油膜振荡的特征及判别方法
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汽轮发电机机组油膜振荡综合诊断与处理建议汽轮发电机机组是电力工业中常用的发电设备之一。
在运行过程中,由于各种原因,可能会出现油膜振荡现象。
油膜振荡是指在发电机机组的主轴承上存在高频振动,在没有办法最终解决问题之前,用以稳定轴承与轴之间的油膜。
本文将对油膜振荡的综合诊断与处理提出相关建议。
1. 油膜振荡的综合诊断1.1 振动信号的采集与分析对发电机机组的振动信号进行采集,可以使用加速度传感器或振动传感器。
采集到的振动信号可以通过频域分析、时域分析和轨迹分析等方式进行分析,了解振动的频率、振幅和振动模态等信息,进一步判断是否存在油膜振荡现象。
1.2 润滑油分析通过对润滑油的取样与分析,检测其中存在的金属颗粒、水分和气体等,判断润滑油中的污染程度。
油膜振荡可能与润滑油的污染程度相关,因此通过润滑油分析可以初步判断是否存在油膜振荡问题。
1.3 轴承与轴的检查对发电机机组的主轴承和转子轴进行检查,观察是否存在磨损、裂纹等现象。
同时检查轴承支座的状况,确保其安装固定良好,并检查轴承间隙是否合适。
1.4 机械结构与零部件的检查对发电机机组的机械结构和零部件进行检查,包括转子、密封件、键槽等。
确保机械结构和零部件的完好性,防止振动信号传导到轴承处,引起油膜振荡。
2. 油膜振荡的处理建议2.1 清洗润滑油系统定期清洗润滑油系统,确保润滑油的质量。
清洗时使用适当的清洗剂,将污染物和金属颗粒等清除,降低润滑油的污染程度,减少油膜振荡的概率。
2.2 替换润滑油定期更换润滑油,防止润滑油在使用过程中积累过多的污染物。
合理选择合适的润滑油,以减少油膜振荡的风险。
2.3 修复或更换磨损严重的零部件对于存在磨损、裂纹等严重问题的零部件,应及时进行修复或更换,避免其对机组运行造成不利影响,减少油膜振荡的概率。
2.4 加装振动阻尼器在主轴承上加装振动阻尼器,以调节轴的振动,减少油膜振荡的发生。
振动阻尼器可以通过调整阻尼力大小来降低轴的振动幅度,从而改善油膜振荡现象。
汽轮机轴承油膜油膜振荡介绍汽轮机轴承油膜油膜振荡介绍①轴承润滑油膜的形成轴瓦的孔径较轴颈稍大些,静止时,轴颈位于轴瓦下部直接于轴瓦下表面接触,在轴瓦和轴颈之间形成了楔形间隙。
当转子开始转动时,轴颈于轴瓦之间会出现直接摩擦,但是,随着轴颈的转动,润滑油由于粘性而附着在轴的表面上,被带入轴颈与轴瓦之间的楔形间隙中。
随着转速的升高,被带入的油量增加,由于楔形间隙中油流的出口面积不断减小,所以油压不断升高,当这个压力增大到足以平衡转子对轴瓦的全部作用力时,轴颈就被油膜托起,悬浮在油膜上转动,从而避免了金属直接摩擦,建立了液体摩擦。
②汽轮机主轴承的分类圆筒瓦支持轴承椭圆瓦支持轴承三油楔支持轴承可倾瓦支持轴承油囊式支持轴承其中可倾瓦支持轴承通常由3~5个或更多个能支点上自由倾斜的弧形瓦块组成,由于其瓦块能随着转速、载荷及轴承温度的不同而自由摆动,在轴颈周围形成多油楔。
且各个油膜压力总是指向中心,具有较高的稳定性。
另外,可倾瓦支持轴承还具有支承柔性大,吸收振动能量好、承载能力大、功耗小和适应正反向转动等特点。
但是可倾瓦结构复杂、安装、检修较为困难,成本较高。
7、油膜振荡①半速涡动由于在运行中受到干扰而使油膜失稳引起轴颈成发散状轨迹涡动,其角速度约为轴颈转动角速度的一半,所以称为半速涡动。
