【正文】 便在開缸狀態(tài)下調(diào)整好，扣缸后的上下間隙也 會變化。因此，間隙量的控制在一定程度上和設(shè)計、 安裝以及 檢修人員的經(jīng)驗有關(guān)。在汽輪發(fā)電機(jī)組 的 制造和安裝過程中，轉(zhuǎn)子軸系各軸 向截面中心通常應(yīng)位于靜子的幾何中心，以保證轉(zhuǎn)動后 ， 轉(zhuǎn)子與周圍靜子周向有均勻間隙而不發(fā)生碰摩。考慮到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的上浮、扣缸后的下壓作用等，可能會在徑向上預(yù)留少量的間隙，但這個量值一般不會很大 [25]。 影響轉(zhuǎn)軸發(fā)生軸向碰摩的原因 引起轉(zhuǎn)子軸向碰摩的主要原因有以下幾方面： （ 1）汽輪機(jī)相對脹差過大，使隔 板與轉(zhuǎn)子葉輪軸向通流 間隙減小而發(fā)生碰摩。由于機(jī)組啟動過程中升速、升負(fù)荷速度過快，低負(fù)荷暖機(jī)時間太短產(chǎn)生較大的正脹差；也可能 是因為 停機(jī)過程中降負(fù)荷速率過大產(chǎn)生較大的負(fù)脹差。此外 ，汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理也會產(chǎn)生 先天性的較大正脹差或負(fù)脹差。機(jī)組在極熱態(tài)啟動時，升速、升負(fù)荷太慢也會產(chǎn)生較大負(fù)脹差。 （ 2） 機(jī)組在啟動及運(yùn)行過程中，主蒸汽及各 抽汽 管進(jìn)水，汽輪機(jī)推力 驟增 ，使軸向通流減小 發(fā)生碰摩。 （ 3）汽輪機(jī)隔板設(shè)計強(qiáng)度不夠或焊接隔板質(zhì)量差， 會 使 隔板 在 機(jī)組運(yùn)行過程 中撓度過大，也會造成隔板與葉輪 的 碰摩。 （ 4）當(dāng)軸承箱出現(xiàn)嚴(yán)重卡澀 時 ，機(jī)組在啟動時脹不出來，停機(jī)時縮不回去，也會 使 通流軸向間隙減小 從 而發(fā)生碰摩。 （ 5）由于不對中等原因使軸頸處于極端的位置，整個轉(zhuǎn)子偏斜。非轉(zhuǎn)動南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 15 部件的不對中或翹曲也會導(dǎo)致碰摩 的發(fā)生 [25]。 動靜碰摩故障的主要信號特征 碰摩有 許 多種征兆，易變的信號特征與外界條件 之間 有 著 密切的 聯(lián)系 ， 某一時刻出現(xiàn)的征兆，在其他時刻可能不 會 再出現(xiàn)，這使得碰摩故障帶有一些不確定性。碰摩故障信號有 噪聲信號、 振動信號、 聲發(fā)射信號 還有溫度和壓力信號。 全周碰摩的特征 (1)碰摩時，碰摩點(diǎn)處軸振的工頻或通頻最大振幅可以達(dá)到碰摩點(diǎn)所處軸向斷面的間隙圓。 (2)對于正向全周碰摩，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近由于碰摩而改變的轉(zhuǎn)子的固有頻率時，相位最大變化為滯后 900，這時轉(zhuǎn)子和密封接觸。 (3)正向全周碰摩大振幅的振動頻率是工頻，即 1X。對于反向全周碰摩，則是一個與轉(zhuǎn)速變化無關(guān)，但己略有變化的轉(zhuǎn)軸 的 固有頻率值。 (4)碰摩時，碰摩點(diǎn)處的截面轉(zhuǎn)軸中心平均位置應(yīng)該移到所處截面間隙圓中心。軸承軸頸中心也 應(yīng)該 向軸承間隙圓中心偏移。 (5)對于全潤滑碰摩，軸心動態(tài)軌跡是一個以間隙圓為極限的封閉曲線。但如果摩擦力很大，且轉(zhuǎn)軸在靜子全周的某些點(diǎn)有反彈，軌跡形狀可能沿圓周跳動然后發(fā)展為全周反進(jìn)動。 (6)轉(zhuǎn)子與靜子始終接觸相當(dāng)于給轉(zhuǎn)子增加了一個支撐，使其剛度增加，發(fā)生碰摩 時， 轉(zhuǎn)子跨的橫向振動固有頻率要變高。 圖 2 全周碰摩 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 16 部分碰摩的特征 (1) 通頻或工頻振幅 (在碰摩點(diǎn)處 )。 1）對于輕微碰摩，振幅通常不發(fā)生變化或有所增加。 2）對于嚴(yán)重的碰摩，隨轉(zhuǎn)軸的彎曲或被推到軸承的大偏心區(qū)時，振幅通常減小。 (2) 相位滯后。 1）碰摩在共振區(qū)發(fā)生時，相位變化不規(guī)則。 2) 恒定轉(zhuǎn)速下，由于碰摩造成的轉(zhuǎn)子熱彎曲可使不平衡質(zhì)量點(diǎn)位置發(fā)生變化，相位要發(fā)生連續(xù)的改變。碰摩時相位變化幅度可以超過 360o。 圖 3 部分碰摩 (3) 部分碰摩時頻特征 碰摩出現(xiàn)時，振動波形 會 發(fā)生變化， 同時 產(chǎn)生附加頻率分量。 1） 定轉(zhuǎn)速下的碰摩總會產(chǎn)生諧波振動分量。對于輕微的 摩擦，這種諧波分量 并 不重要。 只有 當(dāng)轉(zhuǎn)速高于兩倍的第一臨界轉(zhuǎn)速時，次諧波振動才 會 出現(xiàn)，如果轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的各向異性明顯，這個門檻值 有 可能遠(yuǎn)低于兩倍的第一臨界轉(zhuǎn)速，但 仍 比一階臨界轉(zhuǎn)速 要高。嚴(yán)重的碰摩 會 產(chǎn)生明顯的諧波分量，碰摩越嚴(yán)重，頻譜中 的 諧波分量越豐富。 2） 對于發(fā)生在轉(zhuǎn)速變化過程中的瞬態(tài)碰摩，次同步 超同步振動分量、邊頻及諧波分量，都是由碰摩的混沌本質(zhì)所產(chǎn)生。頻率成分除工頻和它的諧波或次同步分量，還有因碰摩 而 改變的轉(zhuǎn)子的固有頻率成分。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 17 (4)由于碰摩源或者碰摩形式的不同，軸頸中心位置可能 會 有明顯的變化。 (5)在部分碰摩發(fā)生時， 尤其 是 當(dāng) 幾處同時發(fā)生時， 如果 摩擦力足夠大，軸心軌跡將 在一個振動周期中的一部分出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)向的渦動 (反向振動分量 ) (6）密封處出現(xiàn)碰摩時， 軸與密封 發(fā)生 周期性接觸，此時密封的作用相當(dāng)于一個潤滑不良的附加軸承，它使轉(zhuǎn)軸的剛度增加，從而使臨界轉(zhuǎn)速增加。 振動信號的時域波形特征 時域波形是振動參量隨時間變化的關(guān)系曲線。 此處 振動參量是指振動 的 位移、速度和加速度。旋轉(zhuǎn)機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，振動信號 的 時域波形為正弦曲線，如圖 4所示。當(dāng)出現(xiàn)振動故障時，時域波形將發(fā)生變化， 而 且不同故障狀態(tài)下得 到的 時域波 形 也 有較大的 差 別?；?此 ，可 以 利用振動信號的時域波形來分析振動故障。 正常狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)機(jī)械 的 振動信號時域波形圖 是 較平滑的正弦波，且重復(fù)性好； 沒有 動不平衡故障時，在一個周期內(nèi) 是 典型的正弦波，且振幅較大 ；當(dāng)存在對中不良故障時，在一個周期內(nèi) 波形光滑、 波峰翻倍 、 穩(wěn)定重復(fù)性好； 當(dāng)發(fā)生 自激振動時，波形雜亂、 波動性大 、 穩(wěn)定 重復(fù)性差 ；當(dāng) 動靜碰摩 發(fā)生 時，如圖 4(b)所示， 振動信號的波峰多 、 波形毛糙 或有削波現(xiàn)象 、 不穩(wěn)定 。