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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,火電廠技術(shù)聯(lián)盟,汽輪發(fā)電機組動靜碰摩,*,博士 高級工程師,汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部件與靜止部件的碰摩是運行中,常見故障,。隨著現(xiàn)代機組動靜間隙變小，碰摩的可能性隨之增加。,碰摩使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生非常復(fù)雜的振動，是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)的一個重要原因，輕者使得機組出現(xiàn)強烈振動，嚴重的可以造成轉(zhuǎn)軸永久性彎曲，甚至整個,軸系毀壞,。,對碰摩的,故障特征,，進行了許多研究，但是，這些研究結(jié)果和實際情況還有距離，因為相同的特征對應(yīng)著許多其它的故障。,碰摩的,診斷,是目前具有一定,難度,的主要振動故障。,每年全國都會有幾臺大機組發(fā)生動靜碰摩而出現(xiàn)大振動，但在處

2、理過程中卻往往要走彎路。需要進行多次開機，平衡加重或支撐加固，為此延誤數(shù)周已是常事。最終開缸檢查，方發(fā)現(xiàn)汽封或通流部分已嚴重摩擦。,一,、,機組碰摩原因,機組動靜碰摩通常有下列起因：,結(jié)構(gòu)原因,低壓缸剛度底，充水、抽真空和受熱后變形超標；,汽封段較長或汽封接近跨中轉(zhuǎn)子跨中撓度比較大的部位；,鋼汽封或彈簧汽封，這種結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生碰磨，較難脫離接觸；,隔板剛度不足，發(fā)生變形；,機組靈敏度高，輕微動靜接觸就有反應(yīng)；,檢修原因,動靜間隙調(diào)整不當；,對中不良；,滑銷系統(tǒng)的卡澀引起氣缸變形、跑偏,運行原因,氣缸跑偏或基礎(chǔ)不均勻沉降；,蒸汽溫度變化過于劇烈；,汽缸進水或保溫不良；,排汽缸的快速加熱和冷卻；（低

3、負荷，小流量，排汽缸被快速加熱，噴水裝置沒有及時投入）；,汽封損壞；,暖機不充分；,振動劇烈；,二,、,碰摩的后果,輕的：,汽封磨損汽封漏汽量增大降低汽輪機效率,重的：,葉片斷裂、主軸彎曲，甚至汽輪機完全損壞,三,、,碰摩通常發(fā)生的部位,隔板汽封,葉片圍帶汽封,軸端汽封,各軸承的油擋部位,發(fā)電機的徑向碰摩通常發(fā)生在密封瓦處,主要碰摩點在哪些位置？,碰摩點,碰摩點,圍帶碰摩,軸封碰摩,發(fā)電機雙流油密封結(jié)構(gòu)示意圖,1,發(fā)電機軸瓦；,2,發(fā)電機密封瓦；,3,密封瓦推力油；,4,密封瓦空側(cè)進油；,5,密封瓦氫側(cè)進油；,6,密封座；,7,空側(cè)及軸承回油；,8,密封瓦空側(cè)油腔；,9,密封瓦氫側(cè)油腔；,10

4、,氫側(cè)密封油回油,碰摩點,四,、,碰摩發(fā)生的機理,五、,碰摩的種類,全周碰摩,轉(zhuǎn)子在它轉(zhuǎn)動的一周中始終與靜子保持接觸。,發(fā)生全周碰摩的靜子在,360,周向都要接觸，轉(zhuǎn)子可以是只有部分弧段接觸，也可以是全局接觸。,部分碰摩,轉(zhuǎn)子在它轉(zhuǎn)動的一周中只有部分弧段接觸。,部分碰摩在靜子上只有部分弧段接觸。,按轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)與靜止部件的接觸情況分,:,按摩擦的部位可分為徑向碰摩、軸向碰摩和組合碰摩,:,軸向碰摩,徑向碰摩,組合碰摩,轉(zhuǎn)子,靜子,動靜碰摩的幾種類型,按照摩擦的程度分為早期、中期和晚期碰摩。,六,、,碰摩的三種物理現(xiàn)象,碰撞,由于碰撞，使轉(zhuǎn)子在不平衡引起的強迫同步響應(yīng)的基礎(chǔ)上疊加一個自由振動

