摘要：随着发展需要，汽轮发电机的单机容量不断提高，对汽轮发电机的安全可靠性有了更高要求。在影响汽轮机发电机组安全运行的因素中，联轴器不对中造成的振动故障非常常见，也容易带来严重的安全隐患。本文主要是探讨了发电机组联轴器不对中振动的物理模型，分析了产生不对中振动的机理，讨论了汽轮机发电机组联轴器不对中造成的故障现象，提出了对不对中振动进行故障诊断的技术方法，并结合实际振动故障进行了验，检验了故障诊断的正确性。
关键字： 汽轮 发电机组 联轴器 不对中 振动
汽轮发电机组的振动故障是机组运行中的常见故障之一，通常发生在机组带着负荷运行的过程中，但有时也在发电机组启动、速度提高的过程中出现。因联轴器不对中而引起的汽轮发电机组振动故障的数量在故障总数中占比较高。因此对汽轮发电机组联轴器不对中振动进行研究非常必要。联轴器不对中就是指，联轴器两侧的转子轴线发生了水平或者垂直方向上的偏移，表现为偏角或者是平行方向的不对中。本文主要是针对联轴器不对中情况进行物理特征分析，提出了不对中对振动进行故障分析和诊断的方法，并结合实际振动故障进行了试验，检验了故障诊断的正确性。
一、联轴器不对中故障的物理机理及原因分析
联轴器不对中振动故障的变现主要有，平行不对中和偏角不对中、和综合不对中三种。三种类型的不对中振动机理不同，造成的影响和后果也不不尽相同。具体如下：
联轴器平行不对中振动机理。联轴器的平行不对中现象，就是指联轴器两个转子的轴线出现了平行方向的偏移量。这种偏移会对联轴器的轴线带来激振力。从平行方向的轴系受力分析可以发现，平行方向的偏移会产生较大的离心力，让转子出现振动频率达到转速2倍以上的径向振动。这种转子轴系产生的激振力，会导致轴振量和瓦振量加大。转子轴系在回转中会将突发的激振力传递给被动轴，让被动轴的离心惯性力，随着偏移量和转速的升高不断增强。在实验中发现，平行不对中会让联轴器在径向力的作用下产生2倍以上的激振力，这时联轴器不对中故障的频率也就是为2倍频或者是1倍频，过程中还会掺杂一些高频分量。对平行不对中的振动波形分析发现，此时振动故障的振动波形比较稳定，重复性高，出现的是1倍频波形和2倍频波形叠加的情况。激振力的大小会随着平行不对中的偏移量的增加而增大，因此解决平行不对中振动故障的关键是要减少或者消除不对中偏移量的存在。
联轴器偏角不对中振动机理。偏角不对中振动就是指，联轴器转子的中心线没有处于同一条直线上，两个转子的中线出现了一个夹角。主动轴和被动轴都会存在一个角速度。一般主动轴旋转1周，被动轴的角速度会发生两个周期的变化，也就是说此时会产生2倍频的激振力。偏角不对中故障的波形分析可以发现，被动轴在一周的转速中会发生2次变化，激振力的频率具有2倍频特征。也就说明偏角不对中振动故障的频率特征为2倍频振动。在偏角不对中的偏移量导致激振力增加时，会产生轴向和径向的振动，其中轴向振动往往超过径向振动。联轴器转子在旋转中产生让偏角变小的轴向力，旋转一周发生变化1次，就会带来轴系的工频振动现象。联轴器在低速运转中，机组在启动或者停机过程中，偏角不对中会导致中轴系出现比较大的晃动现象。
联轴器综合不对中振动机理。在联轴器不但存在平行不对中，也存在偏角不对中的时候，就会出现综合不对中振动故障。综合不对中的振动机理的动态特征处于平行不对中和偏角不对中之间。此时向联轴器施加的激振力频率是转速的1倍，激振力大小和联轴器的外壳质量、不对中角度和不对中偏移量等相关。联轴器两端受到的激振力的相位差位于0-π之间，物理特征的表现也在平行不对中和偏角不对中的现象之间。
