1、设备概述
该机组由汽轮机驱动，压缩机分为低压缸、中压缸、高压缸。汽轮机型号：NKS 32/28/16，额定转数：12011r/min，转速调整范围：9008-12612r/min，跳闸转速：13873r/min，额定输出轴功率：4537kw，进汽压力：3.75MPa，进汽温度：405℃，排汽压力：-0.084MPa。汽轮机振动报警门限为50μm，振动联锁门限为75μm。
图1 机组总貌图
2、故障现象
机组运行过程中，汽轮机进汽侧两通道幅值接近35μm，排汽侧幅值在50μm左右，振动幅值较高，偶尔会触发振动报警。与汽轮机相连的压缩机高压缸及中压缸振动幅值均不高，幅值分别保持在10μm和25μm以下。
图2 汽轮机进汽侧振动趋势图
图3 汽轮机排汽侧振动趋势图
3、故障分析及结论
机组在启机过程中，低速暖机时振动幅值在20μm以下，随转速提升四个通道振动呈同步上涨趋势，达到额定运行转速后振动幅值最高就接近50μm左右，后续运行时振动无上涨趋势。但四个通道幅值随转速调整又明显的同步关系，转速在11000r/min~11450r/min调整时，汽轮机四个通道的振动幅值随之同步变化，从分频趋势上看，幅值变化主要以1X为主。
图4 汽轮机启机过程振动趋势图
图5 汽轮机振值随转速变化趋势图
查看汽轮机两端的波形频谱图，波形图均接近正弦波形态，波峰和波谷处有少许毛刺，总体重复性良好，波峰和波谷幅值相近，说明转子所受的激振力稳定。频谱图中，频率成分主要以1X为主，其它频率成分均较低，该汽轮机组振动的异常频率成分为1倍频。
图6 汽轮机进汽侧波形频谱图
图7 汽轮机排汽侧波形频谱图
两端的轴心轨迹图形态不规则，涡动范围较大，通过对比在运行过程中轴心轨迹形态基本无变化，在振值随转速变化上涨及降低时，仅涡动范围有所改变，涡动方向始终为正进动，未改变。
图8 汽轮机两端轴心轨迹图
诊断结论：
综合上述振动表现现象及图谱特征，分析该机组汽轮机转子存在明显的动不平衡方面的故障。
转子不平衡故障是机组最常见的故障之一，其在振动图谱上的特征为：
- 振动信号的原始波形为正弦波形态；
- 振动信号的频谱图中，能量主要集中在1X上，其它倍频成分幅值较小；
- 当机组转速稳定时，振动幅值及1X相位也比较平稳；当转速改变时，振动幅值随转速调整会有同步变化，从分频趋势上看主要为1X幅值的变化所致；转子不平衡类故障对转速比较敏感。
- 转子的轴心轨迹为椭圆形（或近似椭圆形）态，涡动范围一般较大，涡动方向始终为同步正进动。
4、故障验证
2020年8月份，用户停机检修。对该汽轮机转子返厂校高速动平衡后，汽轮机四个通道振动幅值均降低至25μm以下，且趋势平稳。
图9 检修后汽轮机振动趋势图
该汽轮机转子在以往检修时曾做过低速动平衡，但在检修后重新运行时仍表现出明显的不平衡特征。其实，大型旋转机械设备，其转子大多使用的是挠性转子，在高速旋转过程中转子会存在挠曲变形，改变转子圆周方向的质量分布，故针对挠性机组转子存在平衡类故障时，建议要对转子校高速动平衡处理。
图10 刚性转子&挠性转子动平衡机理
