近来看到一篇很好的关于汽轮发电机组不平衡故障诊断的文章，内容很详细，希望给大家带来一些启迪和收获。
转子不平衡是汽轮机组非常常见问题，统计分析表明，汽轮机组的大部分振动是与转速同步的振动信号。引起汽轮机组同步振动的原因可能有原始质量不平衡、转子热不平衡、转子热弯曲、旋转部件脱落、转子部件结垢等。这些原因都将导致转子的不平衡。不同原因引起的转子不平衡故障的规律基本相近，但也各有特点。例如下图是在实验转子上模拟质量不平衡故障得到的幅值谱和波形图。
一、转子质量不平衡
原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经存在的不平衡。它们通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造成的。
1.故障机理分析
转子质量不平衡故障产生的机理是，转子的各横截面的质心连线与各截面的几何中心的连线不重合，从而使转子在旋转时，各截面离心力构成一个空间连续力系，转子的挠度曲线为一连续的三维曲线，如图1所示。这个空间离心力系和转子的挠度曲线是旋转的，其旋转的速度与转子的转速相同，从而使转子产生工频振动。
2.故障特征分析
当转子有质量不平衡故障时，在不平衡力的作用下转子将产生振动，振动的主要特征有：
①转子的振动是一个与转速同频的强迫振动，振动幅值随转速按振动理论中的共振曲线规律变化，在临界转速处达到最大值。因此，转子不平衡故障的突出表现为一倍频振动幅值大，同时出现较小的高次谐波，其频谱分布呈所谓的“橄树形”，如上图2所示；
②在一定的转速下，振动的幅值和相位基本上不随时间发生变化；
③轴心运行轨迹为圆形或椭圆形；
④动态下，轴线弯曲成空间曲线，并以转子转速绕静态轴心线旋转。
这种不平衡的特点除了上面介绍的振幅和相位的常规特征外，它的很显著特征是“稳定”，这个稳定是指在一定的转速下振动特征稳定，振幅和相位受机组参数影响不大，与升速或带负荷的时间延续没有直接的关联，也不受启动方式的影响。具体所测的数据中，在同一转速，工况相差不大时，振幅波动约20%,相位在10°~20°范围内变化的工频振动均可以视为是稳定的。
对于新机组，原始不平衡在第一次升速就会显现出来，在对转子进行任何处理之前的升降速振动数据中，特征重复性很好。
大修后的机组，如果较大修前工频振动变大，则表明大修中必然动过转子部件，如换叶片、拔护环等。反之，如果转子上的部件没有任何变动而出现了工频振动大的情况，则应仔细分析原因。
3.故障判断依据
对于汽轮机组而言，无论其平衡状况有多么好，总是或多或少地存在质量不平衡。所以，其振动频谱中始终有一倍频分量，这种情况是允许的。这里有必要引入一个判断转子出现不平衡故障的标准。
当转子出现不平衡故障时，转子的整体振动水平肯定会超标。在转子振动水平超标的情况下，利用如下方法来判断转子是否出现了不平衡故障：设诊断开始时与转速同步的振动矢量为Xn,通频矢量为Xm,当满足Xn≥a Xm（a=0.7）;且振幅和相位不随时间发生变化时，机组存在转子质量不平衡故障。
二、转子初始弯曲
所谓转子初始弯曲，是指在冷态和静态条件下，转子各横截面的几何中心线与转子两端轴承的中心连线不重合，从而使转子产生偏心质量，导致转子产生不平衡振动。
有初始弯曲的转子具有与质量不平衡转子相似的振动特征，所不同的是初始弯曲转子在转速较低时振动较明显，趋于弯曲值。在汽轮机组中，通常用盘车过程中和盘车后所测量的晃度值来判断转子是否存在初始弯曲。
三、转子热态不平衡
1.故障机理分析
在机组的启动和停机过程中，由于热交换速度的差异，使转子横截面产生不均匀的温度分布，使转子发生瞬时热弯曲，产生较大的不平衡，从而使转子产生振动。
转子热态弯曲引起的振动一般与负荷有关，改变负荷，振动相应地发生变化，但在时间上较负荷的变化滞后。随着盘车或机组的稳态运行，整机温度趋于均匀，振动会逐渐减小。
2.故障特征分析
①转子的振动频谱与质量不平衡时的振动频谱类似；
②振动的幅值和相位随负荷发生变化；
③在一定的负荷下，振动的幅值和相位随时间发生变化；
④轴心运动轨迹与质量不平衡时的轴心运动轨迹类似。
3.故障判断依据
当转子振动值超标，且满足Xn≥a Xm的情况下，若振幅和相位随时间发生变化，则说明转子存在热态不平衡故障。
四、转子部件脱落
1.故障机理分析
平衡状况良好的转子在运行中突然有部件脱落时，会引起转子质量不平衡，在不平衡质量的作用下会使转子发生振动。当脱落的部件质量相当大时，会使转子出现严重的质量不平衡，从而使转子的振幅突然增大。尤其是，若转子的振幅非常大时，就会导致二次事故的发生。
2.故障特征分析
①转子部件脱落后，转子的振动频谱与质量不平衡时的振动频谱类似；
②转子部件脱落前后，振动的幅值和相位会突然发生变化；
③部件脱落一段时间后，振动的幅值和相位趋于稳定；
④轴心运动轨迹与质量不平衡时的轴心运动轨迹类似。
五、转子部件结垢
1.故障机理分析
如果蒸汽的品质长期不合格，随着时间的推移，将在汽轮机的动叶和静叶表面上垢，使转子原有的动平衡遭到破坏，振动增大。由于结垢需要相当长的时间，所以，振动是随着年月逐渐增大的。并且，由于流通条件变差，轴向推力增加，机组各级间压力逐渐增大，效率逐渐下降。
2.故障特征分析
①转子的振动频谱与质量不平衡时的振动频谱类似；
②振动的幅值和相位随时间发生非常缓慢的变化，这种变化有时需要一个月甚至数个月才能发现明显的差别；
③轴心运动轨迹与质量不平衡时的轴心轨迹类似；
④机组的出力和效率逐渐下降；
⑤各监视段的压力随时间的变化而缓慢增加。