②油膜振荡及其特点典型的油膜振荡发生在汽轮机启动升速过程中,转子的第一阶临界转速越低,其支持轴承在工作转速范围内发生油膜振荡的可能性就越大,油膜振荡的振幅比半速涡动要大的多,转子跳动剧烈,往往不是一个轴承和相邻轴承,而是机组的所有轴承都出现强烈振动,机组附近有“咚咚”的撞击声,油膜振荡一旦发生,转子始终保持着等于临界转速的涡动速度,而不再随转速的升高而升高,这一现象成为油膜振荡的惯性效应。
所以遇到油膜振荡发生时,不能象过临界转速那样,借提高转速冲过去的办法来消除油膜振荡的产生:轴颈带动润滑油高速流动时,高速油流反过来激励轴颈,使其发生强烈振动的一种自激振动现象。
汽轮发电机机组油膜振荡综合诊断与处理建议汽轮发电机机组是一种重要的发电设备,其正常运行对于电力系统的稳定和供电质量都有着重要的影响。
由于长时间运行和各种因素的影响,机组在运行过程中可能会出现油膜振荡问题,导致发电机的故障和损坏。
对于汽轮发电机机组中的油膜振荡问题,我们需要进行综合诊断和适当的处理。
对于油膜振荡的综合诊断,我们可以从以下几个方面进行分析和判断:1. 进行机组实际运行数据的分析:通过收集机组运行数据,包括振动数据、温度数据等,进行统计和分析。
通过分析数据的变化趋势、异常情况等,可以初步确定油膜振荡的问题。
2. 进行机组设备的检查和测试:通过对机组设备的检查和测试,包括轴承的磨损情况、润滑油的质量、油泵的工作状态等方面的检查,可以观察设备的运行情况,找出可能的问题。
3. 研究和分析油膜振荡的原因:在诊断的过程中,需要重点研究和分析油膜振荡的原因。
可能的原因包括润滑油的品质不好、润滑油泵的工作状态不佳、轴承的磨损等等。
通过研究原因,可以找到问题的根本,为后续的处理提供指导。
接下来,针对油膜振荡问题的处理,我们可以给出以下建议:1. 润滑油的更换和加注:对于润滑油品质不好的情况,可以考虑更换优质的润滑油。
对于润滑油不足的情况,需要及时进行补充,保持润滑系统的良好运行。
2. 油泵的检修和维护:对于油泵工作状态不佳的情况,需要进行检修和维护。
可以清洗油泵内部的污垢,更换损坏的零部件,确保油泵的正常运行。
3. 轴承的维护和更换:对于轴承的磨损情况,需要及时进行维护和更换。
可以进行轴承的润滑和调整,保持其良好的工作状态。
4. 定期的机组检修和维护:为了预防和避免油膜振荡的问题,需要定期进行机组的检修和维护。
可以制定检修计划,定期检查机组设备的工作状态,及时处理问题,保证机组的正常运行。
需要注意的是,在进行诊断和处理的过程中,需要保证安全和可靠。
可以寻求专业的技术支持,充分了解机组的工作原理和操作方法,遵循相关的安全规范和操作规程,确保处理过程的安全性和有效性。
汽轮发电机机组油膜振荡综合诊断与处理建议一、概述汽轮发电机机组作为发电厂的核心设备,其运行稳定性和可靠性对供电系统的正常运行至关重要。
而油膜振荡作为汽轮发电机机组常见的故障之一,一旦出现将严重影响设备的安全运行。
对汽轮发电机机组油膜振荡进行综合诊断与处理具有重要的意义。
二、油膜振荡的概念及危害油膜振荡是指在摩擦副间的油膜中因为受到外界激振或者系统本身的激振而发生振动的现象。
油膜振荡会导致机械部件磨损加剧、噪音增大、振动增大等问题,严重时还会造成设备损坏、停机甚至事故。
三、油膜振荡的诊断方法1. 实测法:通过振动仪、加速度传感器等设备对汽轮机设备进行实时监测,获得机组振动和频谱信息,判断是否存在油膜振荡现象。
2. 振动信号处理和分析法:通过对振动信号进行处理和分析,提取特征频点和特征值,判断是否存在油膜振荡现象。
3. 润滑油分析法:对发电机机组的润滑油进行分析,判断是否存在异常现象。
