汽轮发电机碰摩碰摩

1、汽轮发电机碰摩大型汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。随着大型机组对效率要求不断提高，动静间隙变小，碰摩可能性增加。当前，大型机组的碰摩振动故障的发生率仅次于质量不平衡故障的发生率，成为大机组的第二大类振动故障。碰摩使转子产生非常复杂的运动，轻者使机组出现强烈振动，严重的可造成转轴永久性弯曲，甚至整个轴系毁坏。因此，碰摩振动故障机理的准确分析诊断对确保机组的安全稳定运行，防止重大事故发生具有重要意义。随着汽轮发电机组向高参数、大容量方向发展，汽轮机动静间隙越来越小，油封、油档、隔板汽封发生动静碰摩的机会越来越多，氢冷发电机的密封瓦也会经常发生动静碰摩现象，此时振动会出现明显变

2、化。升速过程振动快速增长，工作转速下振幅波动，影响机组的安全稳定运行。因此了解碰摩振动的机理对防止碰摩的产生有着重要的作用，旋转机械的碰摩振动特性随转速的变化而发生很大的变化，不同转速下碰摩振动的机理也不同。碰摩振动机理启动升速过程中的碰摩振动机理大型汽轮发电机组的转子，根据其转速的不同可以分为刚性转子和柔性转子，不同性质的转子系统，其碰摩震动的行为是不完全相同的。这对碰摩故障的诊断带来了难度。现在大型汽轮发电机组毫不例外地都采用柔性转子。柔性转子在不同的转速区工作时，其碰摩震动的行为也不相同。高阶不平衡分布的柔性转子在不同转速区碰摩振动行为如下。柔性转子的运动方程及其解在具有粘性阻尼的情况下

3、，不平衡转轴运动微分方程为4- 2EJ 二 z 二 z：t22.卫二Ft2i-，t r(s)a(s)e式中s转轴的轴向坐标；z 转子的绕度；m-一转子单位长度的质量；EJ转子的抗弯刚度； 转子的旋转角速度；a (s) 转子偏心距的轴向分布；r (s) 转子偏心方向的轴向分布;,阻尼系数。上式的解为it z =eQOn =1A iBn、24；2I).2.nssin e nl),I 2 , n =tan -2n -从上式可知，当n取值为1时，表示转子存在一阶不平衡分布，其振型为一阶振型；当 n取值为2时，表示转子存在二阶不平衡分布，其振型为二阶振型；依此类推。当n 取值为 1,2,3 ， . ，

4、n 时，转子的不平衡分布为前 n 阶不平衡的叠加，其实际振型为前n 阶振型的叠加。对于大型汽轮发电机组而言，工作转速一般低于第三阶临界转速，因此，只有前三阶不平衡分布对转子振动产生影响，转子的振型重要由前三阶振型叠加而成。在工作转速下的碰摩振动机理在工作转速下汽轮机转轴碰摩却未能引起有关人员关注，因为习惯而那位汽轮机转子工作转速已经远远超过其第一临界转速，转轴在工作转速下即使发生碰摩，对其振动影响不会太大，而且在高速下动静接触部分很快磨损，碰摩自动脱离。但事实上远非如此，从现场振动测试观察和了解到，目前国内至少已有数十台机组在空负荷和带负荷下，多次发生突发性振动和振幅长时间、大幅度持续波动，其

5、中有些机组在工作转速下振幅波动持续小时，最后因振动过大而打闸停机，有些机组并网发电运行2 年，在空负荷和带负荷下，汽轮机轴瓦振动仍发生不规则大幅度波动，但事故原因一直不明。近几年来通过大量的现场振动测试结果分析研究，已经查明：工作转速下振幅不规则地大幅波动是由转轴径向碰摩引起的。工作转速下转轴碰摩振动的机理包括两方面，如下。转轴碰摩引起转子热弯曲，从而使转子产生热态失衡，导致振动传统观点认为，现代汽轮机发电机组的工作转速已远离第一阶临界转速，因此在工作转速下转轴发生碰摩，将会越摩越直，不会引起转子热弯曲。但事实上，汽轮机转子不是单自由度振动系统，即转轴碰摩可使转子产生一阶、二阶、三阶不平衡。对

6、一阶不平衡来说，工作转速下市越摩越小，但是对二阶、三阶不平衡来说，像机组启停过程中转轴碰摩一样，将会越摩越弯，但是由于转轴碰摩一般主要产生一阶不平衡，二阶、三阶不平衡不是很明显，因此工作转速下转轴碰摩对机组危害要比启停中要小很多，但是当转子一端转轴碰摩时，转子就会产生明显的二、三阶不平衡分量。而二、三阶不平衡分量的机械滞后角有可能大于270，离心力与离心力产生振动位移的夹角为锐角，使振动急剧升高，进入中期碰摩就不得不打闸停机。转轴碰摩振动能长时间存在的原因工作转速下转轴碰摩振动事故具有明显的固有特征，这个特征可以称为碰摩振动的顽固性。这种碰摩振动的顽固性与机组结构形式也无关。研究表明，工作转速

