民用航空发动机转子热弯曲问题研究

转子弯曲的静变形是指转子在静止状态下，由于材料本身的内应力、加工工艺等因素导致的弯曲变形。

这种情况通常会影响转子的稳定性和性能，需要进行相应的处理。

导致转子弯曲静变形的因素有很多，包括材料质量、加工工艺、装配精度等。

在制造过程中，如果转子材料的质量不均匀，或者加工过程中存在应力集中，都可能导致转子弯曲。

此外，装配精度也会影响转子的稳定性，如果轴承、轴瓦等部件的配合不当，也会导致转子弯曲。

当转子出现弯曲静变形时，转子的形状和尺寸会发生改变，导致转子的平衡状态被破坏，进而影响其旋转性能。

具体来说，转子弯曲会导致旋转时产生振动和噪声，甚至可能导致轴承磨损、断裂等严重问题。

因此，对于转子弯曲的静变形，必须进行及时的处理，以保证转子的稳定性和可靠性。

处理转子弯曲静变形的方法包括校直、热处理、更换材料等。

校直是一种常用的方法，通过人工或机械手段将弯曲的转子重新拉直。

这种方法通常适用于较小的弯曲变形，而且需要专业的设备和技能。

热处理是一种更有效的方法，通过加热和冷却转子，改变其内部的应力分布，从而达到消除弯曲变形的目的。

这种方法需要专业的热处理设备和技术，而且可能对转子的寿命和性能产生一定的影响。

如果以上两种方法都无法解决问题，可能需要更换转子材料，选择更适宜的材料类型和性能参数，以保证转子的稳定性和可靠性。

总之，转子弯曲的静变形是影响转子稳定性和性能的重要因素之一，需要采取相应的处理方法进行及时的处理。

常见的处理方法包括校直、热处理和更换材料等。

在处理过程中，需要综合考虑各种因素，选择最适合的方法，以保证转子的稳定性和可靠性。

600MW亚临界机组转子热弯曲的振动特征分析本文通过研究600MW亚临界机组中转子出现振动和缓慢爬升的现象，分析了相关的振动状况，确定了转子的偏向热变形的形成与原有方向偏向的问题，从而对转子相关系数进行有效分析，提出了机组停机状态下对这种状况所采取的措施，以稳定转子的振动性能，最终减小机组设备的损失。

标签：转子600MW 机组设备偏向热变形引言我国经济正处于转型时期，在前几年国家提倡经济的可持续发展和低碳发展，因而对发电产业进行一系列的调整，限制小火电厂的发展，大力发展大型的火电企业，由于600 MW以上的火电机组有较低的污染排放量，所以很多大型的600 MW以上的火电机组得到发展。

大功率机组虽有节约能源减少污染排放量的优势，然而其事故的发生会带来重大的损失，所以社会更加关注大型机组的安全问题。

当前我国的大型火电机组的相关设备均由本国制造生产，从国外购进先进的技术，大部分机组在运行过程中出现了超振动现象，从而对设备的正常运行造成安全问题。

火电机组的安全性能影响到公司员工的人身安全和公司的经济利益，会对社会带来重大的损失。

所以，有必要对大容量的火电机组进行振动分析，故障排查，经验总结，从而提高过程火电机组设备的制造性能及改进机组的维护水准，促进火电产业的发展。

本文通过研究600MW亚临界火电机组中出现的异常振动现象，分析了具体的振动特征，对异常振动现象进行归因分析，从而找到相关的解决办法。

一、机组结构现提供的研究对象为600MW亚临界凝汽的汽轮发电机组，型号是N600-16.7/538/538。

汽轮机的结构顺序是由高中压合成缸、两个低压缸和发电机组织，全机组共设计9轴承，根据机组结构顺序排列，高中压合缸前面是第一个轴承，依次排序到发电机后的第八、九个轴承。

