RJ燃氣輪機振動測試技術(shù)研究

趙四洋 常 誠 劉彥楠 陳 宇

（1.駐沈陽黎明發(fā)動機制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110003；2.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司發(fā)動機試車廠，遼寧 沈陽 110003）

1 振動監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成

振動測量的方法很多，如機械測量、光學測量、電測量等。此次RJ-***燃氣輪機振動測試采用的是用途廣泛的電測方法。其系統(tǒng)組成為：測量傳感器→放大環(huán)節(jié)→測量分析環(huán)節(jié)→最終顯示

（1）測振傳感器 把被測機械振動參數(shù)（如位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)換成相應的電信號輸出。常用的傳感器有電磁式和壓電式兩種。前者測量振動速度故亦稱速度計；后者測量振動的加速度故亦稱加速度計。

（2）放大環(huán)節(jié)：放大測振傳感器的輸出信號以便計量與記錄。

（3）測量分析環(huán)節(jié)：根據(jù)不同的監(jiān)控目的進行線性放大、頻率分析等。目前，多使用頻譜分析儀對所測振動信號進行分析，把振動的動態(tài)參數(shù)所包含的不同頻率分量分離出來，并由記錄器記錄為頻譜圖（幅值－頻率曲線）。

（4）顯示：顯示或記錄測量分析結(jié)果。

2 振動監(jiān)控系統(tǒng)布局

在振動監(jiān)控技術(shù)中，圖譜分析是進行監(jiān)控、診斷的一種重要手段。機件故障引起的振動變化必然是導致其譜圖變化，因而通過與其正常譜圖比較可迅速判明故障原因并加以修復。

圖1 RJ燃機測振總圖

圖2 RJ燃氣輪機振動測試曲線

2.1 測點分布及測量系統(tǒng)構(gòu)成

為保證燃機的安全運行，作為長期監(jiān)視項目的振動監(jiān)測也被應用于機組聯(lián)調(diào)，測點的選擇如圖1所示。

k1： 低壓壓氣機入口（Ⅰ截面）機匣安裝邊上水平方向布置加速度計，監(jiān)測燃機壓氣機的振動加速度；k4：高壓渦輪出口（Ⅳ截面）機匣安裝邊上垂直方向布置加速度計，以監(jiān)測主機渦輪的振動加速度；k：動力渦輪后機匣的水平安裝邊上布置加速度計，以監(jiān)測動力渦輪的振動加速度；A：動力渦輪的止推軸承座上安裝的電渦流位移傳感器 ，以監(jiān)測動力渦輪軸的軸向位移。

2.2 振動參數(shù)限制值

根據(jù)《RJ燃氣輪機長期監(jiān)測參數(shù)的報警值》之規(guī)定，振動參數(shù)限制值K1為 3.5g， K4為 4.5g，K 為 1.5g，AZ為41m。其中振動g值均為有效值 ，AZ在這里是指軸向振動的量級。

3 振動監(jiān)測結(jié)果

由于各次開車的振動值有較好的重復性，振動曲線示見圖2。

其中：n2為主機高壓轉(zhuǎn)速；T*4為主機渦輪出口平均溫度；N3為動力渦輪轉(zhuǎn)速。

看圖可知，各點的振動加速度峰值均小于換算后的振動允許值。K1大多數(shù)情況下工作在4.0g以下；K4在穩(wěn)定狀態(tài)下的振動量級僅為2.0g；K的最大振動值也僅為1.2g左右。說明RJ-***燃機機組具有良好的振動特性。

4 振動測試分析

（1） 燃機在啟動到慢車的過程中，即當n1=2500rpm﹑n2=5300rpm﹑n3=180rpm的轉(zhuǎn)速附近，K1出現(xiàn)明顯的振動加速度峰值 ，通常高達4.2g左右。分析認為是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速所致。但由于它在工作轉(zhuǎn)速以外，且持續(xù)時間較短，所以在實際運行中，不會危害燃機的正常運行。

（2）壓氣機的振動K1始終偏高，最大振動峰值曾達4.5g。同時在高轉(zhuǎn)速還伴有不穩(wěn)定的現(xiàn)象，即當轉(zhuǎn)速在某一狀態(tài)穩(wěn)定時，振動值或緩慢上升或緩慢下降，其差值一般在2.0g左右。初步認為這都是主機外部支撐改變所致。與原準航機不同的是，它的壓氣機前端為軟聯(lián)結(jié)，而主支點也僅靠一鉸支點支撐，因此使整個主機近似為一懸臂梁，故可能引起其振動特性的改變。當然，確切的結(jié)論還待進一步的驗證。

（3）關(guān)閉旁路閥門影響較大。關(guān)閉V1閥門過程中， K1和K的振動均未出現(xiàn)波動，始終較平穩(wěn)。而K4的振動卻隨著時間的延長，呈上升趨勢，其振動量從2.2g上升到5.0g。經(jīng)過對各次振動監(jiān)測結(jié)果的對比分析，認為旁路閥門的位置緊隨K4其后，它的打開與關(guān)閉使通過主機渦輪的氣流的壓力﹑流量不斷發(fā)生變化，從而直接影響到4截面振動的改變。

（4）動力渦輪的振動平穩(wěn)，且隨轉(zhuǎn)速的上升而上升，在整個工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)明顯的臨界轉(zhuǎn)速現(xiàn)象。但現(xiàn)場的頻譜分析結(jié)果表明，燃機在運行過程中，大都以動力渦輪轉(zhuǎn)子的二倍頻為主頻，說明其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的同心度較差。因此，02次分解再裝配，良好同心度的保證是在此基礎(chǔ)上降低振動量級的保證。

5 補充說明

需要說明的是，動力渦輪上的電渦流位移系統(tǒng)是為測量渦輪軸軸向位移所配置，嚴格說，在這里的K是軸向竄動位移和軸向振動振幅的總和。這是因為動力渦輪止推軸承在裝配時要求保留的初始間隙，當動力渦輪開始運轉(zhuǎn)后，渦輪軸即做水平位移運動，又做軸向振動運動。而前面給出的限制值，經(jīng)核實是指單一的軸向振動而言。因此就出現(xiàn)了振動測量值大于限制值的現(xiàn)象。

盡管如此，依據(jù)與軸承機匣振動加速度的綜合分析結(jié)果來看，動力渦輪不存在破壞性的振動，其振動特性能夠滿足燃機機組安全運行的要求。

[1]H.B.凱巴.航空燃氣渦輪發(fā)動機技術(shù)診斷[M].北京：航空工業(yè)出版，1990.

[2]孫海東，傅強.航空發(fā)動機振動監(jiān)測研究[J].機械設(shè)計與制造，2007（02）.