振动诊断 | 单转子、轴系及实测临界转速的区别和启停过程中一...
1、单转子、轴系及实测的临界转速有什么区别？轴系通常是由多个单转子连接而成，单转子和轴系各有其本身的临界转速。当两个或多个转子用联轴器连成一个轴系后，这相当于在单转子上增加了若干个线性约束条件，使轴系的刚度有所增加。因此，每一临界转速一般都以某一单转子为主导，相应轴系的临界转速也比主导的单转子的临界转速略高。下图给出一台100MW汽轮发电机组轴系和单转子的临界转速及相应的振型。
100MW汽轮发电机组轴系和单转子的临界转速及振型
从图可看出，轴系的各阶临界转速顺次以发电机、低压、高压及发电机转子等为主导，故可相应称为发电机转子一阶型 (Gl)、低压转子型 (LP)、高压转子型 (HP)、发电机转子二阶型 (G2) 等。数据的对比也符合轴系临界转速略高于主导的单转子临界转速的关系。
实际运行时，由于现场的条件与计算时选用的参数条件不同（如，轴承支承条件，联轴器连接状况等），将使现场测量的临界转速与计算值不完全相同。每次启停机的临界转速也略有不同，但不会有显著变化（不要将某转速下的由于摩擦引起的振动，误认为是转子临界转速改变而引起的振动）。
2、启停过程中，为什么一根转子会有几个峰值？
按照弹性体振动理论，一个连续分布的质量的轴系，存在无数个临界转速和振型。实际上，多数汽轮发电机组转子在工作转速之下，只出现第一阶临界转速，有的发电机转子有两个临界转速，第三阶以上的临界转速通常都在工作转速之上。机组在启动或停机过程中，某个轴承可能出现几个峰值，这有以下几种可能。
(1) 受某一阶临界转速的振型影响
例如，一阶临界转速为1600r/min左右的低压转子，在1000r/min时，有明显振动峰值，这是由于发电机转子在通过一阶临界转速时，在低压转子上产生的动态响应，受发电机振型影响，出现振动峰值。
(2) 受轴承座各向异性的影响
例如，轴承座垂直、水平方向刚度一般是不同的，当水平方向刚度低于垂直方向时，由于振动的耦合效应，即使在一个方向测量也会出现两个振动峰值：一个是对应垂直方向的临界转速，另一个对应水平方向的临界转速。
(3) 受分数谐波振动影响
分数谐波是指，频率为工作转速整数分之一的振动分量。当转子的临界转速接近于工作转速的整数分之一时，就有可能出现分数谐波共振，出现振动峰值。例如，工作转速为3000r/min的机组，当临界转速为1000r/min时，在工作转速时，可能出现频率为16.6Hz (1000/60=16.6) 的分数谐波共振；如临界转速为1500r/min时，在工作转速时可能出现频率为25Hz (1500/60=25) 的分数谐波共振，出现振动峰值。
(4) 受高次谐波振动的影响
高次谐波是指基频整数倍的频率成分。当系统的固有频率与某一个高次谐波分量的频率接近，就有可能出现高次谐波的振动影响，出现振动峰值。例如，机组在工作转速3000r/min时，若存在150Hz的固有频率，这时3X倍频的分量就会特别大，此时工作转速的通频振动量值特别大。
(5) 受油膜失稳影响
由于轴承稳定性降低等因素影响，转子系统易发生油膜涡动或油膜振荡，产生低频振动分量，出现振动峰值。当转子的一阶临界转速高于工作转速的1/2时，振动的频率是转速的1/2(0.5X)，称为油膜涡动；一阶临界转速低于工作转速的1/2时，振动频率等于一阶临界转速，称为油膜振荡。例如，汽轮机发电组的工作转速为3000r/min，当汽轮机转子的临界转速高于1500r/min时，此时只能发生油膜涡动不会发生油膜振荡；当发电机转子的临界转速低于1500r/min时，此时只能发生油膜振荡而不会发生油膜涡动。
(6) 受发电机副临界转速影响
由于发电机转子主轴的两个方向上刚度不相等，引起倍频振动、出现振动峰值。例如，发电机的一、二阶临界转速分别为800r/min和2600r/min，则在400r/min和1300r/min会发生2X的共振。在达到临界转速一半时，发电机出现较大振动，振动频率是2X，这样的转速称为副临界转速。正因为如此，发电机的2X振动一般要比汽轮机大。
来源：DyRoBeS微信公众号（ID：dyrobes），文章节选自《汽轮发电机组振动诊断技术问答》，作者：郭宝仁 常浩。
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