蒸汽进入到缸体的中间，主蒸汽往汽轮机的机头朝向膨胀，而再热蒸汽往发电机朝向膨胀。

转子只由高中压合缸段为整個转子，最大转速约是1550 r/min。

转子弯曲在实际工作中，有的人会把转子弯曲当做不平衡一样来看待。

确实，这两者之间有很多相似之处，而且转子弯曲确实也会呈现出很多不平衡的特征，但是它们还是有区别的。

从本质上来讲，质量不平衡指的是，各横截面的质心连线跟几何中心连线存在偏差，而转子弯曲则是指各横截面的几何中心连线跟旋转轴线不重合。

1. 转子弯曲的种类搞设备的人都知道转子弯曲有永久性弯曲和临时性弯曲，但是我们又经常把它们同等对待。

这是为什么呢？因为他们的故障机理是相同的，那么不同在哪儿呢？就在一个可以恢复，一个无法恢复。

临时性弯曲一般是由预负荷过大、开机运行时暖机不充分、升速过快局部碰磨产生温升等原因造成的，多盘盘车，增加一些暖机时间，通常就能恢复了。

永久性弯曲就不行了，只有返回机械加工厂或者在现场进行人工干预才能修复。

造成永久性弯曲的原因主要有设计制造的缺陷、长期停放方法不当、热态停机的时候没有及时盘车，或者遭遇了凉水急冷等问题。

2. 转子弯曲振动的机理刚才说过了，转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但是它们的故障机理是相同的，都会产生跟质量偏心类似的旋转矢量激振力。

不过跟质心偏离不一样的地方，在于转子弯曲会导致轴的两端产生锥形运动，所以在轴向还会产生比较大的工频振动。

另外，转子弯曲还有一个跟转子不平衡不一样的特征。

虽说轴弯曲会导致一定程度的不平衡，但是弯曲产生的弹力和不平衡产生的离心力相位不同，所以两者之间会有一定程度的抵消，所以转轴的振幅在某个特定转速下会有所减小。

弯曲的作用小于不平衡量的时候，振幅的减小发生在临界转速以下；弯曲的作用大于不平衡量的时候，振幅的减小发生在临界转速以上。

3. 转子弯曲的故障特征转子永久性弯曲和转子临时性弯曲都具有转子质量偏心的特征，不同之处在于，转子永久性弯曲故障的机组，开机启动的时候振动就很大；而转子临时性弯曲的机组，是随着开机升速的过程，振幅增大到某一个值，然后有所减小。

4. 转子弯曲的故障诊断从振动特征上看，转子永久性弯曲和转子临时性弯曲的时域波形都是正弦波，频率特征以 1 倍频为主，伴随一定的 2 倍频和高次谐波，以径向振动为主，轴心轨迹是椭圆，进动方向是正进动。

转子弯曲的故障机理与诊断 有人习惯将转子弯曲与不平衡同等看待， 实际上两者是有区别的。

所谓质量不平衡是指 各横截面的质心连线与其几何中心连线存在偏差， 而转子弯曲是指各横截面的几何中心连线 与旋转轴线不重合，二者都会使转子产生偏心质量，从而使转子产生不平衡振动。

一、转子弯曲的种类 机组停用一段时间后重新开机时，有时会遇到振动过大甚至无法启动的情况。

这多 半是机组停用后产生了转子弯曲的故障。

转子弯曲有永久性弯曲和临时性弯曲两种情况。

永久性弯曲是指转子轴呈弓形弯曲后无法恢复。

造成永久弯曲的原因有设计制造缺 陷（转轴结构不合理、材质性能不均匀）、长期停放方法不当、热态停机时未及时盘车或遭 凉水急冷等。

临时性弯曲是指可恢复的弯曲。

造成临时性弯曲的原因有预负荷过大、开机运行时 暖机不充分、升速过快局部碰磨产生温升等致使转子热变形不均匀等。

二、转子弯曲振动的机理 转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质 量偏心类似， 因而都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力。

与质心偏离不同之处在于轴 弯曲会使轴两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动。

另外，转轴弯曲时，由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力相位不同， 两者之间相互作用会有所抵消，转轴的振幅在某个转速下会有所减小，即在某个转速上，转 轴的振幅会产生一个“凹谷”， 这点与不平衡转子动力特性有所不同。

