大型汽輪發電機組動靜碰摩故障診斷研究

孫偉

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

隨著汽輪發電機容量越來越大，使得汽輪機內部高、中壓缸動靜間隙越來越小，一方面給設備的密封無滲漏提供了良好的基礎，另一方面也增加了軸封、油擋等動靜碰摩發生的概率，發生動靜碰摩后在外部表現為機組運行過程中產生振動，影響機組的安全穩定運行，在內部，由于發生了碰摩使得轉子與靜子之間的間隙越來越大，或軸承支撐發生磨損以及葉片斷裂等，從而易導致整個機組轉動部分損壞失效。因此研究大型汽輪發電機組動靜碰摩故障產生的原因、機理等有利于工作人員根據實際情況制訂出有效的處理措施，對提高發電機組運行的經濟型、安全性等是十分必要的。

1 大型汽輪發電機組動靜碰摩的原因

經過對大型汽輪發電機動靜碰摩故障發生的部位觀察，以及分析后發現動靜碰摩發生、損害的部位有轉子的局部與靜子整周、靜子局部與轉子整周以及轉子與靜子均為整周。發生動靜碰摩的原因主要有以下幾個：

第一，轉軸的振動過大導致動靜碰摩。由于動靜間隙較小，而當轉軸在振動作用下振幅增大，當振動幅度超過動靜間隙時就發生轉子與靜子的某部位碰摩，導致振幅過大的原因有很多，如轉子本身質量不均衡、轉子彎曲以及軸系失穩等。

第二，非轉動部件軸系不對中引起動靜碰摩。非轉動部件如果發生翹曲或不對中等情況，尤其是熱態軸承標高引起的不對中會導致軸頸與轉子之間的部分間隙變得更小直至消失，由此引起動靜部件碰摩。

第三，動靜間隙不足引起動靜碰摩。由于當前對大型汽輪發電機組的高標準要求，動靜間隙往往設計的很小，因此對安裝、使用、檢修的要求更高，一旦涉及動靜間隙調整的情況就極有可能導致間隙不足的情況，引起碰摩。

第四，缸體變形和彎曲。大型汽輪機組高壓轉子冷態啟動時缸體膨脹，上下缸溫差等參數不容易控制容易造成碰摩，久而久之導致大軸發生彎曲變形，使得碰摩現象長期發生。

2 動靜碰摩故障機理

對大型汽輪發電機組的轉子和靜子碰摩原理進行研究主要是以單圓盤轉子為研究對象，以使問題簡單化，達到窺一斑而見全豹的作用。轉子在轉動過程中由于重量不均衡以及幾何形變等各種原因導致轉軸的轉動中心偏離了原本與靜子共同的幾何中心，而如果在某個方向上偏離的位移達到或超過動靜間隙，二者就會發生碰摩現象，此時碰摩點處受到一個徑向的作用力和切向的摩擦力作用。碰摩的類型一般來說有兩種：第一，部分碰摩。即轉子在一個轉動周期內只有部分弧段與靜子接觸，其對轉子和靜子產生三種作用，分別為沖擊、摩擦和轉子剛度的改變，這是在大型汽輪發電機組動靜碰摩中最常見的碰摩形式。第二，全周碰摩。即轉子與靜子在整個轉動周期內始終保持接觸，只產生摩擦作用，無形中增加了機組的運轉負荷，隨著碰摩作用的加劇導致機械部件損壞，從而使整個機組無法正常運轉。

3 動靜碰摩故障的診斷

對動靜碰摩故障的診斷傳統的做法主要是基于技術人員的經驗和檢測系統的檢測和分析，即在機組運行過程中，技術人員根據其運行狀態、振動情況、噪音以及其他運行參數，再以檢測系統得到的振幅、頻譜分析、相位分析等數據和圖形進行綜合分析和判斷，這種診斷和分析方法簡便易行而且正確率較高，但對技術人員的依賴程度較高，診斷結果的準確與否取決于技術人員的水平，除此之外診斷精度也受到限制。近年來，傳感器技術、信號處理技術以及計算機技術等開始不斷用在故障診斷中，已經形成了以數據處理和計算機分析的診斷技術，可根據當前的數據和征兆對可能產生的動靜碰摩進行充分估計，做到預判以便及時采取有效措施，最大程度消除動靜碰摩帶來的損失。

4 防止動靜碰摩故障的相關對策

大型汽輪發電機組動靜碰摩的發生是以動靜間隙消失為前提的，而對設備日常的管理、維護、檢修等多個方面采取有效合理的措施可有效防止動靜間隙消失，并且防止大軸產生塑性彎曲導致振動，從而降低動靜碰摩發生的概率。在實際工作中，具體來說有以下幾種控制動靜碰摩故障的策略：

第一，對機組的動靜部件要做好檢修，合理調整動靜間隙，一方面要考慮轉子加速時軸頸的上浮，另一方面還要考慮軸頸隨轉動產生的偏移，留有充分的余量以降低碰摩概率。

第二，在機組運行之前，應當對其進行充分暖機，時間可根據實際情況長達數小時，其作用是使已經發生碰摩的部位在暖機時充分磨損，暖機的轉速應當優選機械振動不明顯時為宜。

第三，升速之前為消除轉子的熱彎曲，應當進行充分盤車。

5 結語

大型汽輪發電機組動靜碰摩不但會影響機組的運行負荷，還很可能造成嚴重的安全事故，因此有必要對動靜碰摩產生的原因、機理做詳細的分析，對當前機組運行狀態進行有效檢測以及數據分析，以便采取及時而有效的措施避免動靜碰摩的產生或最大限度消除碰摩造成的影響。實際工作中，產生動靜碰摩的原因有很多，而且碰摩故障的診斷也是極為復雜的，因此需要不斷以現代化的技術作為手段，以在動靜碰摩故障發生前對其進行準確預判為目的，將故障消除在初始階段，是防止動靜碰摩對機組安全、高效運行造成危害的重要保證。

［1]蘇少錦，謝元廣，龍新峰.汽輪機發電機組動靜碰摩故障的診斷與處理［J].電力設備，2006，（3）：46.

［2]郭平英.汽輪發電機動靜碰摩識別及對策［J].西北電力技術，2002,（6）:97.