联轴器出现不对中故障的原因主要来源于几个方面，一是联轴器的轴承系统在设计中，因为对中因素考虑不全面，导致设计计算出现偏差。二是汽轮机等机器设备在实际操作中处于超负荷运行、或者运行中设备保温效果不好，导致转子系统中不同转子出现的受热变形不均衡。三是汽轮机等设备的支撑底座等基础，因为各种不同因素影响出现了下沉情况，从而使联轴器处于不对中工作状态。四是联轴器毛坯在锻造过程中，存着着偏心、歪斜等不均匀的缺陷，只能在安装过程中利用补救方法进行找正，但是找正结果存着误差，或者是找正手段在运行一段时间之后失效，导致出现不对中故障。
二、汽轮发电机联轴器不对中振动故障诊断方法
目前，在对汽轮机联轴器不对中故障的研究中，主要是通过发现该故障会导致转子系统出现2倍频振动特征分量的出现或者是加重，来对联轴器的不对中故障原因进行判断。但是如果只是依据2倍频振动分量在幅值上的变化来对不对中故障进行诊断往往不够准确，这是因为转子系统在运动中还会出现因为径向摩擦、转子横向裂纹等产生的2倍频分量。这些振动分量会和不对中故障的振动分量混合在一起，所以仅仅依靠2被频分量的幅值变化进行诊断并不准确。
二维全息谱诊断技术，是目前对联轴器不对中振动故障进行诊断的新方法。二维全息谱就是通过改进快速傅里叶变换算法，计算处于转子系统在同一界面上，水平和垂直不同方向的振动信号，并明确振动信号的主要频率分类的相位和幅值。之后对这些数据进行综合处理，让每个不同频率分量对应发生的振动轨迹都依照顺序排列到一张图谱中。二位全息图谱能够全面、清晰地发现出每个不同的频率分量的轨迹形状，选择方向、大小变化和相互关系，从而为不对中振动故障的成因进行准确判断。定量分析联轴器不对中诊断技术是一种综合诊断技术，主要是希望能定量得到平行不对中的偏移量和角度不对中的角度量，对故障进行更为精确的判断。
三、汽轮发电机联轴器不对中振动故障振动诊断实例
M电站有200MW汽轮发电机组，该机组的轴系由发电机转子、低压转子、高压转子和励磁机转子及其各转子以双支撑方式支撑的8个轴承组成。发电机组在启动过程中，汽轮机转子的在一阶临阶转速附近时，发电机组的5号轴承振动指标超过标准导致出现跳机。现场工作人员利用数据传感器采集到了故障过程中的轴振值和瓦振值。之后工作人员在进行转子动平衡之后，为汽轮机转子加上了平衡块启动发电机组。但是发电机组在5号轴承部位仍然出现了振动，并在转速17500r/min时出现跳机。在第二次跳机中的振动波形图中可以看到波形稳定，且具有重复性，因此判断为比较典型的不对中振动故障波形。
技术人员对采集到的两次振动故障数据进行分析发现，发电机组在启动过程中5号和附件的4号轴承区域都发生了相对轴振动带来的晃动情况。轴心轨迹图也发现，振动故障的原因主要是5号轴承和4号轴承的联轴器不对中引起。之后通过去掉平衡片，对轴系进行故障排查，采用垫片来消除联轴器断面出现的偏差值。在此操作下汽轮机故障被排除，实现了顺利定速运行。
本文主要是对汽轮发电机组联轴器不对中振动故障的物理机理和产生原因进行分析，之后对二维全息谱诊断技术、定量分析联轴器不对中诊断技术进行阐释，最后结合实例分析了汽轮发电机组联轴器不对中振动故障的诊断过程和结果。
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