转子不平衡3种情况下的振动变化趋势、故障特征原因及处理措施

不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的故障。我们常说的不平衡，就是所谓的转子不平衡，据统计，旋转机械约有近70%的故障与转子不平衡有关。引起转子不平衡的原因是多方面的，如转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差；运行中联轴器相对位置的改变；转子部件缺损，如：运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落；转子受疲劳应力作用造成转子的零部件（如叶轮、叶片、围带、拉筋等）局部损坏、脱落，产生碎块飞出等。

转子不平衡的种类

按照发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。

按照机理又可分为静不平衡、动不平衡、动静综合不平衡。

不平衡的振幅变化趋势
原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在使用之初，便会产生较大的振动。在运行初期机组的振动就处于较高的水平，上图（a）。

渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。其表现为振动值随运行时间的延长而逐渐增大。运行初期机组振动较低，随着时间的推移，振动值逐步升高，上图（b）。

突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振动值突然显著增大后稳定在一定水平上。振动值突然升高，然后稳定在一个较高的水平，见图（c）。

转子不平衡的振动敏感参数变化情况

序号	敏感参数	原始不平衡	渐变不平衡	突发不平衡
1	振动随转速变化	明显	明显	明显
2	振动随油温变化	不变	不变	不变
3	振动随介质温度变化	不变	不变	不变
4	振动随压力变化	不变	不变	不变
5	振动随流量变化	不明显	不明显	不明显
6	振动随负荷变化	不明显	不明显	不明显
7	其他识别方法	低速时振幅趋于零，运动初期振动值处于较高水平	随运动时间的推移，振动逐步增大	振幅突然增加，然后稳定

转子不平衡的振动故障特征

序号	特征参量	原始不平衡	渐变不平衡	突发不平衡
1	时域波形	正弦波	正弦波	正弦波
2	特征频率	1×	1×	1×
3	常伴频率	较小的高次谐波	较小的高次谐波	较小的高次谐波
4	振动稳定性	稳定	逐渐增大	突发性增大后稳定
5	振动方向	径向	径向	径向
6	相位特征	稳定	渐变	突发后稳定
7	轴心轨迹	椭圆	椭圆	椭圆
8	进动方向	正进动	正进动	正进动
9	矢量区域	不变	渐变	突发后稳定

不平衡转子的振动信号，其时间波形和频谱图一般具有如下典型特征：

①原始时域波形的形状接近一个纯正弦波；

②振动信号的频谱图中，谐波能量主要是集中在转子的工作频率（1X）上，即基频振动成分所占的比例很大，而其它倍频成分所占的比例相对较小；

③在升降速过程中，当转速低于临界转速时，振幅随转速的增加而上升。当转速越过临界转速之后，振幅随转速的增加反而减小，并趋向于一个较小的稳定值。当转速等于或接近临界转速时，转子将会产生共振，此时的振幅具有最大峰值；

④当工作转速一定时，振动的相位稳定；

⑤转子的轴心轨迹图呈椭圆形；

⑥转子的涡动特征为同步正进动；

⑦纯静不平衡时支承转子的两个轴承同一方向的振动相位相同，而纯力偶不平衡时支承转子的两个轴承振动呈反相，即相位差 180°。但实际转子一般既存在一定的静不平衡，又存在一定的力偶不平衡（即存在动不平衡），此时支承转子的两个轴承同一方向振动相位差在 0°～180°之间变化；

⑧在外伸转子不平衡情况下可能会产生很大的轴向振动。在转子外伸端不平衡时，支承转子的两轴承的轴向振动相位相同；

⑨因介质不均匀结垢时，工频幅值和相位是缓慢变化的。

汽轮机转子不平衡波形频谱图
转子不平衡故障原因分析及处理措施

序号	原因分类	初始不平衡	渐变不平衡	突发不平衡
1	设计原因	结构不合理	结构不合理，易结垢；材质不合理，易腐蚀	结构不合理，应力集中；系统设计不合理，造成异物进入流道；
2	制造原因	制造误差大；材质不均匀；动平衡精度低	材质用错；光洁度不够，易结垢；表面处理不好，易腐蚀；	热处理不良，有应力；人口滤网制造缺陷；
3	安装维修	转子上零部件安装错误、零件漏装	转子未除垢	转子有较大预负荷
4	操作运行		介质带液，造成腐蚀；介质脏，造成结垢；	超速、超负荷运行‘人口阻力大，导致部件损坏，进入流道；介质带液，导致腐蚀断裂
5	状态劣化	转子上配合零件松动	转子回转体结垢；转子腐蚀；	疲劳、腐蚀；超期服役
6	治理措施	1.按技术要求对转子进行动平衡； 2.按要求对位安装转子上的零部件； 3.取消转子上松动的部件	1.转子除垢，进行修复； 2.定期检修； 3.保证介质清洁，不带液，防止结垢和腐蚀；	1.停机检修，更换损坏的转子； 2.停机清理流道异物； 3.消除应力，防止转子损坏