当弯曲的作用小于不 衡量时，振幅的减少发生在临界转速以下；当弯曲作用大于不平衡量时，振幅的减少就发生 在临界转速以上。

三、转子弯曲的故障特征 转子永久性弯曲和转子临时性弯曲与转子质量偏心基本相同。

其不同之处是，具有 转子永久性弯曲故障的机器，开机启动时振动就较大；而转子临时性弯曲的机器，则是随着 开机升速过程振幅增大到某一值后有所减小，其振幅矢量域如图 1 所示。

图1转轴弯曲振动矢量域四、转子弯曲的故障诊断 转子弯曲的故障诊断主要依据见表 1 和表 2。

发电机热弯曲热弯曲是发电机较常见的一种振动故障，在国内外都是如此。

近几年国内机组此类故障有增加的趋势，因此进行这方面的研究、总结现场处理的经验是十分必要的。

一热弯曲原因及振动的机理引起发电机热弯曲的主要原因有：①材质问题；②冷却系统故障；③转子线圈膨胀受阻④匝间短路。

材质问题：转子锻件的各向异性会引起受热后各个方向的膨胀不均，产生热弯曲。

随着制造水平的提高，材质造成的热弯曲已很少见，冷却系统故障：发电机转子的冷却方式分为空冷、水冷、和氢冷。

它们都可能出现冷却系统堵塞的故障。

空冷机组：小容量的发电机和许多励磁机采用空气冷却，在长期运行的过程中，空气中的灰尘可能堆积在转子的风道上面，将影响到通风的均匀性。

水冷机组：水内冷机组的冷却水由励磁机的进水支座经水电连接头进入发电机转子的空心线圈，冷却转子后由汽侧的出水支座排出。

水电连接头是拐角结构，而且空心线圈的内孔很小，只有几毫米。

如果有异物进入，很容易在这两个部位造成堵塞。

氢冷机组：大型发电机多数采用氢内冷。

通风孔是转子热交换的主要风路通道，多种原因都可能引起通风孔通流截面减小、通风孔变形、杂物堵塞，例如：制造、安装或保管不慎将杂物带入通风孔；检修后未能对发电机彻底吹扫；运行中杂物被吹入通风孔；导线绝缘脱落堵塞通风孔或引起通风不畅；匝间绝缘窜动；槽楔、楔下垫条、通风孔的相互错位；转子局部过热使槽衬断裂或鼓起堵塞通风孔；氢爆引起的通风孔变形。

