RJ燃气轮机振动测试技术研究

赵四洋 常 诚 刘彦楠 陈 宇

（1.驻沈阳黎明发动机制造公司军事代表室，辽宁 沈阳 110003；2.中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司发动机试车厂，辽宁 沈阳 110003）

1 振动监控系统的基本组成

振动测量的方法很多，如机械测量、光学测量、电测量等。此次RJ-***燃气轮机振动测试采用的是用途广泛的电测方法。其系统组成为：测量传感器→放大环节→测量分析环节→最终显示

（1）测振传感器 把被测机械振动参数（如位移、速度、加速度等）转换成相应的电信号输出。常用的传感器有电磁式和压电式两种。前者测量振动速度故亦称速度计；后者测量振动的加速度故亦称加速度计。

（2）放大环节：放大测振传感器的输出信号以便计量与记录。

（3）测量分析环节：根据不同的监控目的进行线性放大、频率分析等。目前，多使用频谱分析仪对所测振动信号进行分析，把振动的动态参数所包含的不同频率分量分离出来，并由记录器记录为频谱图（幅值－频率曲线）。

（4）显示：显示或记录测量分析结果。

2 振动监控系统布局

在振动监控技术中，图谱分析是进行监控、诊断的一种重要手段。机件故障引起的振动变化必然是导致其谱图变化，因而通过与其正常谱图比较可迅速判明故障原因并加以修复。

图1 RJ燃机测振总图

图2 RJ燃气轮机振动测试曲线

2.1 测点分布及测量系统构成

为保证燃机的安全运行，作为长期监视项目的振动监测也被应用于机组联调，测点的选择如图1所示。

k1： 低压压气机入口（Ⅰ截面）机匣安装边上水平方向布置加速度计，监测燃机压气机的振动加速度；k4：高压涡轮出口（Ⅳ截面）机匣安装边上垂直方向布置加速度计，以监测主机涡轮的振动加速度；k：动力涡轮后机匣的水平安装边上布置加速度计，以监测动力涡轮的振动加速度；A：动力涡轮的止推轴承座上安装的电涡流位移传感器 ，以监测动力涡轮轴的轴向位移。

2.2 振动参数限制值

根据《RJ燃气轮机长期监测参数的报警值》之规定，振动参数限制值K1为 3.5g， K4为 4.5g，K 为 1.5g，AZ为41m。其中振动g值均为有效值 ，AZ在这里是指轴向振动的量级。

3 振动监测结果

由于各次开车的振动值有较好的重复性，振动曲线示见图2。

其中：n2为主机高压转速；T*4为主机涡轮出口平均温度；N3为动力涡轮转速。

看图可知，各点的振动加速度峰值均小于换算后的振动允许值。K1大多数情况下工作在4.0g以下；K4在稳定状态下的振动量级仅为2.0g；K的最大振动值也仅为1.2g左右。说明RJ-***燃机机组具有良好的振动特性。

4 振动测试分析

（1） 燃机在启动到慢车的过程中，即当n1=2500rpm﹑n2=5300rpm﹑n3=180rpm的转速附近，K1出现明显的振动加速度峰值 ，通常高达4.2g左右。分析认为是转子系统的临界转速所致。但由于它在工作转速以外，且持续时间较短，所以在实际运行中，不会危害燃机的正常运行。

（2）压气机的振动K1始终偏高，最大振动峰值曾达4.5g。同时在高转速还伴有不稳定的现象，即当转速在某一状态稳定时，振动值或缓慢上升或缓慢下降，其差值一般在2.0g左右。初步认为这都是主机外部支撑改变所致。与原准航机不同的是，它的压气机前端为软联结，而主支点也仅靠一铰支点支撑，因此使整个主机近似为一悬臂梁，故可能引起其振动特性的改变。当然，确切的结论还待进一步的验证。

（3）关闭旁路阀门影响较大。关闭V1阀门过程中， K1和K的振动均未出现波动，始终较平稳。而K4的振动却随着时间的延长，呈上升趋势，其振动量从2.2g上升到5.0g。经过对各次振动监测结果的对比分析，认为旁路阀门的位置紧随K4其后，它的打开与关闭使通过主机涡轮的气流的压力﹑流量不断发生变化，从而直接影响到4截面振动的改变。

（4）动力涡轮的振动平稳，且随转速的上升而上升，在整个工作转速范围内，未发现明显的临界转速现象。但现场的频谱分析结果表明，燃机在运行过程中，大都以动力涡轮转子的二倍频为主频，说明其转子系统的同心度较差。因此，02次分解再装配，良好同心度的保证是在此基础上降低振动量级的保证。

5 补充说明

需要说明的是，动力涡轮上的电涡流位移系统是为测量涡轮轴轴向位移所配置，严格说，在这里的K是轴向窜动位移和轴向振动振幅的总和。这是因为动力涡轮止推轴承在装配时要求保留的初始间隙，当动力涡轮开始运转后，涡轮轴即做水平位移运动，又做轴向振动运动。而前面给出的限制值，经核实是指单一的轴向振动而言。因此就出现了振动测量值大于限制值的现象。

尽管如此，依据与轴承机匣振动加速度的综合分析结果来看，动力涡轮不存在破坏性的振动，其振动特性能够满足燃机机组安全运行的要求。

[1]H.B.凯巴.航空燃气涡轮发动机技术诊断[M].北京：航空工业出版，1990.

[2]孙海东，傅强.航空发动机振动监测研究[J].机械设计与制造，2007（02）.