摘要：动静碰摩故障是汽轮发电机组中常见的故障之一。机组碰摩故障发生后，轻者将会导致机组振动过大无法正常启动和运行，严重时将会造成转子的永久弯曲，甚至造成整个机组的损坏。因此，如何快速准确诊断出机组动静摩擦原因，将是整个故障诊断中的工作重点。本文重点论述了汽轮机动静摩擦原因及其对策。
关键词：汽轮机；动静摩擦；原因；振动；对策
汽轮机是一个转动机械，其根本结构分为两大部分：转动部分和静止部分。转动部分包括：转子、轮盘、叶片、联轴器；静止部分包括：汽缸、轴承、隔板（套）、汽封盒等。转动机械在运行中最易产生动静部分的摩擦，由于运行中转动部件与静止部件之间的摩擦引起的故障，它被称之为碰摩故障。近年来这些故障逐渐增多，所以对大型机组的效率提出了更高的要求，因此，正确诊断汽轮机动静摩擦故障是保证机组稳定安全运行的重要因素，也避免了生产过程中的频繁事故。
一、动静摩擦的原理及振动特征
1、原理。
当动静间隙消失时，会产生摩擦。对静止部件来说，摩擦发生在半径最小的位置。对转子来说，摩擦发生在以最大晃动位置为中心的段弧上。摩擦产生的热量从接触点进入转子，接触点的温度升高，远离接触点的温升较低，导致转子温度分布不均匀，引起弯曲。一些转子发生动静摩擦后，接触部分的金属颜色变为蓝色，由此估计温升可达到数百度。因此，尽管局部轴段存在动静摩擦，但对转子温度的影响不容忽视。
2、振动特征
（1）振动为基频分量。动静摩擦引起转子热弯曲，从而使质心偏离转动中心。由此产生的振动与转速频率一致，也就是说为基频振动或1X称分量。因振动系统的非线性，在大振动的情况下不可能排除一定倍频成分的可能性，但不能作为判断摩擦振动的必要条件。
（2）振动的不稳定。在动静摩擦过程中，接触部分没有热量进入转子，转子温度处于非稳态，其热弯曲不断变化。因此，只要动静摩擦存在，振动就不稳定。1X的振幅和相位处于连续变化状态，若振动稳定，表明动静摩擦消失。
二.动静摩擦的各种情况
径向碰磨是机组启动和正常运行中振动突然增大的主要原因之一，而且据国内汽轮机事故统计表明，其中的大部分的弯轴事故是由径向碰磨引起的。所以我们分别讨论机组启停中和工作中径向碰磨产生振动的情况：
1、机组启停中径向碰磨情况
（1）径向碰磨振动特征
通过现场振动测试可以看到随转轴摩擦严重程度的不同，振幅的变化特征会有显著的差别。我们可以根据这些变化特征把汽轮机动静摩擦分为三个阶段。下边分别简要介绍一下这三个阶段的振动特征。
① 早期碰磨：在碰磨发生的早期，轴承振动较无碰磨时振幅有明显的增大，而在转速一定时，随运行时间的增长，振幅和相位会发生明显的波动。
② 中期碰磨：在碰磨的中期，随运行时间的增长，振幅迅速增大，振幅和相位不再发生波动，若这时不迅速采取措施，碰磨很快就进入晚期。
③ 晚期碰磨：而在碰磨的晚期，转速一定时轴承或转轴振动增长速率较中期更快，而且振幅已超过转轴形成永久弯曲的上限值，振动失控，这时即使采取降速措施，振幅还会急剧增大，弯轴事故就不可避免了。若任由振动继续发展，不仅会对动静部件造成更大的损坏，还有可能形成轴系破坏事故。
（2）径向碰磨的振动机理
① 早期：在动静摩擦的早期阶段，一般都是转子与汽封、油档的摩擦，因为汽封、油档的结构和材质特点，一般都会很快的被磨损掉，所以尽管也会引起转子热弯曲进而又加重碰磨，但由于碰磨较轻，热弯曲量较小，且接触部分的金属很快磨损，自动脱离接触，碰磨消失，碰磨使转轴热弯曲只是发生在一个不长的轴段上，所以碰磨一旦停止，转轴上径向不对称温差在短时间内即可消失，转子变直，振动复原。当转速升高，转轴振动增大，或其他原因使轴封间隙减少时，转轴又会发生碰磨。因此早期动静摩擦是间断性碰磨，这就是振幅时大时小的随机波动，或维持在某一水平上的原因。