5、響應(yīng)，這個自由振動的頻率是轉(zhuǎn)子的固有頻率，是整個振動響應(yīng)的主要成分。,摩擦,轉(zhuǎn)子剛度的改變,碰摩的響應(yīng),碰摩轉(zhuǎn)子的響應(yīng)中應(yīng)該含有次同步、同步和超同步等諧波成分。,實際碰摩的響應(yīng)受到碰摩發(fā)生的軸向位置、沖擊的銳度、結(jié)構(gòu)對不同頻率振動的傳遞特性等因素的影響，使得各頻譜成分在實際信號中復(fù)雜化。不同的情況次同步和超同步會呈現(xiàn)不同的量值。,七,、,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：,沖擊力,，即碰撞力。該力引起碰摩點局部壓縮變形，并引起轉(zhuǎn)軸的反彈運動。,碰摩時的沖擊效應(yīng)有下列特點：,由于沖擊作用時間很短，相當于一個脈沖函數(shù)，因此，產(chǎn)生寬頻帶響應(yīng),由于轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，碰摩是重復(fù)過程，因而產(chǎn)生

6、的是周期性的振動。,撞擊時具有高的法向力和切向力。,接觸材料之間存在著能量的吸收和轉(zhuǎn)移。,接觸表面的力、轉(zhuǎn)子的反彈運動以及材料的局部變形都有高度的非線性特性。,摩擦力,。摩擦力是作用在接觸點的切向力，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的法向力及摩擦表面的性質(zhì)。,碰摩過程中的摩擦和碰撞一樣，同樣具有非線性特性。因此，這個過程的振動信號含有,豐富的諧波分量,。,碰摩的高度非線性使其經(jīng)常帶有,混沌特性,。,嚴重的碰摩可以使材料磨損后變?yōu)檩p度碰摩，甚至能完全脫離碰摩狀態(tài)。,摩擦的另一個重要效應(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,。,從大量的實際碰磨機組表現(xiàn)看

7、，大部分碰磨都沒有發(fā)展到后期，振動上均已基頻的變化為主，其他頻譜分量的變化很小。,碰摩產(chǎn)生的沖擊 碰摩產(chǎn)生的摩擦力,轉(zhuǎn)子,o,o,F,t,F,n,靜子,碰摩點,軸心軌跡,靜子,八,、,碰摩的信號特征,碰摩具有多種征兆，易變的信號特征與外界條件有密切的關(guān)系，在某一時刻出現(xiàn)的征兆，在其它時刻可能不再復(fù)現(xiàn)，這使得碰摩故障的表現(xiàn)帶有一些不確定性。,九,、,碰摩的振動診斷,碰摩的現(xiàn)場診斷是一項難度比較大的技術(shù)。如果認定了碰摩，常需要開缸處理，工作量較大，這就要求診斷的高準確性。,現(xiàn)有的診斷方法主要還是根據(jù)振幅、頻譜和軸心軌跡進行判斷。另外還可以觀察軸頸靜態(tài)位置，碰撞點力的作用可使軸頸中心發(fā)生較大的變化。

8、單純用瓦振信號進行判斷，只能看到頻譜。轉(zhuǎn)軸信號可以提供豐富的碰摩信息。,機組升降速的波特圖、極坐標圖和級聯(lián)圖、全頻譜級聯(lián)圖。,現(xiàn)場運行人員在啟機過程常采取“聽診”的方法，對碰摩的確定有時也是有用的。但要注意，由于高中壓缸都是雙層缸，有的機組低壓缸也是雙層缸，通流部分的碰摩聲很難傳出來，只有軸端汽封的碰摩聲比較容易聽到。因而，不能片面地將某一種方法的結(jié)論作為是否發(fā)生碰摩的決定性判據(jù)。,1,、,振動信號的時域波形特征,當發(fā)生碰摩故障時，由于在碰摩處限制了轉(zhuǎn)子的位移，因此振動波形的,“,頂峰,”,消失，變得更,“,平坦,”,。但是，在實際機組的早期碰摩階段，這種削波現(xiàn)象并不是很明顯，往往要在進入中期

9、摩擦階段才出現(xiàn)明顯的削波現(xiàn)象。摩擦故障越嚴重，削波越明現(xiàn)，有時甚至出現(xiàn),“,波峰,”,與,“,波谷,”,同時被削去的現(xiàn)象，這時，摩擦已經(jīng)比較嚴重了。,y,t,y,t,削波,（,a,）正常振動的時域波形,(b),碰摩振動的時域波形,碰摩振動與正常振動的信號時域波形,某,300MW,汽輪發(fā)電機密封環(huán)碰摩振動信號時域波形,2,、,振動信號的頻譜特征,頻率連續(xù)分布，成分豐富；,在突出的頻率成分中，有工頻（,1X),、,2X,、,3X,、,4X,成分，也有,5X,的高頻成分。這里,X,表示旋轉(zhuǎn)頻率,;,還有,(0,0.39)fr,、,(0.4,0.49)fr,、,0.5 fr,和,(0.51,0.99)