所謂削波現(xiàn)象是指振動 信號 的時域 波形 的波峰被削去一部分 ， 是 由于 轉(zhuǎn)子運(yùn)動因碰摩而受到限制所致。 當(dāng)發(fā)生碰摩故障時 ，由于 轉(zhuǎn)子的位移 在碰摩處 受到 了 限制，因此振動 信號時域 波形的 “頂峰 ”消失，變得 “平坦 ”。 然而 ，在實際機(jī)組的早期碰摩階段，這種削波現(xiàn)象并不明顯，往往要進(jìn)入中期 碰摩 階段才 會 出現(xiàn)明顯的削波現(xiàn)象。碰摩 故障越嚴(yán)重，削波 現(xiàn)象 越明顯，有時甚至 會 出現(xiàn) “波峰 ”與 “波谷 ”同時被削去的現(xiàn)象，這時， 碰摩 已經(jīng) 非常 嚴(yán)重了。 圖 4 正常振動 與 碰摩振動 信號 的 時域波形 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 18 振動信號的頻譜特征 旋轉(zhuǎn)機(jī)械碰摩振動具有豐富的頻譜特征。其中，振動信號出現(xiàn)亞諧波和高次諧波，是轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩的重要特征信號之一。對某發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子實驗臺進(jìn)行碰摩實驗 ， 得 到碰摩振動信號的頻譜 (見圖 5)，從圖中可以看出，旋轉(zhuǎn)機(jī)械 的 碰摩振動信號的頻譜成分非常豐富，且在較寬范圍內(nèi)連續(xù)分布 。碰摩振動信號 的頻譜中， 不僅 包含低于旋轉(zhuǎn)頻率的低頻成分， 還 有遠(yuǎn) 高于旋轉(zhuǎn)頻率的高頻成分。 圖 5 某 轉(zhuǎn)子 實驗臺碰 摩振動信號的頻譜 圖 6是在 某 小型轉(zhuǎn)子實驗臺上模擬碰摩故障時 得到 的碰摩振動信號頻譜。其中，圖 6(a)為轉(zhuǎn)子上位移傳感器獲 取 的碰摩振動信號 的 頻譜，圖 6(b)為軸承座上加速度傳感器 獲取 的 碰摩 振動信號 的 頻譜。從圖 6可以發(fā)現(xiàn)，碰摩振動信號頻譜 的 成分 十分 豐富；同時 也表明 ，加速度傳感器在檢測碰摩振 動信號的高頻成分方面 明顯 優(yōu)于位移傳感器。 圖 6 某小型 轉(zhuǎn)子 實驗 臺模擬 碰摩振動信號 的 頻譜 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 19 振動信號的時變特征 所謂轉(zhuǎn)子振動信號的 時變 特征，是指振動 的 幅值及相位與時間的關(guān)系。 （ 1） 振動跳動的特征 振動 的 跳動特征，是指振動的幅值 (包括通頻幅值和頻率 幅值 )和相位發(fā)生快速變化，這種變化 表面上看似沒 有 什么規(guī)律。碰摩振動 的 跳動主要是 由 碰摩的非線性動力學(xué) 引起的。 （ 2） 振動爬升或下降特征 振動的爬升或下降特征，是指振動 的 幅值 (包括通頻幅值和振幅有效值 )隨時間以較慢的速度爬升或下降，這種變化從表面上具有明 顯的宏觀趨勢。 （ 3） 振動 的 旋轉(zhuǎn)特征 振動信號的旋轉(zhuǎn)特征，是指振動 的 幅值 (主要是 工頻成分的振幅 )和相位 (主要是工頻成分的相位 )隨時間以較慢 的 速度往復(fù)變化，這種變化從表面上具有明顯的周期性特征，只是這種變化 的 周期 并 不固定。振動的旋轉(zhuǎn)特征，在工程中又稱為工頻旋轉(zhuǎn)振動。圖 7為碰摩振動信號的旋轉(zhuǎn)特征示意圖。 圖 7 碰摩故障下振動信號的時變特征的基本趨勢示意 圖 動靜碰摩對轉(zhuǎn)子運(yùn)動產(chǎn)生的影響 動靜碰摩 包含 碰撞、摩擦和軸系剛度的改變 這 三種物理現(xiàn)象。 