四、油膜振荡的处理建议1. 优化油膜结构:通过改进滑动轴承的结构、参数和材料,减少外激振和本振,提高滑动轴承的稳定性和可靠性。
2. 优化润滑系统:采用先进的油膜振动抑制技术,优化机组的润滑系统,提高摩擦副的稳定性和可靠性。
3. 控制外界激振:对机组的外界激振源进行控制和抑制,减少外界激振对机组的影响。
4. 提高润滑油质量:选择优质的润滑油品牌,保障机组的润滑油质量,减少润滑副的摩擦和磨损。
五、实际应用案例某电厂的汽轮发电机机组在运行中出现了油膜振荡的故障,严重影响了机组的安全运行。
经过综合诊断和处理,先后采取了优化油膜结构、改进润滑系统和控制外界激振等措施。
经过一段时间的试运行,汽轮发电机机组的油膜振荡问题得到了有效控制,机组的运行稳定性和可靠性得到了显著提高。
汽轮发电机机组油膜振荡综合诊断与处理建议一、机组油膜振荡的主要原因1.机组结构与工作环境汽轮发电机机组具有复杂的结构和特殊的工作环境,机组内部存在着各种摩擦和振动,这些因素都会对机组油膜振荡产生影响。
2.润滑油机组润滑油的粘度、温度和油料质量等因素,都会对油膜振荡产生直接的影响。
如果润滑油的粘度过高或过低,都会导致机组油膜不稳定,从而引起振荡。
3.轴承磨损轴承在长时间工作过程中,难免会出现磨损和松动现象。
如果轴承运行时有松动,就会引起机组的振动,从而引起油膜振荡。
机组油膜振荡的检测方法很多,包括现场检测和实验室检测两种。
具体方法如下:1.现场检测现场检测是指利用现场技术手段,对机组进行振动、噪声等参数的测量和分析。
2.实验室检测实验室检测是指将机组的润滑油送到实验室进行检测。
实验室检测可以检测润滑油的粘度、杂质、酸值等物理和化学指标,进一步分析机组油膜振荡的原因和性质。
机组油膜振荡的处理方法应该根据具体情况进行综合分析和处理。
如果机组油膜振荡是由于润滑油的质量不好或者是油料粘度过低或过高引起的,就需要更换润滑油。
换一种合适的润滑油,可以很好地解决油膜振荡问题。
2.多次加油为了保证机组正常运行,可以进行多次加油。
多次加油可以确保机组内部的润滑油充足,避免机组因为润滑不良而引起的油膜振荡问题。
如果机组油膜振荡是由于轴承松动引起的,就需要更换轴承。
更换完好的轴承可以确保机组稳定运行,避免机组因为松动而导致的振荡问题。
1.定期检查机组油膜振荡问题的预防,最关键的是要做到定期检查。
定期检查可以发现机组问题的早期迹象,及时进行处理,避免问题不断扩大。
2.保养维护保养维护是预防机组油膜振荡问题的另一个重要方法。
机组的保养维护工作必须要做好,可以重点关注润滑油的保养、轴承的保养以及机组的清理和维护等。
综上所述,汽轮发电机机组油膜振荡对机组的运行稳定性和生产效益都会产生极大的影响。
因此,我们必须要注重机组油膜振荡的综合诊断和处理,并且加强管理,采取有效的预防措施,确保机组的正常运行和生产效益。
汽轮发电机机组油膜振荡综合诊断与处理建议一、背景介绍汽轮发电机机组是燃气轮机和电力发电机的一个组合系统,通过燃气轮机驱动电力发电机发电。
在汽轮发电机运行过程中,由于各种原因,容易出现油膜振荡现象,导致设备性能下降、工作效率降低,甚至可能造成设备损坏。
对汽轮发电机机组油膜振荡进行综合诊断与处理显得十分重要。
二、油膜振荡的原因1. 油膜振荡的原因一般包括:轴承磨损、油膜不稳定、轴承间隙不当、转子不平衡、机械故障、传动系统失效等。
2. 轴承磨损会导致轴承的正常运行受阻,油膜产生振荡,影响设备正常运行。
3. 油膜不稳定也是油膜振荡的重要原因,主要表现在油润滑状况不良、油泵失效、油品质量不合格等方面。