冷却系统局部堵塞，将破坏冷却的对称性，使转子横截面出现温度不对称，引起热弯曲。

转子线圈膨胀受阻：有的资料也将这种故障称为内摩擦效应，因为它与线圈膨胀受到的摩擦力有关。

发电机的磁场是转子绕组的励磁电流建立的。

励磁电流通过绕组并使线圈被加热，线圈受热后向两端膨胀，大型发电机转子线圈的膨胀量可以达到10mm左右。

如果这种膨胀不受约束，并不会在转子产生内应力。

然而，由于旋转过程中线圈产生巨大离心力，这种离心力使它紧贴在槽楔和护环的内壁，在结合面出现很大的摩擦力。

航空发动机涡轮转子的设计与优化航空发动机的性能是飞机能否顺利进行飞行的关键因素之一。

涡轮转子是航空发动机中重要的组成部分，是实现能量转换的关键部件。

因此，涡轮转子的设计与优化一直是航空发动机研发中的重要课题之一。

本文将就航空发动机涡轮转子的设计与优化进行探讨。

一、涡轮转子的结构与功能涡轮转子是由多个扇叶组成的旋转部件，与压气机共同组成了航空发动机的轮毂。

涡轮转子的主要功能是将高温高压气体的动能转换为机械能，驱动涡轮轴旋转，进而驱动压气机和燃烧室工作。

涡轮转子是航空发动机的“心脏”，其性能直接影响着整个发动机的性能。

涡轮转子的结构通常由多个不同长度的扇叶构成，扇叶上一般刻有弯曲弦线，使得扇叶能够在转动中实现相对平滑的负载分布，避免发生应力集中现象。

此外，涡轮转子的叶片还要具有良好的气动特性和耐高温性能，以确保运转时能承受高温高压气体的冲击和热负荷。

因此，涡轮转子的材料和结构设计需要严格按照设计要求来进行，以保证其性能和可靠性。

二、涡轮转子的设计方法涡轮转子的设计是一个复杂的过程，涉及到气动学、材料力学、热力学等多个领域的知识。

在设计涡轮转子时，需要考虑以下几个方面的问题：1. 框架设计涡轮转子的框架设计是设计的重点，它主要包括大小叶片的数量和角度、叶片排布的位置和方向等。

框架设计需要考虑到涡轮转子的旋转方向、涡轮的截面等因素，已达到最佳的气动性能和强度。

2. 叶片设计叶片是涡轮转子的关键部件，其气动性能的好坏直接影响到整个发动机的性能。

叶片的设计需要考虑到其气动特性、热力学性质、材料性质等多方面的因素。

通常情况下，叶片的设计需要进行多次的计算、模态分析和实验验证。

3. 流场分析在涡轮转子的设计过程中，需要对其工作状态下的流场进行分析和计算。

流场分析主要是为了确定涡轮的叶片数量、角度和排布方式等，以达到最佳的气动性能和强度。

4. 材料选择涡轮转子的材料选择对于涡轮的性能和寿命都有着很大的影响。

目前在涡轮转子的材料选择中，航空工业主要选择镍基合金、钛合金和超温合金等材料。

汽轮机转子热弯曲及临界转速偏移故障分析及处理摘要：汽轮机，又称汽轮机机，是能将蒸汽热能转化为机械工作的旋转机。

它是一种旋转蒸汽动力装置。

蒸汽从锅炉进入汽轮机后，经过一系列喷嘴和移动叶片，交替排列在环形中。

固体喷嘴通过后，高温高压蒸汽变成加速气流，喷到叶片上，使转子以叶片系列旋转，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。

同时，他们在外面工作。

运转期间，汽轮机转子必须承受蒸汽电流的作用力和叶轮本身的离心力所造成的应力，另一方面又承受蒸汽温度差所造成的热负荷等。

保养或操作不当容易导致汽轮机转子弯曲变形。

在此基础上，研究了汽轮机转子热弯和临界转速偏差的误差分析及处理方法，仅供参考。

关键词：压缩机；汽轮机；热弯曲；临界转速偏移；故障分析；诊断引言面对大功率汽轮机转子的渐进弯曲误差，有必要明确故障特性，准确诊断渐进弯曲的类型，考虑空间振动模式分解以及现场进行动态平衡时动态补偿方案的现场实现。

本研究综述了转子渐进弯曲的特点和诊断方法，给出了分解空间类型的方法，并提出了永久弯曲或热变量弯曲的一阶和二阶渐进弯曲的动态平衡补偿方法。

并以实例说明了该方法的计算方法和对实际运行的思考，对转子动力学的实际应用理论和工程领域的实施具有参考价值。

1压缩机组简介压缩机组由RE3型3级离心式汽轮机、A35型变速箱及SKUEL816型双螺杆压缩机3个主要部分构成。

汽轮机包括转子、轴承、气封、调速系统、速关阀和控制系统等，主要为压缩机提供驱动力，由美国DRESSER-RAND公司制造。

减速箱的作用是降低汽轮机传递至压缩机的转速，其变速比为 3.689:1，采用人字齿轮，由MANTURBOAG公司制造。

螺杆压缩机的阳转子共有4个齿，阴转子共有6个齿，使用碳环密封，密封气体则使用2转子热弯曲故障机理分析2.1转子弯曲故障特性汽轮机机组转子弯曲误差包括永久弯曲、首次弯曲和热弯曲。

转子的永久弯曲可以简单地描述为转子的剧烈塑性变形，这是转子弯曲失效最致命的特征。

转子弯曲转子热弯曲故障案例分析转子弯曲转子热弯曲故障案例分析转子热弯曲故障案例分析：1、高压给水泵长轴弯曲案例（摩擦热弯曲导致）：故障简介：该给水泵每次大修后，只能运行7-20天，刚大修完时，振动幅度一般在0.04-0.06mm ，运行一段时间后，振动值达到1.17mm ，轴瓦巴氏合金磨损严重。

