摘要：多轴系旋转机械发生的故障是各种各样的，但是从故障出现的百分率来看，常见的有不平衡、不对中、油膜涡动、油膜振荡、机械松动等，但对于不同的旋转机械，由于使用场合，工况条件如工作介质、压力、温度、电场、磁场等不同，以及本身质地、运动形式上的差别，其故障的机率也有所不同。以PG6531燃气轮机及其发电机为例，重点探讨解决振动问题的分析方法和处理过程。
关键词：多轴系旋转设备故障分析
一、概述
旋转机械种类很多，如燃气轮机、蒸汽轮机、压缩机、风机、泵、发电机等。这些机械虽然性能各有不同，但是其结构的共同点都是由转动体作为主体，因此旋转机械运行发生故障也有着共同的规律和特征。
PG6531燃气轮机装机容量为37MW，工作原理为高温烟气（1200℃）在透平缸膨胀做功（排烟温度为543℃），传递动力。它是一种多轴系结构的发电机组，其燃气轮机透平转速高达5100r/min，通过负荷齿轮箱减速为3000r/min。该机组自1999年修复以来，发电机前端轴承振动值接近报警值（12.7mm/s），后来通过在发电机前端加配重块降低了发电机的振动值，但又引发了燃气轮机透平转子的振动值升高。由于其结构的特殊性，本该作为吸振的负荷齿轮箱变成了传递振动的“纽带”，称其为振动“综合症”，致使电厂机组运行的稳定大大性降低。基于以上情况进行分析论证，并完成现场处理，彻底解决了机组振动问题。
二、故障分析
PG6531燃气轮机测点布置如图1所示，分别对应各轴承位置，监测数据为速度值（mm/s）。压气机部分主要完成输送压缩空气的任务，它是通过高速旋转的叶轮把透平部分2/3的能量传输给气体，使气体的压力和速度升高，并将速度能转换为压力能。其工作转速为5100r/min，排气压力达1.1MPa。压气机排气和燃料混合燃烧后，在透平部分膨胀做功，完成能量传递过程。
2006年对该机组（包括发电机）进行了整体大修。大修过程中更换了燃机一级动叶和两片二级动叶，所有叶片的安装顺序均按照美国GE公司标准执行。回装后，机组在全速空载状态下测点7振动值高达11mm/s。后在励磁机整流盘270°相位角左右加42g配重块，开机至全速空载，测点7降至5.8mm/s，而测点8由原来的3.6mm/s升至5.4mm/s，测点1、2由原来的3.1mm/s、3.2mm/s升至8.2mm/s，后在测点2位置靠背轮处300°相位角加重螺栓垫片100g，测点1、2振动值降低到6.5mm/s以下。后机组运行1120h后，测点2振动值回升到8.7mm/s左右。2008年对该机进行了第二次大修，更换了一级动叶和二级动叶各一套，并恢复测点1、2处的垫片，开机达全速空载后，测点7振动值升至11.2mm/s。
第一次大修后频谱图和幅值图见图2。从图上表示出的工频和倍频谐波分量比较明显，说明燃机存在不平衡和转子不对中因素。在这次大修后处理振动过程当中，通过加平衡块主要是消除了转子部分不平衡因素，但对转子轴系对中问题没有进行复查，所以在消除发电机轴承振动的同时，由于对中问题引起了燃机振动上升，负荷齿轮箱承担负荷，产生了所谓振动传递现象。从而解释了为什么在消除发电机振动的同时引发了燃机振动。
第二次大修后频谱图和幅值图见图3。分析认为燃气轮机及其发电机大修后，其工作状态由正常转变为异常时，其振动波形及频谱变化如图所示。由此可知大修后，不仅振幅大幅度增加，且能量集中于基频谐波，当经过一段时间运行后，振动进一步恶化出现异常振动时高频和低频谐波增加。