4. 轴承间隙不当、转子不平衡、机械故障、传动系统失效等也都可能导致油膜振荡。
三、诊断方法1. 振动测量:通过振动测量系统对汽轮发电机机组进行全面的振动监测,可以辨别出振荡频率、振幅及振动类型,为后续的故障分析提供重要数据。
2. 润滑油分析:通过对润滑油进行化学元素分析、油品粘度测试等手段,可以判断油品质量是否合格,进而判断油膜是否稳定。
3. 热测量:利用红外热像仪对汽轮发电机机组各个部位的温度进行监测,可以发现存在油润滑不良、轴承磨损等问题。
四、诊断结果与处理建议1. 轴承磨损:若因轴承磨损引起的油膜振荡,建议及时更换轴承,并重新调整轴承间隙,确保轴承正常运行。
2. 润滑油不稳定:如果发现润滑油不稳定导致的油膜振荡,应及时更换润滑油,确保油品质量合格。
3. 传动系统失效:对于传动系统失效导致的油膜振荡,应对传动系统进行全面检修,并重新调整传动系统参数,确保传动系统正常运行。
4. 机械故障:若原因为机械故障导致的油膜振荡,应对机械部件进行全面检修,确保设备正常运行。
五、预防措施1. 定期维护:加强汽轮发电机机组的定期维护工作,包括对轴承、润滑系统、传动系统等进行全面检修,确保设备运行状态良好。
2. 润滑油管理:对汽轮发电机机组的润滑油进行严格管理,保证油品质量合格,确保油膜稳定性。
油膜振荡故障类型之一
1.油膜振荡概念:转子轴颈在轴承内做高速旋转的同时,还环绕某一平衡中心做公转运动。
如果转子轴颈主要是由油膜力的激励作用引起的涡动,则轴颈的涡动角速度近似为转速的二分之一,所以称为“半速涡动”。
当转速升高到一阶临界转速的两倍附近时,涡动频率与转子一阶自振频率相重合,转子轴承系统将发生激烈的油膜共振,这种共振涡动就称为油膜振荡。
2.油膜涡动、油膜振荡的主要征兆与信号特征:
(1)油膜涡动实际振动频率要小于转频的一半,一般为0.43-0.48倍。
油膜振荡频率为转子系统的一阶自振频率。
(2)油膜振荡是一种自激振动,维持振动的能量由轴本身在旋转中产生,不受外部激振力的影响。
发生大振幅油膜振荡后,继续升高转速,振动频率不会变化,振幅也不会下降。
(3)发生油膜振荡时,轴心轨迹形状紊乱、发散。
(4)发生油膜振荡时,往往来势很猛,瞬时间振幅突然升高,引起轴承油膜破裂,会同时发生碰撞摩擦。
(5)当转子转速进入油膜共振区后,升高转速,振荡频率不变,振幅不下降。
但降低转速,振动也并不马上消失,油膜振荡消失的转速要低于它的起始转速。
3.油膜振荡频谱图
4.油膜振荡防治措施:
(1)避开油膜共振区域。
机器设计时避免转子工作转速在一阶临界转速的两倍附近运行。
(2)增加轴承比压。
增大轴颈偏心率,提高油膜的稳定性。
(4)减小轴承间隙。
(5)控制适当的轴瓦预负荷。
(6)选用抗振性好的轴承。
(7)调整油温。
适当升高油温,减小油的黏度,可以增加轴颈在轴承中的偏心率,有利于轴颈稳定。
汽轮发电机机组油膜振荡综合诊断与处理建议汽轮发电机机组是利用汽轮机驱动发电机产生电能的装置,其正常运转对于电力生产至关重要。
由于机组长期运行以及其他因素的影响,机组中的润滑油系统可能出现油膜振荡问题,严重影响机组的正常运行和寿命。
对于汽轮发电机机组油膜振荡问题的综合诊断和处理非常重要。
本文将从机组油膜振荡的原因、诊断方法和处理建议三个方面进行综合分析。
一、机组油膜振荡的原因1. 油膜振荡是由于机组运行时润滑油的振动引起的。
润滑油在机械部件表面形成一层薄膜,减少机械部件之间的摩擦和磨损,从而保证机组的正常运行。
但当润滑油的振动频率与机械部件的共振频率相近时,就会产生油膜振荡。
2. 机组设计不合理是油膜振荡的重要原因之一。
