基于聲發(fā)射信號的汽輪機動靜摩擦監(jiān)測

　　　　(1)動葉(或圍帶)與汽缸發(fā)生摩擦，軸頸與軸瓦發(fā)生摩擦時，作用力分為正壓力與摩擦力，正壓力F通過動葉與葉輪作用于轉(zhuǎn)軸，而摩擦力T則是切向力，與旋轉(zhuǎn)方向相反。
　　從轉(zhuǎn)子動力學角度來分析，徑向作用力F引起軸橫向振動方程式為：

　其中，m為轉(zhuǎn)子質(zhì)量;C1為橫向振動阻尼系數(shù)，K1為橫向變形剛度系數(shù)。
　　　 (2)軸向摩擦時作用力分析，葉輪與隔板發(fā)生摩擦時產(chǎn)生軸向正壓力P及切向摩擦力τ。軸向力P引起轉(zhuǎn)子振動方程式為：

　　其中，C2為軸向振動阻尼系數(shù)；K2為軸向變形剛度系數(shù)。
　　　　(3)切向力τ引起轉(zhuǎn)子扭振方程式為：

　　其中，J為轉(zhuǎn)動慣量；C3為扭振阻尼系數(shù)；K3為扭曲變形剛度系數(shù)；M=τ·R。
　　由上述三個振動方程式可見，摩擦力引起振動必須具備三個條件：即作用力必須與振動方向一致；作用力必須是周期的；作用力必須足以起振。
1.2振動表不能早期監(jiān)測摩擦故障原因分析
　　原因1：電廠中的常規(guī)測振儀表只能測量軸橫向振動的幅值X，由上述三式可知，當物體由于摩擦受到X方向激振力F(t)作用時，幅值X由振動表能顯示出來，而當物體發(fā)生摩擦在Y方向或切向產(chǎn)生振動時，振動表卻顯示不出變化。
　　原因2：從式(1)中可以看出，由于汽輪機轉(zhuǎn)子的質(zhì)量非常大，即m很大，所以摩擦產(chǎn)生的激振力很難使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)而發(fā)生振動。因此當摩擦已經(jīng)非常嚴重時振動表根本無反應(yīng)。
　　這樣的實例很多，僅東北電網(wǎng)就有十余次。某發(fā)電廠200MW機組密封瓦磨損2mm深而振動表沒有變化。另外，有許多電廠在揭缸后發(fā)現(xiàn)動葉圍帶早已磨損，而運行中振動表指示值根本沒有變化。用振動表間接監(jiān)測摩擦故障很不準確，現(xiàn)代監(jiān)測摩擦故障的理想辦法是采用聲發(fā)射技術(shù)。

2聲發(fā)射信號的特點
2.1聲發(fā)射信號的產(chǎn)生

　　金屬材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用變形或滑移時以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射，也就是材料內(nèi)部所產(chǎn)生的一種彈性波，由于這種彈性波能反映出材料的一些性質(zhì)，故采用檢測聲發(fā)射信號的方法，可以判斷材料或設(shè)備的某種狀態(tài)。聲發(fā)射監(jiān)測是一種動態(tài)無損檢測方法，而且聲射信號來自缺陷本身，因此用聲發(fā)射信號可以判斷數(shù)據(jù)缺陷的嚴重性。一個同樣大小、同樣性質(zhì)的缺陷，當它所處的位置和所受的應(yīng)力狀態(tài)不同時，對結(jié)構(gòu)的損傷程度也不同，所以它的聲發(fā)射特征也有差別，明確了來自缺陷的聲發(fā)射信號，就可以長期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的狀況。
　　金屬摩擦時，在金屬表面的金屬晶格將發(fā)生變化，在這個過程中，它釋放出來的能量以彈性波的形式釋放出來，產(chǎn)生聲發(fā)射。摩擦產(chǎn)生的聲發(fā)射信號如圖2所示。
2.2聲發(fā)射信號的傳播
　　對于無限大或半無限大的理想介質(zhì)，我們可按彈性波的傳播規(guī)律處理聲發(fā)射波，根據(jù)波動方程式