故障特点及检查情况：泵启动后联轴器端轴瓦振动，2h 内从0.38mm 升至0.76mm 。

最初怀疑是对中不良引起，经重新对中并更换联轴器弹性胶圈后，两端轴瓦振动都降到0.45mm 以下。

但运行4h 后，两端轴瓦振动值又升到0.7mm 以上。

反复调整后，振动问题仍无法消除，而且每次都有随运行时间增加而增大的情况。

振动频谱显示振动以工频为主，引起振动的可能原因是：轴弯曲或动不平衡。

将转子组装后进行外观检查，各级口环及导叶套处轴套磨损均在同一相位处，每处宽度25mm ，共10处(每级叶轮对应一处) ，磨损的沟槽深者达0.8mm 以上，磨损处的金属呈受热后的蓝色，磨损弧长约1/2圆周长度。

各段的静口环及导叶套顶部磨损偏轻，底部磨损偏重，测量与其对应的转动部件配合间隙都在1.1mm 以上。

转子径向最大跳动值为0.13mm ，且最大值在3、7级轴套处，5、6级间轴套(轴长中点) 径向跳动值为0.07mm 。

故障分析：由测量的数据可以知道，泵转子有一定径向跳动存在，转子在冷态情况下动静碰磨也比较小。

转子冷态的弯曲，不足以产生运行时的剧烈振动和拆检后观察到的磨损情况。

可假设如下：泵在运行的情况下，由于导叶套处轴套的偏磨，轴套局部发热，当产生的热量较大而无法被介质及时带走时，偏磨处发蓝。

轴套碰磨与不碰磨处的两侧，由于温度差而产生不一致的热膨胀使轴弯曲，轴弯向原来转子已经碰磨的一侧。

这样就出现了碰磨、发热、弯曲、碰磨加剧、轴进一步发热弯曲的恶性循环。

这种假设与叶轮口环及导叶套处实际偏磨、发蓝，振动值随时间加大，主要分量为工频的现象相吻合。

汽轮发电机组汽轮机转子热弯曲故障的诊断与处理郑州大学机械工程学院陈宏某集团公司自备电厂一汽轮发电机组在一次大修之后，进行冲转启机，经过两次启机偿试，均在1000r/min时由于振动不断增大而失败，机组有关参数如下：汽轮机功率为60000kw，临界转速大约在1600r/min左右，整个机组由汽轮机、发电机和励磁机组成，在汽轮机和发电机轴瓦处装有速度传感器进行振动值监测，机组大修时发现汽轮机倒数第三级叶轮有3个叶片发生断裂，发电机前端轴瓦（3#瓦）间隙过大。

（1）机组图片（2）郑州恩普特设备诊断工程有限公司技术人员正在进行现场振动测试该汽轮机在前两次启机时的振动情况及启机过程为：先在60r/min 时进行盘车，然后在500r/min时暖机10min ,然后升速到1000r/min，继续暖机，前两次启机，在500r/min暖机时，各瓦振动均较小，但是到1000r/min时，前2分钟振动还较小，之后各个轴瓦振动值均不但增长，直至超过50mμ时被迫打闸停机。

各点振动均为1倍频，轴向振动较大，打闸停机后盘车发现汽轮机尾端挠度值明显增大，超过原挠度值1倍以上。

振动最大处为3#瓦。

上下汽缸温差在70度以上。

根据启机过程及振动结果分析，初步诊断该振动增大的原因为汽轮机转子热弯曲造成。

建议采取如下措施重新启机。

1．在60r/min进行充分盘车，使挠度值降到正常水平；2．在500r/min进行充分暖机，暖机指标是：保证各瓦振动值稳定并保持在较低的水平，使汽缸绝对膨胀量充分；3．在由500r/min向1000r/min升速的过程中，要注意缓慢升速，如果发现振动不稳，应降速暖机，在汽缸绝对膨胀较稳定时再升速；4．在振动增大时采取降速暖机的措施，不要进行打闸停机；5．在转速长到1200r/min时，如果各瓦振动稳定并保持在20mμ以下时，汽缸绝对膨胀在8-10之间时，应该偿试过临界；6．如果能够过临界，则问题基本上可以解决，此时要注意，过完临界后应在2200-2400r/min继续暖机10分钟左右，以保证振动稳定，然后再升速到工作转速3000r/min。