油膜振荡分析与处理

本文格式为Word版，下载可任意编辑——油膜振荡分析与处理

油膜涡动是由于油膜不稳定造成的，其振动频率一般在0.4~0.6倍频，但在现场实际观测也有0.3~0.7倍频的状况甚至更高；影响油膜的原因好多，如：1转速，2轴承载荷，3油的粘度，4轴颈与轴的间隙，5轴颈与轴的尺寸，6油的温度7油压8轴承进油孔的直径等’还有轴瓦的宽度等。除了润滑油品质的影响外，还有轴瓦载荷的影响，轴瓦载荷较小时简单发生油膜涡动，过大的振动简单产生油膜涡动；油膜涡动和油膜振荡在高、中压和低压转子上均可能发生，并且由于转子标高受热负荷的影响，油膜失稳不但可能在升速过程，而且也可能在带负荷期间发生。油膜振荡不仅会导致高速旋转机械的故障，有时也是造成轴承或整台机组破坏的原因。

其实所有的振动都是轴心绕其旋转中心旋转的，这个旋转中心并不一定是轴瓦中心，由于大家都知道在运行中轴是有偏心的；

解决油膜涡动的方法当然也不是使转子运行在临界转速以下，工作转速是设计好的，不可能都改成刚性转子；

可以从轴心位置图看到其轴心是否过高，可以判断该轴瓦是否载荷较低；

解决油膜涡动，一个是检查油的质量使其合格，保证油温在设计范围内，还有就是增加该轴瓦的载荷，譬如抬高轴瓦，增加轴瓦的轴径比等。

油膜涡动：

油膜的楔形按油的平均流速绕轴瓦中心运动的现象称为油膜涡

动，因其平均速度为轴颈圆周速度的一半，故又称为半速涡动。机理：

油润滑滑动轴承工作时，以薄的油膜支承轴颈。在轴瓦表面的油膜速度为零（轴瓦静止），而在轴颈表面的油膜速度与轴颈表面一致（轴颈高速旋转）。因此，不管在圆周上的任何剖面，油膜的平均速度均为轴颈圆周速度的一半。

轴颈高速旋转时，油膜厚度随楔形变化，但油的平均流速却相对不变。由于油的不可压缩性，多出的油将从轴承两端流出，或者油膜的楔形按油的平均流速绕轴瓦中心运动。如何诊断油膜涡动引起的振动？

诊断油膜涡动可从以下的振动特征来判断：

（1）油膜涡动的特征频率为略小于转子转速的1/2，并随转速的升高而升高，常伴有1倍频；

（2）振动较稳定，次谐波振幅随工作转速的升高而升高；（3）相位较稳定；

（4）轴心轨迹为双环椭圆，进动方向为正进动；（5）对轴承润滑油的温度、粘度和压力变化敏感。怎样消除？

当前在生产中，可通过以下途径来消除油膜涡动：

（1）从结构上，保证轴颈相对于轴瓦处于较大的偏心下工作；（2）采用抑振性能比较好的轴承，如可倾瓦轴承；

（3）现场出现问题时，降低润滑油温度，作为应急措施也是行

为之有效的。油膜振荡

油膜振荡发生在油润滑滑动轴承的旋转设备中，在转子正常工作时，轴颈中心和轴承中心并不重合，而是存在一个偏心距e，当载荷不变、油膜稳定时，偏心距e保持不变，机组运行稳定，轴颈上的载荷Ｗ与油膜压力保持平衡，若外界给轴颈一扰动力，使轴心O1位置产生一位移△e而达到新位置，这时油膜压力由p变为p′，因而不再与此时的载荷W′(W′-W)平衡，两者的合力为F，其分力F1将推动轴颈回到起初的平衡位置O1，而在分力F2的作用下，轴颈除了以角速度?棕作自转外，还将绕O1涡动(涡动方向与转动方向一致)，其涡动速度约为角速度的一半，称为油膜涡动(半速涡动)。油膜涡动产生后就不消失，随着工作转速的升高，其涡动频率也不断加强，振幅也不断增大。假使转子的转速继续升高到第一临界转速的2倍时，其涡动频率与一阶临界转速一致，产生共振，振幅突然骤增，振动十分猛烈，轴心轨迹突然变成扩散的不规则曲线，半频谐波振幅值就增加到接近或超过基频振幅，若继续提高转速，则转子的涡动频率保持不变，始终等于转子的一阶临界转速，这种现象称为油膜振荡。发生油膜振荡时，其主要特征是：

a.发生猛烈振动时，振幅突然增加，声音异常。

b.振动频率为组合频率，次谐波十分丰富，并且与转子的一阶临界转速相等的频率的振幅接近或超过基频振幅；

c.工作转速高于第一临界转速的2倍时才发生猛烈振动，振荡频

率等于转子的第一临界转速，并且不随工作转速的变化而变化，只有工作转速低于2倍第一临界转速后，猛烈振动才消失；d.轴心轨迹为发散的不规则形状，进动方向为正进动；e.轴承润滑油温度变化对振动有明显的影响，降低润滑油温度可以有效地抑制振动。

