軸彎曲是指轉(zhuǎn)子的中心線處于不直狀態(tài)。轉(zhuǎn)子彎曲分為長久性彎曲和臨時性彎曲兩種類型。轉(zhuǎn)子長久性彎曲是指轉(zhuǎn)子的軸呈長久性的弓形,它是由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不合理、制造誤差大、材質(zhì)不均勻、轉(zhuǎn)子長期存放不當而發(fā)生長久性的彎曲變形,或是熱態(tài)停車時未及時盤車或盤車不當、轉(zhuǎn)子的熱穩(wěn)定性差、長期運行后軸的自然彎曲加大等原因所造成。轉(zhuǎn)子臨時性彎曲是指轉(zhuǎn)子上有較大預(yù)負荷、開機運行時的暖機操作不當、升速過快、轉(zhuǎn)軸熱變形不均勻等原因造成。轉(zhuǎn)子長久性彎曲與臨時性彎曲是兩種不同的故障,但其故障的機理是相同的。轉(zhuǎn)子不論發(fā)生長久性彎曲還是臨時性彎曲,都會產(chǎn)生與質(zhì)量偏心情況相類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。
軸彎曲時通常都會產(chǎn)生很大的徑向振動和軸向振動,如果彎曲位于轉(zhuǎn)軸中央附近,支承轉(zhuǎn)子的兩個軸承上的軸向振動主要呈1X分量,如果彎曲位于聯(lián)軸器附近或懸臂式支撐轉(zhuǎn)子的外伸端產(chǎn)生彎曲時,則可能產(chǎn)生較大的2X振動分量。此外,軸彎曲時一般會在一階臨界轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較大的徑向振動。
熱彎曲是指轉(zhuǎn)子受熱后(如啟機中或加負荷時)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了附加的不平衡力(即熱不平衡),從而導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。熱不平衡的機理是轉(zhuǎn)子橫截面存在某種不對稱因素(材質(zhì)不對稱、溫度不對稱、內(nèi)摩擦力不對稱等)、或溫度場不均勻,可能在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生彎矩,造成轉(zhuǎn)子彎曲。
轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動主要以基頻分量為主,一般其具有如下特點:
①. 振動與轉(zhuǎn)子的熱狀態(tài)有關(guān),當機組冷態(tài)運行時(空載)振動較小,但隨著負荷的增加,振動明顯增大;
②. 一旦振動增大后快速降負荷或停機振動并不立即較小,而是有一定的時間滯后;
③. 機組快速停機惰走通過一階臨界轉(zhuǎn)速時的振動較啟動過程中的相應(yīng)值增大很多;
④. 轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲后停機惰走時在低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的工頻振動幅值比在開車時相同轉(zhuǎn)速下的振動值要大很多,而且在相同轉(zhuǎn)速下,其工頻振動的相位也可能不重合。
汽輪機高壓缸轉(zhuǎn)子熱彎曲的波德圖
汽輪機中壓缸轉(zhuǎn)子熱彎曲的波德圖