② 中期和晚期：动静摩擦处在中期时，如碰磨不断加重，就会使其热弯曲和振动进一步加大，从而碰磨又加重，形成恶性循环。如果不能够及时发现并处理，则可能随着振动的加剧而产生弯轴事故。如果这种碰磨振动发生在转子一阶临界转速以下，并能及时发现，而打闸停机，振动还是可以控制，弯轴事故也可以避免。但如果这种振动发生在转子一阶临界转速以上，即使采取了打闸停机措施，在降速通过转子一阶临界转速时，共振还会使动静摩擦急剧加重。碰磨很快进入晚期，所以尽管转速已降至一阶临界转速以下，振动还是会继续增大，振动实际上已经失控，弯轴事故不可避免。
2、工作转速下动静摩擦
传统的概念认为转子工作转速已远远超过一阶临界转速，因此在工作转速下动静摩擦振动不会显著，而且接触部分会很快磨损而自动脱离。但据不完全统计，目前国内已有30多台机组在空负荷或带负荷下多次发生突发性振动或振幅长时间大幅度的波动，这些都是由于工作中转轴径向碰磨引起的。
三、汽轮机动静摩擦的原因
由于造成汽轮机动静摩擦的原因很多，所以电厂检修人员应分析机组的实际运行情况，对汽轮机引起的摩擦原因作出有效判断，并采取切实可行的方法加以处理，以尽量减少事故对机组的危害。
1、动静间隙过小。为了提高效率，现代汽轮机尽量减小动静部件间的间隙，但间隙过小容易导致动静部件在汽轮机转动过程中产生摩擦。此外，在安装和维护过程中，动静间隙调整不当或沿圆周方向不均匀时，机组运行中动静部件的局部间隙消失，也会产生碰摩。在机组实际运行中，汽轮机的动静间隙也受到真空、凝汽器灌水、汽缸温度等因素的影响。
2、动静态部件的不均匀加热或冷却。对于汽轮机的运行，转子的作用不容忽视。一般来说，转子的加热速度比气缸的快得多。一旦冷热不稳定，就会产生轴向膨胀差。如果达到一定的水平，会导致轴向间隙减小，动静摩擦现象会立即发生，从而威胁到发电设备的运行。因此，轴向胀差现象不容忽视，需要合理控制。通过对轴向膨胀差原理的分析，发现膨胀差的大小是由于转子的冷热不平衡造成的。为了使汽轮机良好的启停运行，必须准确控制被加热蒸汽的量和温升速率，这也是抵抗动静摩擦现象的一个重要方面。此外，如果上下缸散热条件不同，管路布置不科学，导致上下缸温差，转子与汽缸之间的径向间隙会发生变化，镜面摩擦也会影响汽轮机的稳定运行。另外，汽轮机的启动运行会对轴封产生影响，从而导致加热不均匀，维持温度现状较困难，上下汽缸温差也会出现，致使动静摩擦会立即发生。
3、局部机械变形。智能机械设备主要由叶轮、挡板、内缸、挡板套等组成。但这些零件在使用过程中往往会受到各种因素的影响而变形，这可能是由于设计强度不足、意外操作和维护不足造成的，使这些金属能承受内部工作，应力会导致变形，致使发生严重的动静摩擦事故。另外，在汽轮机运行过程中，因外部因素的影响，容易产生滑销系统卡涩现象和汽缸流量差等问题，造成机械部件变形，导致转子与汽缸间隙减小。因此，汽轮机在使用过程中会出现动静摩擦问题，再由于外界因素的干扰，很容易造成严重的事故。
四、汽轮机动静摩擦的检修对策
轴封间隙、油档间隙的测调控制着汽轮机动静部分的径向间隙，通流间隙、推力间隙的测调控制着汽轮机动静部分的轴向间隙。所以我们应该着重控制动静间隙在合理的范围内，注意以下几道工序的检修：
1、通流间隙的测量和调整
（1）通流间隙的测量
通流间隙在修前解体及修后汽封间隙调整合格，半空缸状态下，各测一次；
