)125MW機組冷態(tài)啟動中的振動作了系統(tǒng)的監(jiān)測，具體測試和診斷結(jié)果見本章第十六節(jié)。關(guān)于汽缸膨脹受阻引起的機理和診斷方法，見本章第八節(jié)。
第七節(jié) 隨時間變化的不穩(wěn)定不平衡
隨時間變化的不穩(wěn)定不平衡，是發(fā)生在工作轉(zhuǎn)速空負荷、帶負荷下，隨機組運行時間（s、min、h或月）而變化的，基頻振動按一定規(guī)律發(fā)生變化，因此對未來時間內(nèi)振動幅值和相位，一般可以大致預(yù)測，按目前現(xiàn)場檢測到的振動與時間的關(guān)系，這一類不平衡可分為以下兩種形式。
2.7.1擴展式不平衡
振動隨機組運行時間的增長逐漸增大，早期階段比較2-3個月前后的振動測量才能看出變化，爾后振動變化速度逐漸加快，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，使振動獲得暫時的改善，但平衡重量計算誤差較大，而且當(dāng)故障發(fā)展到后期時，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，除隨機組運行時間增長而發(fā)生變化外，還有以下幾個特點。
2.7.1.1引起普通強迫振動
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，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)子運行中撓曲值增大產(chǎn)生的不平衡，使振動進一步增大。國外資料報導(dǎo)的裂紋轉(zhuǎn)子監(jiān)測結(jié)果和國內(nèi)三臺機組的組合式轉(zhuǎn)子軸向連接緊力不足引起振動的測試表明，振動隨時間變化地最明顯的是1x振動分量，即主要以普通強迫振動形式出現(xiàn)。
轉(zhuǎn)軸裂紋擴展而使轉(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)時的平衡狀態(tài)，所以在裂紋開始階段，振動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)。通過振動變化監(jiān)測轉(zhuǎn)軸裂紋時，除應(yīng)測量振幅外，還應(yīng)測量振動相位。但是當(dāng)裂紋擴展到一定深度時，新的不平衡量顯著大于轉(zhuǎn)子原始不平衡量，這時從振幅值變化即能看出裂紋擴展情況。
2.7.1.2 引起倍頻振動
當(dāng)裂紋發(fā)展到一定深度時，會引起轉(zhuǎn)子徑向剛性不對稱，產(chǎn)生1/2x、2x、3x等倍頻振動。
2.7.1.3 振動隨轉(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，對汽輪轉(zhuǎn)子來講，振動隨機組有功負荷的增大而增大；對發(fā)電機轉(zhuǎn)子來講，振動隨勵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一步討論。
轉(zhuǎn)子裂紋引起的振動，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)生的振動由轉(zhuǎn)子撓曲所決定，不一定都能充分地反映出來，因此監(jiān)測振動診斷裂紋時，除應(yīng)監(jiān)測振動與時間9（天、周、月）和機運行工況的關(guān)系外，還應(yīng)利用升降速的機會，測取轉(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)速下振動幅值隨機組運行時喑的增長而有規(guī)律地增大，而且1-2年內(nèi)在未檢修轉(zhuǎn)子的情況下，進行過多次軸系平衡，那么此時應(yīng)停機對轉(zhuǎn)軸進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幅值和相位會發(fā)生周期性變化，即振幅由大到小，再逐漸增大，振幅變化一個周期，相位的變化是決定于旋轉(zhuǎn)性不平衡產(chǎn)生的振動幅值，當(dāng)旋轉(zhuǎn)性不平衡振動大于轉(zhuǎn)子原始不平衡振動時，要位將變化360°；如果旋轉(zhuǎn)性不平衡振動小于轉(zhuǎn)子原始不平衡振動，則振動相位只是在一定范圍內(nèi)變化。
振動變化周期長短主要決定于機組形式和故障性質(zhì)，根據(jù)目前在機組上檢測到的結(jié)果，短者只有10s左右，長者1-2h。 產(chǎn)生這種振動現(xiàn)象的原因是轉(zhuǎn)子上存在一個隨時間變化而緩慢旋轉(zhuǎn)的不平測量，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，呈現(xiàn)的振動為最大；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同，呈現(xiàn)的振動為最小。振幅與加重位置（即時間）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)性不平衡是隨時間變化而自動地、連續(xù)地改變方向。