7、下转轴碰摩振动之所以顽固，主要是由于机械滞后角大。对于一阶振型而言，机械滞后角接近180。由于机械滞后角大，使转子不平衡力与其挠曲成反向，形成转轴振动减小的趋势。下面进一步分析其机理过程。（ 1）不平衡力自动校直转子热弯曲。转轴碰摩不论是发生在转子中部还是端部，转子热弯曲引起的不平衡主要是一阶分量，由于产生这些碰摩振动的汽轮机低压转子的工作转速远离其一阶临界转速，因此其机械滞后角均接近于180，即一阶不平衡力与转子热弯曲成反向，所以工作转速下转轴碰摩一般不会使转轴愈摩愈弯，形成恶性循环。因此对机组安全的威胁较启停中转轴碰摩要小的多，一般不会引起轴封严重磨损和弯曲事故。在不平衡力自动校直转子热弯

8、曲期间，当转轴碰摩消失后，碰摩引起的转轴径向不对称温差消失，转子热弯曲，校直转子热弯曲的一阶不平衡力也随之消失，此时转子在原始弯曲、振动、转轴晃度和较小轴封间隙下，可能再次发生转轴碰摩，转子热弯曲产生的不平衡力又一将转子自动校直，而再次脱离碰摩。这是一个连续的自动调节过程，最终会将转轴碰摩自动调节到极轻微的程度。如果这时轴封不存在负间隙（轴封压在转轴上）或轴封间隙不再减少，振动将瞬间波动后逐渐减少而最终恢复正常，若在以后的运行中再出现轴封间隙消失，振动会再次发生波动，直至轴封间隙摩大，这种碰摩振动消失便可消失。如果轴封存在一定的负间隙，或运行中轴封间隙继续减少，则转轴在不平衡自动校直弯曲的调节

9、下控制机组不超过某一保守的数值。转轴碰摩将始终不能进入中期，转轴与轴封虽然长时间碰摩，但因磨损速度太低而不能脱离碰摩，从而造成某些机组空负荷和带负荷下发生碰摩振动特别顽固。（ 2）转轴相对振动较小。一般来说，工作转速下碰摩易在汽轮机低压转子上发生，主要原因是转轴相对振动较小，碰摩时动静部件之间压力波动较小，在不平衡自动转子热弯曲调节过程中，动静部件耐磨性变得更好，使转轴碰摩振动持续更长时间。特别是对于支承刚度较低的低压转子碰摩振动持续很长时间并波动进百次也不消失。为使碰摩部分加速磨损，尽早脱离碰摩，除揭缸直接消除外，还可以采用多次升降速通过转子一阶临界速而磨大轴封间隙。2大型汽轮发电机组怕碰摩

10、振动的控制方法大型汽轮机组的动静间隙小，冷、热态的温度变化大，无论是在轴向方向还是在径向方向都存在较大的温度梯度。因此，在运行中的汽轮机动静碰摩是很难避免的。一旦发生动静碰摩，就会引起机组的振动变化而产生碰摩振动。如果碰摩进入晚期碰摩阶段，就会引起机组剧烈的振动，甚至导致转子永久弯曲。汽轮机组的动静碰摩不仅在机组启停过程中发生，而且在工作转速下也会发生。但据现场大量实测结果表明，转轴碰摩容易进入晚期的只是启停中转轴碰摩，工作转速下转轴碰摩很少进入晚期。机组启停对运行机组来说，只是一个短暂时间段，这个短暂时间段内防止转轴碰摩进去晚期、控制碰摩振动，只要措施具体、明确，完全是可能的。大型旋转机械碰

11、摩振动的控制包括如下几个方面的含义加强对机组状态的监控，及早发现转轴碰摩，这是碰摩振动控制的关键之一。只有及时发现动静碰摩，才能将它控制在早。中期以前，不至于进入晚期阶段而产生剧烈的碰摩振动。（ 2）根据不同的碰摩部位和原因，采取相应的的振动控制措施，甚至消除碰摩振动。如果动静碰摩不能避免，则尽量将碰摩振动控制在允许范围内，不至于对机组的安全构成危险。即将振动的平均水平和振动的波动量都控制在有关标准的控制范围内。对于已经投入运行的机组，采取运行方面的控制措施来减小碰摩振动的危害是非常重要的。机组运行过程中控制碰摩振动的主要措施有：控制机组的转速，使机组尽量避开不稳定碰摩转速区。尽可能地减小机组的不平衡量，特别是要平衡掉引起不稳定碰摩振动的不平衡分布质量。适当增大动静间隙，减小振动的振幅；防止机组膨胀不畅，控制汽缸的跑偏量；控制上