① 每次在危保#l飞锤两个方位分别测量、记录。第一个方位；向上（0°）；第二个方位；转子顺转向转过90º，测量时，推力盘压紧工作瓦块。
② 测前应检查隔板不得有轴向晃动，测点附近扫净锈垢，并不得有凹痕、凸包、叶片弯曲及叶片边缘的突出；
③ 用电子楔尺按安装或上次大修记录图指定测点，沿汽流方向，逐级、逐点测量、记录，不得遗漏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆楔尺插入力度应适中；
④ 测后应及时进行修前，修后、上次修后及同一级左右0°、90°数据比较。如个别数值变化较大：应查明原因（测量误差、机件损伤或变形），并处理。
（2）通流间隙的调整方法
① 如大部分级段内，蒸汽入口侧及出口侧的间隙，一侧偏大，另一侧偏小，则改变推力轴承齿形定位环的厚度，移动推力轴承，从而使转子产生相应位移。此时应检查汽封，油档轴向间隙及对轮的轴向距离。
② 个别级隔板蒸汽出口侧的间隙过大，可将该隔板凸缘出口侧车去些，入口侧加装隔板钉，钢制隔扳，可施电焊堆焊、修锉，以代替隔板钉，生铁隔板，则在凸缘上攻丝，加装不锈钢隔板钉。
③ 个别隔板蒸汽出口侧间隙偏小，则车削其凸缘入口侧，并在整个凸缘出口侧加装与凸缘高度相等的补强板。对钢质隔板，可在补强板上预钻孔，以便焊接补强板及凸缘，对生铁隔板，补强板可用埋头螺钉固定或用铜电焊条焊在隔板上。若补强板太薄，可将凸缘出口侧车去些，增厚补强板。
④ 复环间隙偏小，车削其边缘，但不应触及叶片。
⑤ 转子叶轮与隔板体间隙偏小，车削或磨削隔板体。
2、轴封间隙的测量和调整
（1）汽封块检修工艺
A 分解汽封环
① 拆除压板螺丝后，拆卸汽封块。若螺丝锈死或起槽损坏，可用煤油浸透后取出，必要时，钻透螺丝，重新攻丝。
② 拆卸时，不要损坏汽封齿及汽封块两端面。若锈蚀严重，不易折卸，可用煤油浸透，再以铁把起子支在汽封齿之间，用手锤敲振，使其松动，再用紫铜棒，顶住汽封块端面，用手锤打出。
③ 取出的汽封块、弹簧片用铁丝按级分别捆起，并标志级数，妥加保管，切不可弄错、弄乱。特别是有些弹簧片，外形尺寸完全相同，但使用部位温度不同，材质差别较大。因此需严格细致的进行分类保管工作。
B 用砂布或喷砂器清扫汽封块、汽封盒、弹簧片、螺栓，销子的盐、锈垢。用细锉刀清除各配合面毛刺后，擦黑铅粉。
C 有下列缺陷之一时，更换汽封块、弹簧片备品
① 汽封齿锈蚀、冲刷，磨损，缺损严重。
② 汽封块承力凸肩厚度＜1mm。
③ 弹簧片失去弹性或有裂纹。
D 更换备品时，应按图检查备品尺寸、材质。新汽封块应配准弧长，接头齐平，与相邻汽封块的端面接触良好。
E 经清扫、配齐备品的汽封圈，即可按原级号装复。
① 组装时，各零部件用压缩空气吹净；并注意高低齿方向，防止装错；端汽封相邻及气封块的接口应错开；以塞尺检查汽封块接口严密性。
② 组装后，检查弹簧片弹力及汽封圈的组装灵活性；以手用4～6kgf的力能将一块汽封块压下去，松手后，应能立即自动弹回原位。
③ 用尖咀钳将卷曲、歪斜、被压倒的汽封齿压平直、理好。
F 组合上下隔扳套、汽封套，用塞尺检查各级汽封圈的总膨胀间隙。
G 总膨胀间隙小于标准值及汽封块端面接合不严密，可修锉汽封块端面；
（2）测调汽封径向间隙；
A 汽封的径向间隙需在空缸对轮中心合格后才能进行测调，因如果未进行空缸对轮中心测调就调整汽封间隙，一旦在后来的实缸中心中转子移动量过大，会直接导致汽封间隙的大的改变，而此时限于缸已扣，不能再调整汽封间隙。
B 对于测调汽封径向间隙，我们一般采用压胶布法测量：