10、fr,的低頻成分。,旋轉(zhuǎn)機械碰摩振動具有豐富的頻譜特征。其中，振動信號中出現(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。,3,、,軸心運動軌跡特征,從理論上講，當發(fā)生動靜碰摩故障時，根據(jù)碰摩情況的不同，軸心運動軌跡有如下特征：,（,1,）若發(fā)生的是整周碰摩故障，則軸心運動軌跡為圓形或橢圓形，且軸心軌跡比較紊亂。,（,2,）若發(fā)生的是單點局部碰摩故障，則軸心運動軌跡呈內(nèi),“,8,”,字形。,（,3,）若發(fā)生的是多點局部碰摩故障，則軸心運動軌跡呈花瓣形。,(a),單點局部碰摩時的軸心運動軌跡,(b),多點局部碰摩時的軸心運動軌跡,發(fā)生碰摩故障時的軸心運動軌跡,某,300MW,汽輪發(fā)電機密封

11、環(huán)碰摩振動時的軸心運動軌跡,（,a,）低壓轉(zhuǎn)子前軸承處軸心軌跡,(b),低壓轉(zhuǎn)子后軸承處軸心軌跡,某,300MW,汽輪機低壓轉(zhuǎn)子碰摩時的軸心運動軌跡,4,、,振動信號的時變特征,所謂轉(zhuǎn)子振動信號的時變特征，就是指振幅及相位與時間的關(guān)系。,(1),振動跳動特征,所謂振動的跳動特征，是指振動的幅值（包括通頻幅值和頻率成分的幅值）和相位發(fā)生快速變化，這種變化從表面上看似乎沒有什么規(guī)律。碰摩振動的跳動主要是碰摩運動的非線性動力學(xué)行為引起的。,(2),振動爬升或下降特征,所謂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。

12、,(,3),振動的旋轉(zhuǎn)特征,所謂振動旋轉(zhuǎn)特征，是指振動的幅值（主要是指工頻成分的振幅）和相位（主要是指工頻成分的相位）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的特征，只是這種變化周期不固定。振動的這種旋轉(zhuǎn)特征，在工程中又稱為工頻旋轉(zhuǎn)振動。,某,25MW,汽輪機組碰摩故障振動信號時變規(guī)律,如果是振動趨勢是波浪型或間斷型，可以監(jiān)視振動，磨合即可；,啟動過程的碰磨，機組停機下來暖機，連續(xù)盤車后再升速，或者將機組轉(zhuǎn)速降到不發(fā)生碰磨的轉(zhuǎn)速暖機；,工作轉(zhuǎn)速發(fā)生碰磨，應(yīng)密切監(jiān)視振動水平，明確一個停機值（應(yīng)適當嚴格，應(yīng)為停機過程碰磨還會發(fā)展，特別是在臨界轉(zhuǎn)速附近，摩擦加劇，振動可能發(fā)展到很

13、高的水平）；,對采用落地軸承的轉(zhuǎn)子，軸承座剛度大，靈敏度低，這類機組，硬密切監(jiān)視轉(zhuǎn)子的軸振變化；,轉(zhuǎn)子做動平衡；,十、碰磨的處理,十一,、,一臺機組碰摩實例,某,200MW,機組正常運行小修后第一次啟動就發(fā)生了碰摩。,碰摩情況：,啟動按常規(guī)進行到,3000 rpm,定速，保持,2,小時準備做超速試驗，這時運行人員先試驗同步器，將轉(zhuǎn)速降到,2350 rpm,又很快回升到,3000 rpm,，這時,3,號軸承振動從,20,m,開始急劇增大，主要是工頻成分，,2,、,4,號軸承振動也同時上升，并發(fā)現(xiàn),3,號軸承處涌出大量煙霧。大約經(jīng)過,7min,，,3,號軸承振幅已上升到,75,m,，隨后緊急打閘停機。揭開,3,號軸承蓋，發(fā)現(xiàn)大軸與,3,號軸承擋油環(huán)發(fā)生了碰摩。摩出的凹槽深,3,4mm,，寬,5,6mm,，張角,60,軸承振動情況,該案例說明：,碰摩時各振動分量增加的速度很快。由于打閘及時，幸未造成嚴重事故。,軸頸磨損情況,碰摩時軸承振動瀑布圖,碰摩中降速過程和處理后降速過程軸承振動級聯(lián)圖,汽輪機碰摩實例圖片,某發(fā)電廠（,A,）一臺國產(chǎn),300MW,汽輪機的調(diào)節(jié)級動葉進汽邊磨損情況,某發(fā)電廠（,B,）國產(chǎn),300MW,汽輪機的調(diào)節(jié)級動葉進汽邊磨損情況,發(fā)電廠,300MW,汽輪機,#1,軸頸與軸瓦碰摩產(chǎn)生的磨損情況,