5.1减少轴瓦顶隙

不管是圆筒形瓦、椭圆瓦还是三油楔瓦，减少轴瓦顶隙都能显著提轴瓦稳定性，它比提高高轴瓦比压和减少长径比等其他措施更为有效。在现场减少轴瓦顶隙，一般都采用修刮轴瓦中分面的方法，使圆筒形瓦变成椭圆瓦、椭圆瓦的椭圆度进一步增大，三油楔瓦变成三油楔和椭圆混合型瓦，这样就加大了上瓦的油膜力，使轴颈上浮高度降低，从而提高轴瓦的稳定性。

椭圆瓦和三油楔瓦顶隙可以减少到轴颈直径的1‰－1.3‰，轴颈直径直径大的，取上限；轴颈直系小的，取下限。目前现场真正的圆筒形瓦（顶隙等于两倍侧隙）已很少见到，而所谓的圆筒形瓦实际上椭圆瓦，其顶隙和侧隙近似相等，当这种轴瓦发生自激振动时，可以将其顶隙减少至轴颈直径的1.2‰－1.5‰，这是由于这种轴瓦侧隙较小，顶隙不宜过小，否则会引起乌金温度的升高。5.2换用稳定性较好的轴瓦

一般来说椭圆具有两个承载区，所以也叫两油叶瓦，它的稳定性较圆筒形瓦要好，但承载能力不如圆筒瓦。还有一种叫三油叶轴瓦，

它具有三个承载区，上瓦两个油楔，形成两个向下的油膜力，因而稳定性较椭圆瓦要好，但承载能力却显著降低，一般使用在高速轻载的轴瓦上。与油叶轴承平行的是油楔轴承，真正的圆筒形瓦只有下瓦一个油楔，假使在上瓦再加两个油楔，即为国内200MW机组上曾使用过的三油楔轴承，结构如下图，b为油楔深度，a1,a2为阻油边、油楔与轴颈之间顶部间隙，a1一般轴颈直径的1.2‰－1.7‰。这种轴瓦动态稳定性远不如椭圆瓦，也不如圆筒瓦。80年代到90年代初期，国产200MW机组6瓦、7瓦较普遍发生的油膜振荡，在当时形成了“油膜振荡热〞，事实上纯属于三油楔瓦稳定差，因此改用椭圆瓦后再未发生过油膜振荡。后来投运的引进型300、600MW机组，其轴颈线速度虽已超过65m/s，但采用椭圆瓦或圆筒瓦后，都未发生过汩膜振荡。

除上述圆筒形瓦、椭圆瓦、三油楔瓦外，还有一种可倾瓦，目前国内大机组上较普遍采用。这种轴瓦结构原理如下图。轴瓦是由多个瓦无发展前块构成，这此些瓦块可以绕支做微小的摇摆，以适应适合的工作位置，使每个瓦块都能形成收敛的油楔，由此不会产生失稳分力，或者使每个瓦块都通过支点和轴颈中心，即总保持与外载荷交于一点，这样就不会产生一个使轴颈涡动的切向分力。从理论上来说，忽略瓦块的惯性和瓦块支点的磨擦力，可倾瓦是不会产生轴瓦自激振动的。但它的承载能力较低，因此只能在载荷较小的汽轮机高中压缸转子、励磁机转子上使用。5.3增加上瓦乌金宽度

对于圆筒形瓦、椭圆瓦和三油楔瓦，减少顶隙的目的是增大上瓦的油膜力，但是目前有些现场运行的机组上瓦，中央部分开有较宽的环向油沟，使上瓦成为两条乌金带。实践证明，在这样的轴瓦上减少顶隙，收获不十分显著。为了获提更好的效果，在减少顶隙的同时，将上瓦乌金加宽或完全填满，由此可以显著增加上瓦油膜力，提高轴瓦偏心率。

油膜振荡对汽轮机组设备的危害极大。所以在实际运行和检修过程中都必需认真对待这个问题。在发生油膜振荡时，应根据产生的