① 胶布的贴法；在每环汽封圈上半的上、左、右及下半的下、左、右共六处，按图贴上宽约10mm两条不同层数的医用白胶布条。通常，冒汽封贴一层、二层，其余贴二层、三层。每层成倒宝塔形；按转子转向，薄的贴在前面；要贴牢，特别在齿尖处，贴紧。
② 按正式组装要求组装缸内各部件（但不拿抽汽孔堵板，不抹涂料）。吊入下隔板套、下汽封套、转子后，在转子各汽封台30º～50º的弧段上均匀抹上薄层红油，将涂红油部分盘转到下方，装上隔板套、上汽封套。当需测前后上冒汽封间隙时，扣大盖，冷态拧紧部分汽缸螺栓，消除汽缸接合面间隙，使0.05mm塞尺塞不通。
③ 盘动转子数圈后，解体检查。根据胶布接触轻重，判断汽封间隙值，并作记录。
④ 汽封间隙的判断
根据医用胶布的厚度，接触痕迹的轻重进行判断。如我们通常用的医用胶布厚度为0。25mm，两层就为0。50mm，以此类推。如胶布三层接触而两层未接触，则可判断出该处汽封径向间隙在0。50～0。75mm之间。如三层胶布接触痕迹较轻，可判断为接近0。7mm左右。通过医用胶布法进行判断，可满足对于汽封径向间隙的质量要求。
3、隔板（隔板套）洼窝中心的测量和调整
从前面的轴封径向间隙的调整我们得知，在大修中，控制汽轮机动静部分径向间隙主要通过调整汽封径向间隙来实现，但是也有可能出现这样的情况：因隔板（隔板套）与汽轮机转子的同心度相差太远而导致不能通过调整汽封来满足对径向间隙的要求时，就需通过调整隔板（隔板套）的同心度来实现。
（1）隔板（隔板套）洼窝中心的测量
扣合隔板（隔板套），冷紧结合面螺栓，消除隔板（隔板套）结合面间隙，准备内径千分尺或百分表，将表座吸在假轴上盘动测出各部位洼窝上、下、左、右四点的数值，并计算出偏心值。由于隔板（隔板套）可能变形，在测量调整洼窝中心的过程中，常会发现测出的上、下数值之和与左、右之和相差很大。在这种情况下，只需将洼窝中心调至上、下数值与左、右数值分别接近，而不强求四个方位基本一致。
（2）隔板（隔板套）洼窝中心的调整
根据测量出来的偏心值，计算出隔板或隔板套需左右或上下移动的量。通过调整底销或左右挂耳的垫片厚度来调整其与转子的同心度，使其达到规定的标准。
四、结语
综上所述，动静碰摩是汽轮机常见的故障之一。随着现代汽轮机技术的发展，大容量、高参数、高效率发电机组的汽耗和热耗正在下降，经济性在提高。因此，设计通流部分的动静间隙逐渐缩小，发生动静摩擦的可能性逐渐增大。机组一旦发生动静态摩擦，摩擦部分轴承附近的轴振动将急剧增加，这将引起现场操作人员和相关技术人员的注意和警惕，振动往往达不到报警值或停机值，就盲目打闸停机，造成不必要的经济损失。因此，深入研究碰摩振动发生的机理及特征，正确诊断并及时处理，有助于机组的安全运行。
参考文献：
[1]汽轮机通流部分的动静摩擦[J].徐朝林.2014（01）.
[2]对汽轮机动静摩擦原因及对策的研究[J].陈喜明.2014（01）.
[3]汽轮机动静摩擦原因分析及对策[J].任明星.中国石油和化工标准与质量.2018（08）.
[4]《汽轮发电机组振动及事故》 施维新 中国电力出版社
[5]《电厂汽轮机检修工艺规程》 2005年3月版
[6]《5210.3－火电施工质量检验及评定标准 汽轮机篇》1998年版
论文作者:陈玉峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/6
标签：间隙论文; 隔板论文; 转子论文; 动静论文; 摩擦论文; 汽轮机论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第36期论文;