机组结构刚度不足、支座刚度不均匀、轴承刚度过大或过小等问题都可能导致油膜振荡的发生。
3. 机组运行过程中的机械故障也是油膜振荡的重要原因。
机械部件的磨损、轴承的损坏、齿轮间隙过大等问题都可能导致机组的振动频率发生变化,从而引发油膜振荡。
二、机组油膜振荡的诊断方法1. 观察机组的振动情况:通过安装振动传感器等设备,观察和记录机组的振动情况,特别是在运行过程中的振动频率和振幅的变化。
如果发现振动频率接近共振频率,说明存在油膜振荡的可能性。
2. 检测润滑油的振动:将机组的润滑油样品取出,使用振动传感器等设备检测润滑油的振动情况。
如果发现润滑油的振动频率与机组振动频率相近,说明存在油膜振荡问题。
3. 利用计算机模拟或仿真软件进行分析:将机组的结构和运行参数输入计算机模拟或仿真软件,通过计算和分析机组的共振频率和振动模态,判断是否存在油膜振荡。
三、机组油膜振荡的处理建议1. 对机组进行结构改造:根据机组的实际情况,对结构刚度不足、支座刚度不均匀等问题进行改造。
增加机组的刚度可以降低共振频率,从而减少油膜振荡的发生。
2. 更换合适的润滑油:选择合适的润滑油可以改善油膜振荡问题。
润滑油的黏度、粘度指数、摩擦系数等参数对油膜的形成和振动频率有一定的影响。
油膜涡动与振荡故障的诊断实例及故障的排除一台驱动空气压缩机的工业汽轮机,中分筒形轴瓦,工作转速:11200转/分,设计流量:60000 m3/h。
汽轮机出口侧的轴振动值由40μm增到100μm,当时的流量是:57000 m3/h。
使用数据采集器和预测维修软件,对该机的有关状态进行了监测与分析,即进行了小范围的变转速时的振动测试,和改变润滑油温度时的振动测试。
得到汽轮机出口侧的轴振动信号谱图如下:此时,60HZ的成份占通频总量的87%,而工作转速成份187.5HZ(11200转/分)分量仅占通频总量的31%。
幅值最高的成份是1/3倍频的分量,这一分量频率远远低于理论的1/2倍频的油膜涡动频率(93.75HZ) ,在监测过程中将转速降低300转,振动便明显减小,由120μm降到35μm,1/3倍频分量大幅度减小。
该转子的第一阶临界转速是(108HZ)6500 转/分,接近幅值最大频率的二倍,工作转速频率此时是幅值最大频率的三倍。
我分析了该机轴瓦的结构后,认为造成该机强烈振动的主要原因是轴承中的油膜涡动,轴瓦两侧开有四个宽近8毫米的泄油槽,泄油量过大是造成涡动频率很低的原因。
应该通过减小轴承的漏油量.增加油膜厚度.减小偏移量e 提高产生涡动的初始频率,使转子工作点向左脱离不稳定区。
避免涡动频率ωw与临界转速频率ωcr1和工作转速频率ω成整数倍关系,从而消除油膜涡动,使机组安全稳定运行。
对故障做出诊断后,立即将机组解体,以便处理轴瓦。
解体后发现振动最大的汽轮机出口侧下瓦因油膜振荡已经严重损坏,见下图:经将该瓦的四个油槽焊平,再次投入运行后,该测点振幅降到35μm,频谱图中的涡动频率分量基本消失,消除了强烈振动之后机组一直正常运行。
油膜振荡的特征及判别方法1涡动转轴的涡动通常有惯性涡动、液力涡动和气隙涡动等[1]。
对于轴颈轴承受到动载荷时,轴颈会随着载荷的变化而移动位置。
移动产生惯性力,此时,惯性力也成为载荷,且为动载荷,取决于轴颈本身的移动。
轴颈轴承在外载荷作用下,轴颈中心相对于轴承中心偏移一定的位置而运转。
当施加一扰动力,轴颈中心将偏离原平衡位置。
若这样的扰动最终能回到原来的位置或在一个新的平衡点保持不变,即此轴承是稳定的;反之,是不稳定的。
后者的状态为轴颈中心绕着平衡位置运动,称为“涡动”。
