摘要：动静碰摩是大型汽轮发电机组的故障中最常见的一种，对发电机组的安全、高效运行有很大的负面影响。本研究介绍了大型汽轮发电机组动静碰摩故障产生的原因及机理，并对动静碰摩的诊断以及相关措施进行探讨。
关键词：汽轮发电机组；动静碰摩故障；诊断与处理
机组动静碰摩是指轴在旋转过程中转动部件与静止部件之间的间隙消失，发生接触碰撞的现象，是汽轮发电机组运行中常见的故障。动静碰摩通常使转子发生强烈振动，严重时甚至可导致转轴弯曲。随着现代机组向着高性能、高效率发展，动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加，所以对动静碰摩进行细致的研究是十分有必要的。
1机组动静碰摩的原因及机理
1.1机组动静碰摩的原因
现场技术人员对动静碰摩故障进行过大量分析研究后发现：汽轮发电机组易于发生动静碰摩的部件主要是轴封、油挡、隔板汽封、叶片围带汽封以及轴端汽封、轴瓦、密封瓦、挡汽片等，相对应的转动部件分别为轴颈、转轴和叶片，主要表现为径向碰撞和摩擦。发电机的径向碰摩通常发生在密封瓦处。从动静碰摩的部位和痕迹来看可分为：转子局部，静子整周；静子局部，转子整周；转子和静子均为整周。动静碰摩通常由以下原因造成：
①转轴振动过大。由于质量不平衡、转子弯曲、轴系失稳等均会造成振动过大，大振动下的转轴振幅一旦达到动静间隙，都可能与静止部位发生碰摩。
②轴系不对中。非转动部件的不对中或翘曲，特别是热态轴承标高引起的不对中等会使轴颈与转子部件在通流部分间隙改变甚至消失，引起碰摩。
③动静间隙不足。可能是设计的间隙过小，或是安装、检修时动静间隙调整不符合规定所致。
④缸体跑偏、弯曲或变形。大型机组高压转子前汽封比较长，冷态启机缸体膨胀，上下缸温差等参数掌握控制不当容易造成这些部位发生碰摩，进而造成大轴发生塑性弯曲。这是碰摩弯轴的主要运行原因之一，已有近30台200MW机组发生过这样的事故。这几类碰摩振动在机理上是有所区别的。
1.2动静碰摩发生的机理
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作用力。
2动静碰摩的故障类型
汽轮发电机组的动静碰摩故障主要有两种类型：第一，汽轮发电机组部分发生碰摩故障。汽轮发电机组的转子在一个转动周期内，其部分弧段和静子出现了接触问题，从而使转子、静子产生摩擦。这也是目前汽轮发电机组最常见的一种动静碰摩类型。第二，汽轮发电机组的全周碰摩。在整个转动周期内汽轮发电机组的转子和静子始终保持着接触状态并出现摩擦力，在无形中给汽轮发电机组的运转增加了负荷。随着碰摩作用力的不断加大，机械部件会发生损坏，整个汽轮发电机组都无法进行正常运转。
3动静碰摩故障的诊断方法
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。表1所示为几种常见的碰摩振动故障的诊断方法。
表1振动故障诊断方法分类
4防止动静碰摩故障的对策
汽轮发电机组动静碰摩是其他一些使动静间隙消失的机械故障的后继故障，在设备管理、结构改进、检修和运行等方面采取合理有效的动静间隙和控制转子相对振动的措施，既可防止机组轴系动静碰摩故障，又能防止大轴产生永久性弯曲和大振动，从而提高机组的运行经济性和安全性。现场可采用以下几种处理措施：
①检修中在调整动静部件的间隙时，除应考虑升速时轴颈的上浮外，还应考虑轴颈随转向产生的偏移（可倾瓦除外），并按0.08～0.20mm考虑。
②大修后第一次启动，不宜快速冲临界转速，以免造成大轴产生永久性弯曲。
③提高升速率升速，如果碰摩发生在某一低转速点或临界转速前，对碰摩判断的准确性把握大，且仅是个别瓦振动大，大多数瓦振正常。整个机组不存在其他振动问题，现场可采取提高升速率冲过这一转速区，直接升到高速或3000r/min的方法。
④根据振动调整运行参数（膨胀、差胀、负荷和缸温等），使机组通过发生碰摩的工况。
⑤长时间暖机，将机组打闸至盘车状态，或保持在某一转速数小时甚至数十小时，使碰摩部位自行摩损，暖机应根据机组实际的升速振动特性，选择振动不敏感的转速暖机。
⑥根据碰摩原因分析，从外部消除缺陷根源，如尽早消除汽缸膨胀不畅和跑偏，运行操作避免上下缸温差超标。
⑦如果碰摩部位发生在轴端汽封，对于汽缸端部汽封套、汽封环可拆卸的机组从外部调整即可。
综上所述，汽轮发电机组的电机容量在不断增大，但汽轮发电机组内部高、中压缸的动静间隙却变得越来越小。这大大增加了轴封、油挡等动静碰摩的发生概率，对汽轮发电机组的安全、稳定运行带来了巨大的潜在威胁。要想提高汽轮发电机组运行的安全性与稳定性，必须要从动静碰摩故障入手，对故障机理进行梳理，准确判断动静碰摩故障。将动静碰摩故障消灭在初始阶段，全面提升经济效益。
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论文作者:王金荣,杨洪亮,杨文龙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：动静论文; 机组论文; 汽轮论文; 转子论文; 故障论文; 间隙论文; 发生论文; 《电力设备》2019年第1期论文;