我在工作中有时会遇到这样的问题：客户打来电话，说现场一台汽轮机，之前运行的好好的，停机了一段时间，再次开机就怎么也开不起来了，低转速下可能运行还好，一过临界振动就大的吓人，有时甚至触发联锁停机。详细询问现场情况，客户又反馈停机期间没有对汽轮机进行过任何操作，十分诡异。
难道说设备放在那里自己就会出问题吗？没错，在有些情况下，存放不当会导致转子弯曲。
转子弯曲故障的定义与分类
什么是转子弯曲呢，正常情况下，绝大多数转子的中心线都应该是笔直的，当一些因素导致转子的中心线不直时，我们就说转子产生了弯曲。
弯曲大体上可分为2种：永久性弯曲和临时性弯曲。
转子永久性弯曲是指转子的轴呈永久性的弓形，它是由于转子结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当而发生永久性的弯曲变形，或是热态停车时未及时盘车或盘车不当、转子的热稳定性差、长期运行后轴的自然弯曲加大等原因所造成。
有些工厂设备停工以后，没有定期盘车，就放在那里，那么在长期重力的作用下，转子就会产生一定程度的挠曲变形。转子一旦发生这种塑性变形修复的成本很高，预防措施就是定期盘车，可以每隔7天将转子转动180°，抵消重力的作用。
重力因素导致的转子永久性弯曲
转子临时性弯曲多数情况下跟温度有关，所以有时候也称热弯曲。是指转子上有较大预负荷、开机运行时的暖机操作不当、升速过快、转轴热变形不均匀等原因造成。
转子热弯曲相关原理限于图文形式不好展示，我在视频课程里做了个动画，帮助大家理解，包括转子发生热弯曲了如何恢复，在视频里都有讲到，感兴趣的朋友可以看一下。
转子弯曲故障的特征
1. 两种弯曲故障原因虽然不同，但机理都和转子质量偏心类似，都会产生旋转矢量激振力。所以平衡类故障的特征转子弯曲也都具备，比如振动频率以工频为主，时域波形近似正弦波形，轴心轨迹多为椭圆……
2. 一般与温度相关的振动问题在冷态下都不明显，当开机一段时间温度逐渐升高后会逐渐显现出来，或者随着负荷的增加，振动明显增大。
3. 转子发生热弯曲后停机惰走时在低转速下转子的工频振动幅值比在开车时相同转速下的振动值要大很多，而且在相同转速下，其工频振动的相位也可能不重合。这一特点在Bode图上观测最为明显。
转子热弯曲时的Bode图
4. 轴弯曲时通常都会产生很大的径向振动和轴向振动，如果弯曲位于转轴中央附近，支承转子的两个轴承上的轴向振动主要呈1X分量，如果弯曲位于联轴器附近或悬臂式支撑转子的外伸端产生弯曲时，则可能产生较大的2X振动分量。此外，轴弯曲时一般会在一阶临界转速下产生较大的径向振动。
摩擦与转子弯曲
摩擦与转子弯曲是旋转设备比较常见的耦合性故障。
由于转子的动静间隙一般都比较小，所以当转子发生挠曲变形的时候很容易产生动静部件的摩擦，而摩擦又会在局部产生热量，这些热量会导致转子径向截面上温度分布不均匀，造成进一步的转子热弯曲。
从而在趋势图像上产生类似下图的幅值和相位特征。
案例
讲一个之前我处理过的一起转子弯曲故障的案例。
PTA装置是利用压缩机组向反应器提供大量的空气来作为氧气原料，使PX（对二甲苯）最终生产成PTA产品，PTA化学全称为精对苯二甲酸，是合成纤维的主要原料。
由于反应本身是一个放热反应，所以产生的热量可以供给膨胀机与汽轮机，一起驱动压缩机运行。在设计条件下，实现由副产蒸汽和氧化尾气回收的能量满足压缩机的消耗，即能量平衡。所以在刚开机时膨胀机是被拖动，后期反应进行后变为驱动设备。
整个化学反应流程对压缩机组的出口压力和风量的大小都有非常严格的要求，否则不能充分进行结晶和催化燃烧。而且压缩机转速恒定不变，同时需要控制压缩机组的喘振现象，需要专业操作员的实时监控，自动控制。
某石化厂PTA机组，机组结构与测点布置情况见下图，自左向右依次是汽轮机、齿轮箱、压缩机和膨胀机。
具体参数见下表。
该机组膨胀机检修后于2月6日10开始启机，膨胀机一级在1600rpm、3900rpm转速下分别稳定运行1h和2h，期间最大振值不超过15μm，图2。随后快速通过临界区，临界反应不强烈，图2。13点左右转速达到工作转速9600rpm，稳定运行15分钟后膨胀机一级各通道振动非驱动端25.3/22.4μm，驱动端21.7/16.6μm，频率主要为工频，相位信息稳定，低频有小幅能量分布。
趋势图
Bode图
频率成分以工频为主，低频有小幅能量分布。
波形频谱图
在13:18膨胀机一级振动开始快速上涨，一分钟内达到78μm触发联锁停车，在停机惰走过程中驱动端振动最高达到383.3μm，非驱动端最高达到161.3μm，频率主要为工频，且相位有同步变化。从停机惰走曲线上看，一级转子临界大约在6400rpm附近。
瀑布图
趋势图
1X趋势图
相位趋势图
轴心轨迹为狭长椭圆，且两个轴承位轴心轨迹椭圆的长轴方向有所不同。
轴心轨迹图
从数据上看，这是一起由于振动上升导致的联锁停车，判断膨胀机1级转子发生临时性弯曲，建议检查跳车前膨胀机入口流量及温度变化，建议下次启机时增加暖机盘车时间，膨胀机进行从/主动切换时平稳缓慢进行。
随后从现场确认13:13左右膨胀机一级尾气入口被打开，高温尾气迅速进入膨胀机一级导致转子局部温升，发生弯曲并进一步引发联锁停车。
现场DCS照片
作者：宫云庆
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