碰撞產(chǎn)生的效應(yīng)： （ 1） 改變轉(zhuǎn)子的振動形態(tài)。碰撞相當(dāng)于給轉(zhuǎn)子 和 靜子一個脈沖，能 激發(fā)起轉(zhuǎn)子 及 靜子的固有頻率。因此，轉(zhuǎn)子的實際振動是由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動和沖擊產(chǎn)生的自由振動疊加而成的，從而 使 振動頻譜中的高頻分量增加。 （ 2） 碰摩點(diǎn)限制了轉(zhuǎn)子的運(yùn)動，使轉(zhuǎn)子的振動波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生削波現(xiàn)象。在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生較大的法向力和切向力，見圖 8和圖 9. 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 20 圖 8 碰摩產(chǎn)生的沖擊圖 圖 9 碰摩產(chǎn)生的摩擦力 摩擦產(chǎn)生的效應(yīng)： （ 1） 機(jī)組的零部件磨損，影響機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)， 從而降低 機(jī)組的效率。 （ 2） 轉(zhuǎn)子和靜子局部過熱，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱態(tài)彎曲；在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生附加扭矩，使轉(zhuǎn)子 產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。 （ 3） 產(chǎn)生切向摩擦力。圖 9說明了由碰摩產(chǎn)生的摩擦力的方向。摩擦使轉(zhuǎn)子從正向渦動轉(zhuǎn) 為 反向渦動。 軸系剛度不僅與轉(zhuǎn)子的材料有關(guān)， 還 與軸系的邊界條件有關(guān)。動靜碰摩時，邊界條件改變了，其剛度 也 發(fā)生變化 (剛度增加 )，固有頻率增加，軸系將不穩(wěn)定，可能 導(dǎo)致 自激振動 的發(fā)生 。 碰摩轉(zhuǎn)子的動力特性 碰摩發(fā)生時作用在轉(zhuǎn)軸上有兩種力： 1. 沖擊力。該力引起碰摩點(diǎn)局部壓縮變形， 同時 引起轉(zhuǎn)軸反彈運(yùn)動。碰摩時的沖擊效應(yīng)有 如下 特點(diǎn)： （ 1） 由于沖擊作用時間很短，相當(dāng)于一個脈沖函數(shù)，因此 ， 產(chǎn)生寬頻帶響應(yīng)。 （ 2） 由 于轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，碰摩是重復(fù)過程，因而產(chǎn)生的是周期性 的 振動。 （ 3） 撞擊時具有 大 的法向力和切向力。 （ 4） 接觸材料之間存在 能量的吸收和轉(zhuǎn)移。 （ 5） 接觸表面的力、轉(zhuǎn)子的反彈運(yùn)動以及材料的局部變形都有高度的非線性特性。 2. 摩擦力。摩擦力是作用 于 接觸點(diǎn)的切向力，轉(zhuǎn)軸上的摩擦力與旋轉(zhuǎn)方向相反。摩擦力的大小取決于接觸點(diǎn)的法向力及摩擦表面的性質(zhì)。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 21 （ 1）碰摩過程中的摩擦和碰撞 都 具有非線性特性。因此，這個過程的震動信號含有豐富的諧波分量。 （ 2）碰摩的高度非線性使其經(jīng)常帶有混沌特性。 （ 3）嚴(yán)重的碰摩可以使材料摩損后變 為輕度碰摩，甚至能完全脫離碰摩狀態(tài)。 （ 4）碰摩的另一個重要效應(yīng)是對轉(zhuǎn)子的局部加熱。局部加熱的后果是轉(zhuǎn)子彎曲，工頻振動增大。 碰摩故障的控制 大型汽輪機(jī)組的動靜間隙小，冷、熱態(tài)的溫度變化大，無論是在軸向方向還是徑向方向都存在較大的溫度梯度。因此，運(yùn)行中的汽輪機(jī)動靜碰摩是難以避免的。一旦發(fā)生動靜碰摩，就會引起機(jī)組的振動變化而產(chǎn)生碰摩振動。如果碰摩進(jìn)入晚期碰摩階段，就會引起機(jī)組劇烈振動，甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子永久彎曲。 汽輪機(jī)組的動靜碰摩不僅在機(jī)組啟停過程中發(fā)生，而且在工作轉(zhuǎn)速下也會發(fā)生。但據(jù)現(xiàn)場大量實測結(jié)果表 明，轉(zhuǎn)軸碰摩容易進(jìn)入晚期的只是啟停中轉(zhuǎn)軸碰摩，工作轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)軸碰摩很少進(jìn)入晚期。機(jī)組啟停對運(yùn)行機(jī)組來說，只是一個短暫時間段，在這個短暫時間段內(nèi)防止轉(zhuǎn)軸碰摩進(jìn)入晚期、控制摩擦振動，只要措施具體、明確，完全是可能的。 汽輪發(fā)電機(jī)組碰摩振動的控制包含如下幾個方面的含義： （ 1） 加強(qiáng)對機(jī)組狀態(tài)的監(jiān) 測，及早發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸碰摩，這是碰摩振動控制的關(guān)鍵之一。只有及時發(fā)現(xiàn)動靜碰摩，才能將它控制在早、中期以前，不至于進(jìn)入晚期階段而產(chǎn)生劇烈的碰摩振動。 （ 2）根據(jù)不同的碰摩部位和原因，采取相應(yīng)的振動控制措施，甚至消除碰摩振動。如果動 靜碰摩不能避免，則盡量將碰摩振動控制在允許范圍內(nèi)，不至于對機(jī)組的 安全構(gòu)成危險。即將振動的平均烈度水平和振動的波動量都控制在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的控制范圍內(nèi)。 對于已投入運(yùn)行的機(jī)組，采取運(yùn)行方面的控制措施來減小碰摩振動的危害是非常重要的。機(jī)組運(yùn)行過程中控制碰摩振動的措施主要有如下幾個方面： （ 1）控制機(jī)組的轉(zhuǎn)速，使機(jī)組盡量避開不穩(wěn)定碰摩轉(zhuǎn)速區(qū)。 （ 2）盡可能地減小機(jī)組的不平衡量，特別是要平衡掉引起不穩(wěn)定碰摩振動的不平衡分布質(zhì)量。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 22 （ 3）適當(dāng)增大動靜間隙，減小振幅的幅值；防止機(jī)組膨脹不暢，控制汽缸的跑偏量；控制上下汽缸的溫 差。 （ 4）減小摩擦區(qū)的摩擦系數(shù)。 （ 5）盡量使機(jī)組在大阻尼工況（高負(fù)荷工況）下運(yùn)行。 歸納起來說，控制汽輪發(fā)電機(jī)組碰摩振動地措施主要包括：設(shè)計方面的措施，安裝與維護(hù)方面的措施和運(yùn)行方面的措施?？刂婆瞿φ駝拥剡\(yùn)行措施主要包括以下幾項： （ 1）大中型機(jī)組盡量采用滑參數(shù)啟動，并嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)速升速率和升負(fù)荷率，適當(dāng)延長低負(fù)荷及中負(fù)荷暖機(jī)時間，減少氣缸與轉(zhuǎn)子溫差，以控制汽輪機(jī)脹差值在允許范圍內(nèi)