涡动可能持续下去,也可能很快地导致轴颈和轴承套的接触,稳定性是轴颈轴承的重要性能之一,是由于惯性作用的主要例证。
惯性涡动是由于转子系统的不平衡重量引起的惯性离心力P强迫引起的涡动。
图1所示,矢量P与瞬时轴的动态挠度oH的夹角ψ表示惯性涡动的不同位置,夹角ψ随轴的转速nW 变化。
对于小的nW值,ψ接近于零,当轴的转速小于临界转速时,ψ由零增加至90°,此时力P可以分解成作用在挠度方向oH上的力Pr和垂直于OH的力Pt。
Pr与轴的弹性变形后生成的弹性力相平衡;而Pt则没有与之平衡的固定力,于是被迫形成“同步涡动”。
当轴的转速达到临界转速nk时,涡动达到极值;若转速继续增加,超过临界转速nk后,涡动减小。
此时,Pr与挠度方向相反,产生自动对中现象,这是柔性轴的特征。
图1惯性涡动由此可知,涡动振幅oH与力P、角度ψ及接触介质有关。
液力涡动又称流体涡动,它是由于轴颈与轴瓦之间润滑油层中液动力所强迫造成的涡动。
图2是一经过理想动平衡(S=H)轴的径向轴颈,且有旋转速度nW。
若使该轴无任何横向力作用,那么轴颈位于轴承的中心位置即(H=o)。
当由于某种原因,轴颈中心作以半径为oH的圆旋转时,润滑层内产生不对称的压力场,它的合力在图中由RQ表示,同时,在轴颈上作用有与oH方向相同的离心力P。
此两个力合成为力Q,力Q可分解为与轴的弹性挠曲力平衡的力Qr和不平衡力Qt,此力将引起流体涡动。
图2液力涡动原理对于流体涡动只能发生在流体润滑状态,且为弹性转子系统的不稳定时刻。
对于柔性轴工作的稳定性条件已由Hori推导出[1],他区分了两种流体涡动,即小的油膜振荡和大的油膜振荡。
对于最简单的涡动速度分析,设轴颈中心的涡动转速为Ω,润滑剂为常密度,若不考虑压力梯度的影响,根据流量平衡条件,由图3c可得,进入控制空间单位轴承宽度的体积流量和离开控制空间的体积流量分别为(Rωj-eΩ)(c+e)/2和(Rωj+eΩ)(c-e)/2,此二者之差应该等于轴颈移动造成的控制空间的容积增长率,即2ReΩ,则得图3轴颈的涡动倾向式中,R为轴承半径;e为偏心距;c为半径间隙。
从而解得Ω=ωj/(2+c/R)≈ωj/2(2)由此,当轴颈偏离平衡位置,单从流量来考虑,涡动转速为自转转速的一半或稍小。
偏心率(偏心距与半径间隙之比)越小,上式越精确。
在偏心率大时,压力梯度的影响越来越显著,上式就不能用了。
由于偏心率增大有利于轴承的稳定性,所以上式在一般计算中是不能完全反映问题的。
2油膜振荡机理研究的发展油膜振荡是由于滑动轴承中的油膜作用而引起的旋转轴的自激振荡,可产生与转轴达到临界转速时同等的振幅或更加激烈。
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。
在日本和中国都有过由于油膜振荡而出现机组破坏的实例。
油膜振荡从1925年由Newkirk B L和Taylor H D首先提出以来[2],经过了从认识到深化理解的长期发展过程,到目前已经基本成熟,能较深刻地揭示油膜振荡的本质。
1925年Newkirk和Taylor发现了由用滑动轴承支持的旋转轴,当转速达到转轴的临界转速的两倍以上时,基于某种边界条件,引起转轴的激烈甩动。
停止给油,转子甩动即停止,恢复给油,甩动即恢复。
从而发现甩动的原因来自于油膜。
且论述如下:(1) 油膜振荡发生于转轴两倍临界转速以上,其甩动方向与转轴旋转方向一致;(2) 油膜振荡的甩转角速度与转轴旋转角速度无关,约等于转轴临界转速时的角速度;(3) 油膜振荡与转轴在临界转速下产生的振动不同,一旦发生,转速增加也不会停止;(4) 缩短轴承宽度则不易发生油膜振荡;(5) 轴承的支承若做成自动调心式,在安装轴的两端轴承时使其有少量的不同心度,对于防止油膜振荡也有一定的作用。