但是實際轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)性不平衡量在不同時間內(nèi)不昌穩(wěn)定不變的，而且周期也不是恒定的，因此呈現(xiàn)的振動與時間的關(guān)系不是嚴格地按正弦規(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，因此從測量結(jié)果是不容易觀察到這種周期性變化過程的。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，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，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組上并不顯著，因而它不會引起明顯的振動，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。
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)計勵磁機整流子和發(fā)電機滑環(huán)時，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問題，例如國產(chǎn)ZLG-320勵磁機轉(zhuǎn)子，其整流子表面線速度達40m/s，為了保證整流子在運行中不與轉(zhuǎn)軸之間發(fā)生移動，在裝配整流子時增大了軸向預(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(運行中整流片表面在溫度高達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)振動幅值和相位發(fā)生周期性變化時，快速停機測取熱彎曲（熱態(tài)晃擺值與原始值矢量差的1/2），其值達0.05-0.07mm。各次測得的彎曲方向變化無常，表明這種熱彎曲確實是旋轉(zhuǎn)的。經(jīng)1-2h連續(xù)盤車后熱彎曲便消失。
后來通過降低整流子軸向預(yù)緊力（拼帽旋松90°），使空負荷（有炭刷）和額定勵磁電流下旋轉(zhuǎn)性不平衡引起的振動減少到5-10µm,而且穩(wěn)定的振動由原來的90-100µm降到40-50µm。由此證明原來整流子預(yù)緊力過大是造成旋轉(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，但是當(dāng)轉(zhuǎn)子存在彎曲（永久和熱彎曲）且國同瓦間隙較小時，在一般的軸系中振幅也會呈現(xiàn)周期性波動。
在以往處理轉(zhuǎn)子熱彎曲振動中，曾觀察到軸承振動與相應(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。
該機因轉(zhuǎn)軸上零件套裝緊力不足在帶負荷過程中汽輪機轉(zhuǎn)子發(fā)生了熱彎曲，由此誘發(fā)軸瓦半速渦動。為了提高軸瓦穩(wěn)定性，將1、2瓦隙由原來的0.32mm、0.42mm減至0.22mm。帶負荷后軸瓦半速渦動消除了，但原來1.2.3瓦振動隨機駔有功負荷增大而加大的現(xiàn)象依然存在（轉(zhuǎn)子熱彎曲沒有消除），又發(fā)生了振幅明顯波動的現(xiàn)象。當(dāng)時懷疑這種波動與轉(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，而且目前1瓦烏金溫度（2瓦烏金存在波動，但沒有1瓦明顯）與1瓦振幅存在同相的顯著波動，由此看來振幅波動與軸頸磨擦發(fā)熱有關(guān)。這琰一點通過將1、2瓦頂隙由原來的0.22mm擴大到0.25-0.28mm后，振幅和烏金溫度波動基本消失得到證明。
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)生的振動在一般的轉(zhuǎn)子上反映不出來，但是對于磨擦發(fā)熱處不平衡靈敏度特別高的轉(zhuǎn)子來說，這種不大的旋轉(zhuǎn)性熱彎曲將會引起顯著的周期性振動變化。
就國辦已發(fā)現(xiàn)的振動而論，造成不平衡響應(yīng)特別靈敏的原因主要是轉(zhuǎn)子外伸端太長和外伸質(zhì)量太大。例如元寶山1號機5瓦（發(fā)電機后瓦）側(cè)外伸端轉(zhuǎn)軸長3m，重量達2t多，因而要在外伸端滑環(huán)附近的小風(fēng)扇上加重，這對發(fā)電機前后垂直方向的影響系數(shù)高達500-900µm/(kg.m),較國內(nèi)運行的50-300MW機組高8-14倍。還有像國產(chǎn)300MW汽動給水泵汽輪機轉(zhuǎn)子的外伸長度達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)軸器附近的兩個軸承上卻呈現(xiàn)明顯振動周期性變化的特殊振動現(xiàn)象 振動特性相似的軸系結(jié)構(gòu)是沙角C廠1、2、3號機，勵發(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. |
