RJ燃?xì)廨啓C(jī)振動(dòng)測(cè)試技術(shù)研究

趙四洋 常 誠(chéng) 劉彥楠 陳 宇

（1.駐沈陽(yáng)黎明發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司發(fā)動(dòng)機(jī)試車廠，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

1 振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成

振動(dòng)測(cè)量的方法很多，如機(jī)械測(cè)量、光學(xué)測(cè)量、電測(cè)量等。此次RJ-***燃?xì)廨啓C(jī)振動(dòng)測(cè)試采用的是用途廣泛的電測(cè)方法。其系統(tǒng)組成為：測(cè)量傳感器→放大環(huán)節(jié)→測(cè)量分析環(huán)節(jié)→最終顯示

（1）測(cè)振傳感器 把被測(cè)機(jī)械振動(dòng)參數(shù)（如位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出。常用的傳感器有電磁式和壓電式兩種。前者測(cè)量振動(dòng)速度故亦稱速度計(jì)；后者測(cè)量振動(dòng)的加速度故亦稱加速度計(jì)。

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

（3）測(cè)量分析環(huán)節(jié)：根據(jù)不同的監(jiān)控目的進(jìn)行線性放大、頻率分析等。目前，多使用頻譜分析儀對(duì)所測(cè)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，把振動(dòng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)所包含的不同頻率分量分離出來(lái)，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(cè)量分析結(jié)果。

2 振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)布局

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

圖1 RJ燃機(jī)測(cè)振總圖

圖2 RJ燃?xì)廨啓C(jī)振動(dòng)測(cè)試曲線

2.1 測(cè)點(diǎn)分布及測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成

為保證燃機(jī)的安全運(yùn)行，作為長(zhǎng)期監(jiān)視項(xiàng)目的振動(dòng)監(jiān)測(cè)也被應(yīng)用于機(jī)組聯(lián)調(diào)，測(cè)點(diǎn)的選擇如圖1所示。

k1： 低壓壓氣機(jī)入口（Ⅰ截面）機(jī)匣安裝邊上水平方向布置加速度計(jì)，監(jiān)測(cè)燃機(jī)壓氣機(jī)的振動(dòng)加速度；k4：高壓渦輪出口（Ⅳ截面）機(jī)匣安裝邊上垂直方向布置加速度計(jì)，以監(jiān)測(cè)主機(jī)渦輪的振動(dòng)加速度；k：動(dòng)力渦輪后機(jī)匣的水平安裝邊上布置加速度計(jì)，以監(jiān)測(cè)動(dòng)力渦輪的振動(dòng)加速度；A：動(dòng)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(cè)動(dòng)力渦輪軸的軸向位移。

2.2 振動(dòng)參數(shù)限制值

根據(jù)《RJ燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)參數(shù)的報(bào)警值》之規(guī)定，振動(dòng)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(dòng)g值均為有效值 ，AZ在這里是指軸向振動(dòng)的量級(jí)。

3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

由于各次開(kāi)車的振動(dòng)值有較好的重復(fù)性，振動(dòng)曲線示見(jiàn)圖2。

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

看圖可知，各點(diǎn)的振動(dòng)加速度峰值均小于換算后的振動(dòng)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(dòng)量級(jí)僅為2.0g；K的最大振動(dòng)值也僅為1.2g左右。說(shuō)明RJ-***燃機(jī)機(jī)組具有良好的振動(dòng)特性。

4 振動(dòng)測(cè)試分析

（1） 燃機(jī)在啟動(dòng)到慢車的過(guò)程中，即當(dāng)n1=2500rpm﹑n2=5300rpm﹑n3=180rpm的轉(zhuǎn)速附近，K1出現(xiàn)明顯的振動(dòng)加速度峰值 ，通常高達(dá)4.2g左右。分析認(rèn)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(shí)間較短，所以在實(shí)際運(yùn)行中，不會(huì)危害燃機(jī)的正常運(yùn)行。

（2）壓氣機(jī)的振動(dòng)K1始終偏高，最大振動(dòng)峰值曾達(dá)4.5g。同時(shí)在高轉(zhuǎn)速還伴有不穩(wěn)定的現(xiàn)象，即當(dāng)轉(zhuǎn)速在某一狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，振動(dòng)值或緩慢上升或緩慢下降，其差值一般在2.0g左右。初步認(rèn)為這都是主機(jī)外部支撐改變所致。與原準(zhǔn)航機(jī)不同的是，它的壓氣機(jī)前端為軟聯(lián)結(jié)，而主支點(diǎn)也僅靠一鉸支點(diǎn)支撐，因此使整個(gè)主機(jī)近似為一懸臂梁，故可能引起其振動(dòng)特性的改變。當(dāng)然，確切的結(jié)論還待進(jìn)一步的驗(yàn)證。

（3）關(guān)閉旁路閥門(mén)影響較大。關(guān)閉V1閥門(mén)過(guò)程中， K1和K的振動(dòng)均未出現(xiàn)波動(dòng)，始終較平穩(wěn)。而K4的振動(dòng)卻隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，呈上升趨勢(shì)，其振動(dòng)量從2.2g上升到5.0g。經(jīng)過(guò)對(duì)各次振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析，認(rèn)為旁路閥門(mén)的位置緊隨K4其后，它的打開(kāi)與關(guān)閉使通過(guò)主機(jī)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(dòng)的改變。

（4）動(dòng)力渦輪的振動(dòng)平穩(wěn)，且隨轉(zhuǎn)速的上升而上升，在整個(gè)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(chǎng)的頻譜分析結(jié)果表明，燃機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，大都以動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子的二倍頻為主頻，說(shuō)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(dòng)量級(jí)的保證。

5 補(bǔ)充說(shuō)明

需要說(shuō)明的是，動(dòng)力渦輪上的電渦流位移系統(tǒng)是為測(cè)量渦輪軸軸向位移所配置，嚴(yán)格說(shuō)，在這里的K是軸向竄動(dòng)位移和軸向振動(dòng)振幅的總和。這是因?yàn)閯?dòng)力渦輪止推軸承在裝配時(shí)要求保留的初始間隙，當(dāng)動(dòng)力渦輪開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)后，渦輪軸即做水平位移運(yùn)動(dòng)，又做軸向振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。而前面給出的限制值，經(jīng)核實(shí)是指單一的軸向振動(dòng)而言。因此就出現(xiàn)了振動(dòng)測(cè)量值大于限制值的現(xiàn)象。

盡管如此，依據(jù)與軸承機(jī)匣振動(dòng)加速度的綜合分析結(jié)果來(lái)看，動(dòng)力渦輪不存在破壞性的振動(dòng)，其振動(dòng)特性能夠滿足燃機(jī)機(jī)組安全運(yùn)行的要求。

[1]H.B.凱巴.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)診斷[M].北京：航空工業(yè)出版，1990.

[2]孫海東，傅強(qiáng).航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007（02）.