大型汽轮发电机组动静碰摩故障诊断研究

孙伟

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

随着汽轮发电机容量越来越大，使得汽轮机内部高、中压缸动静间隙越来越小，一方面给设备的密封无渗漏提供了良好的基础，另一方面也增加了轴封、油挡等动静碰摩发生的概率，发生动静碰摩后在外部表现为机组运行过程中产生振动，影响机组的安全稳定运行，在内部，由于发生了碰摩使得转子与静子之间的间隙越来越大，或轴承支撑发生磨损以及叶片断裂等，从而易导致整个机组转动部分损坏失效。因此研究大型汽轮发电机组动静碰摩故障产生的原因、机理等有利于工作人员根据实际情况制订出有效的处理措施，对提高发电机组运行的经济型、安全性等是十分必要的。

1 大型汽轮发电机组动静碰摩的原因

经过对大型汽轮发电机动静碰摩故障发生的部位观察，以及分析后发现动静碰摩发生、损害的部位有转子的局部与静子整周、静子局部与转子整周以及转子与静子均为整周。发生动静碰摩的原因主要有以下几个：

第一，转轴的振动过大导致动静碰摩。由于动静间隙较小，而当转轴在振动作用下振幅增大，当振动幅度超过动静间隙时就发生转子与静子的某部位碰摩，导致振幅过大的原因有很多，如转子本身质量不均衡、转子弯曲以及轴系失稳等。

第二，非转动部件轴系不对中引起动静碰摩。非转动部件如果发生翘曲或不对中等情况，尤其是热态轴承标高引起的不对中会导致轴颈与转子之间的部分间隙变得更小直至消失，由此引起动静部件碰摩。

第三，动静间隙不足引起动静碰摩。由于当前对大型汽轮发电机组的高标准要求，动静间隙往往设计的很小，因此对安装、使用、检修的要求更高，一旦涉及动静间隙调整的情况就极有可能导致间隙不足的情况，引起碰摩。

第四，缸体变形和弯曲。大型汽轮机组高压转子冷态启动时缸体膨胀，上下缸温差等参数不容易控制容易造成碰摩，久而久之导致大轴发生弯曲变形，使得碰摩现象长期发生。

2 动静碰摩故障机理

对大型汽轮发电机组的转子和静子碰摩原理进行研究主要是以单圆盘转子为研究对象，以使问题简单化，达到窥一斑而见全豹的作用。转子在转动过程中由于重量不均衡以及几何形变等各种原因导致转轴的转动中心偏离了原本与静子共同的几何中心，而如果在某个方向上偏离的位移达到或超过动静间隙，二者就会发生碰摩现象，此时碰摩点处受到一个径向的作用力和切向的摩擦力作用。碰摩的类型一般来说有两种：第一，部分碰摩。即转子在一个转动周期内只有部分弧段与静子接触，其对转子和静子产生三种作用，分别为冲击、摩擦和转子刚度的改变，这是在大型汽轮发电机组动静碰摩中最常见的碰摩形式。第二，全周碰摩。即转子与静子在整个转动周期内始终保持接触，只产生摩擦作用，无形中增加了机组的运转负荷，随着碰摩作用的加剧导致机械部件损坏，从而使整个机组无法正常运转。

3 动静碰摩故障的诊断

对动静碰摩故障的诊断传统的做法主要是基于技术人员的经验和检测系统的检测和分析，即在机组运行过程中，技术人员根据其运行状态、振动情况、噪音以及其他运行参数，再以检测系统得到的振幅、频谱分析、相位分析等数据和图形进行综合分析和判断，这种诊断和分析方法简便易行而且正确率较高，但对技术人员的依赖程度较高，诊断结果的准确与否取决于技术人员的水平，除此之外诊断精度也受到限制。近年来，传感器技术、信号处理技术以及计算机技术等开始不断用在故障诊断中，已经形成了以数据处理和计算机分析的诊断技术，可根据当前的数据和征兆对可能产生的动静碰摩进行充分估计，做到预判以便及时采取有效措施，最大程度消除动静碰摩带来的损失。

4 防止动静碰摩故障的相关对策

大型汽轮发电机组动静碰摩的发生是以动静间隙消失为前提的，而对设备日常的管理、维护、检修等多个方面采取有效合理的措施可有效防止动静间隙消失，并且防止大轴产生塑性弯曲导致振动，从而降低动静碰摩发生的概率。在实际工作中，具体来说有以下几种控制动静碰摩故障的策略：

第一，对机组的动静部件要做好检修，合理调整动静间隙，一方面要考虑转子加速时轴颈的上浮，另一方面还要考虑轴颈随转动产生的偏移，留有充分的余量以降低碰摩概率。

第二，在机组运行之前，应当对其进行充分暖机，时间可根据实际情况长达数小时，其作用是使已经发生碰摩的部位在暖机时充分磨损，暖机的转速应当优选机械振动不明显时为宜。

第三，升速之前为消除转子的热弯曲，应当进行充分盘车。

5 结语

大型汽轮发电机组动静碰摩不但会影响机组的运行负荷，还很可能造成严重的安全事故，因此有必要对动静碰摩产生的原因、机理做详细的分析，对当前机组运行状态进行有效检测以及数据分析，以便采取及时而有效的措施避免动静碰摩的产生或最大限度消除碰摩造成的影响。实际工作中，产生动静碰摩的原因有很多，而且碰摩故障的诊断也是极为复杂的，因此需要不断以现代化的技术作为手段，以在动静碰摩故障发生前对其进行准确预判为目的，将故障消除在初始阶段，是防止动静碰摩对机组安全、高效运行造成危害的重要保证。

［1]苏少锦，谢元广，龙新峰.汽轮机发电机组动静碰摩故障的诊断与处理［J].电力设备，2006，（3）：46.

［2]郭平英.汽轮发电机动静碰摩识别及对策［J].西北电力技术，2002,（6）:97.