基于聲發(fā)射信號的汽輪機動(dòng)靜摩擦監測

　　　　(1)動(dòng)葉(或圍帶)與汽缸發(fā)生摩擦，軸頸與軸瓦發(fā)生摩擦時(shí)，作用力分為正壓力與摩擦力，正壓力F通過(guò)動(dòng)葉與葉輪作用于轉軸，而摩擦力T則是切向力，與旋轉方向相反。
　　從轉子動(dòng)力學(xué)角度來(lái)分析，徑向作用力F引起軸橫向振動(dòng)方程式為：

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

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

　　其中，J為轉動(dòng)慣量；C3為扭振阻尼系數；K3為扭曲變形剛度系數；M=τ·R。
　　由上述三個(gè)振動(dòng)方程式可見(jiàn)，摩擦力引起振動(dòng)必須具備三個(gè)條件：即作用力必須與振動(dòng)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(dòng)表不能早期監測摩擦故障原因分析
　　原因1：電廠(chǎng)中的常規測振儀表只能測量軸橫向振動(dòng)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(shí)，幅值X由振動(dòng)表能顯示出來(lái)，而當物體發(fā)生摩擦在Y方向或切向產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)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子失穩而發(fā)生振動(dòng)。因此當摩擦已經(jīng)非常嚴重時(shí)振動(dòng)表根本無(wú)反應。
　　這樣的實(shí)例很多，僅東北電網(wǎng)就有十余次。某發(fā)電廠(chǎng)200MW機組密封瓦磨損2mm深而振動(dòng)表沒(méi)有變化。另外，有許多電廠(chǎng)在揭缸后發(fā)現動(dòng)葉圍帶早已磨損，而運行中振動(dòng)表指示值根本沒(méi)有變化。用振動(dòng)表間接監測摩擦故障很不準確，現代監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(diǎn)
2.1聲發(fā)射信號的產(chǎn)生

　　金屬材料或結構受外力或內力作用變形或滑移時(shí)以彈性波形式釋放出應變能的現象稱(chēng)為聲發(fā)射，也就是材料內部所產(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，可以判斷材料或設備的某種狀態(tài)。聲發(fā)射監測是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測方法，而且聲射信號來(lái)自缺陷本身，因此用聲發(fā)射信號可以判斷數據缺陷的嚴重性。一個(gè)同樣大小、同樣性質(zhì)的缺陷，當它所處的位置和所受的應力狀態(tài)不同時(shí)，對結構的損傷程度也不同，所以它的聲發(fā)射特征也有差別，明確了來(lái)自缺陷的聲發(fā)射信號，就可以長(cháng)期連續地監視缺陷的狀況。
　　金屬摩擦時(shí)，在金屬表面的金屬晶格將發(fā)生變化，在這個(gè)過(guò)程中，它釋放出來(lái)的能量以彈性波的形式釋放出來(lái)，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(wú)限大或半無(wú)限大的理想介質(zhì)，我們可按彈性波的傳播規律處理聲發(fā)射波，根據波動(dòng)方程式