共振是指激振力的频率与振动系统的固有频率重合，这时振幅急剧增大，相位急剧变化。

激振力通常是不平衡力，它的频率与转速一致。在工作转速（3000r/min），不平衡激振力的频率为50Hz。这里所说的共振，通常是指固有频率接近于工作转速。

【资料图】

工作转速是机组长期运行的转速，为避免共振，固有频率应避开50Hz。通常要求避开率为20%，即固有频率要低于40Hz （2400r/min）和高于60Hz （3600r/min）。

转子的固有频率称为临界转速。如果临界转速与工作转速接近，将会发生共振。如我国引进西屋的300MW机组，因为励磁机的临界转速（2800r/min左右）接近3000r/min，使这类机组长期振动不正常，需要经常调整平衡。临界转速是转子非常重要的参数，在设计阶段要经过严格的计算和试验，一般不会出现接近工作转速的问题。

还有一类形式的共振普遍存在，即结构共振。结构共振是指汽轮发电机组静止部件的固有频率接近工作转速。如果这些部件存在共振，会加速部件的疲劳破坏。特别是转子的支承部件，如轴承箱、端盖、汽缸、基础等，当这些部件存在共振时，会导致整个轴系振动的恶化。

01 共振的原因

（1）转子的临界转速、叶片的固有频率都有严格的要求。机组出厂时厂家必须向用户提供这方面的数据，但是对于其他部件目前并没有这方面的要求，在客观上使得设计和制造部门对避免结构共振的问题重视不够。

（2）大的结构部件（如汽缸、发电机端盖、轴承箱）由于其形状复杂，无论从计算角度还是从试验角度，在设计阶段确定其固有频率的难度都比较大。

（3）近年从西方国家引进的许多机组额定频率为60Hz。这些机组的部件如果存在50Hz的固有频率，在国外的运行条件并不是一个问题，但在我国运行就会存在问题。这是引进机组共振问题较多的原因。

（4）基础共振。汽轮发电机组基础（汽轮机平台、混凝土框架）的固有频率也应该避开50Hz。有的机组本身的振动并不大，但是站在汽轮机平台上却有明显的振感，这往往是基础存在共振引起的。

（5）运行过程的损坏。运行过程部件出现的裂纹、松动等，可以引起部件刚度的降低，使固有频率落入共振区。

02 诊断

判断结构共振的方法是：如果接近3000r/min时轴承座振动急剧上升，则存在结构共振的可能性很大。进一步的诊断还要注意以下几点：

（1）可以排除转子的临界转速。事实上，除了引进300MW励磁机转子这样的特例，国内已投运的各种机组临界转速对3000r/min都有足够的避开率。

（2）主要观察轴承座振动。结构共振发生于静止部件，它对轴承座的影响较大，而对转子的影响相对较小。所以表现为接近3000r/min时轴承座振动的急剧上升。

（3）结构物在三个方向的固有频率不一致。某一方向发生共振，其他方向不一定共振。

（4）如果汽轮机的缸体、发电机、励磁机的外壳振动特别大，而转子的轴振并不大，则这些部件共振的可能性很大。

（5）如果轴承座振动不大，而汽轮机平台的振动大，则存在基础共振的可能性很大。

（6）如果结构物的阻尼比较小，则共振区域振动变化率大。有时转速变化几十转，振动就有明显变化。

（7）存在结构共振时往往振动不稳定，容易出现波动。其原因是运行过程中温度、膨胀等因素影响到固有频率，使共振点漂移。

（8）结构共振时相位也会发生剧烈变化。

（9）发电机容易出现2X的振动。如果存在100Hz左右的固有频率，那么将发生2X的共振。其特点是在接近3000r/min时2X急剧上升。

03 处理措施

以最简单的单自由度系统为例，其固有频率的表达式为

如果存在结构共振，可以从两方面改变结构的固有频率：①改变刚度k；②改变参振质量m。对于已有的结构，改变质量往往不现实，比较多的是从改变刚度着手。加支撑、紧螺栓、改变管道的长度或直径等，都是可以尝试的方法。

汽缸、发电机端盖、基础等的体积和质量都很大，一旦出现共振，现场很难彻底解决。如一些电厂采用加固汽缸和端盖的措施，其效果一般都不够好。而且加固过程中大量的焊接工作，还容易导致结构变形。这种情况下，应该将平衡作为首选，通过精细的平衡，将扰动力降低到最小的程度。这样可以大大削弱共振的放大效应。