1956年Newkirk B L和Lewis J F发表论文称,在工作转速达5倍临界转速时尚未产生油膜振荡。
同年,Pinkus O提到,在大量实验里证实了油膜振荡的“惯性效应”,即当没有油膜振荡时,即使提高转轴的转速也可维持原状;而当产生油膜振荡时,虽然降低转速,油膜振荡仍有继续下去的倾向。
同时,有人提出,当转轴工作转速低于不稳定转速时,若加以冲击也可能会出现激烈的油膜振荡现象。
在发生油膜振荡后对振幅的变化,Newkirk和Taylor则指出,油膜振荡一旦发生,伴随转轴转速的上升将愈为激烈,以后似乎没有稳定区;但也有人说,提高转速后振幅会减小。
日本油膜振荡学者堀幸夫在实验中也有类似的发现。
同时人们还提到在某些情况下转轴的稳定与不稳定状态被一段短暂的振荡所分开。
润滑油的粘度系数(或油温)对油膜振荡的影响也成为争论的问题。
多数学者认为油温愈高也即粘性愈小愈不容易引起油膜振荡,但也有相反意见。
Pinkus还特别提出温热的油和冷油对油膜振荡都具有稳定作用。
姚福生院士在东方汽轮机厂工作期间,处理汽轮机油膜振荡问题及在大量实验的基础上也观察到上述结果,对这些油膜振荡稍加处理就会立即消失,采用了提高轴承进油温度、改变轴承垂直和水平间隙、改变轴承宽度、改变轴承形式等手段。
总之,油膜振荡的产生与多种因素有关,概括起来如下[3~8]:(1) 轴系结构设计它影响转轴的刚度,也即影响临界转速;同时也影响转轴的载荷分布及轴的挠曲程度;转轴在工作过程中偏心率的大小将影响其临界转速,同时也影响轴承的工作条件,即轴承的工作性能。
(2) 轴承负载大型汽轮发电机组轴系安装时,是在转子不旋转的状态下,按制造厂家提供的挠度曲线和规范,调整轴承中心位置找正的。
但在运行过程中,由于机组的热变形,转子在油膜中浮起,以及真空度、地基不均匀下沉等因素的影响,轴系对中情况将发生变化,即标高产生起伏。
因此,在热态下,机组轴承的负荷将重新分配,有可能使个别轴承过载,出现温升过高和烧瓦,个别轴承的负荷偏低,产生油膜振荡或其它异常振动。
(3) 轴承进油温度油温对油膜振荡有很大的影响,当其它条件不变时,油温高则油的粘度低,最小油膜厚度变小,轴承的工作点、油膜刚度和阻尼系数都将发生变化。
一般情况下,油温高,最小油膜厚度小,偏心率大,轴承不易产生油膜振荡,即稳定转速提高的缘故。
(4) 轴瓦间隙轴瓦间隙影响轴承的稳定性,主要是由于影响轴承运行的最小间隙,最小间隙是稳定工作的重要依据。
最小间隙越小,轴承工作越稳定。
(5) 其它因素根据国内外文献及实验说明,轴承紧力、支承座、基础的刚度等对轴系稳定性也有影响。
定性地说,支承刚度、阻尼增大稳定性提高,特别是增大阻尼对提高稳定性有明显的作用,但目前还缺乏实验数据的支持。
3油膜振荡的判别油膜振荡的性质与不平衡振动有本质的区别,油膜振荡现象有以下特征:(1) 油膜振荡在转子一阶临界转速的两倍以上转速时发生,一旦发生振荡,振幅急剧加大,即使再提高转速,振幅也不会下降,如图4所示。
强烈振动有时会导致烧瓦和轴系的破坏。
(2) 油膜振荡时,轴心涡动频率通常为转子一阶固有频率,振型为一阶振型。
(3) 油膜振荡时,轴心涡动方向和转子旋转方向相同,为正向涡动。
而干摩擦引起的自激为反向涡动。
(4) 转速在一阶临界转速的两倍以下时可能产生半速涡动,涡动频率为转速的一半。
半速涡动的振幅较小,若再提高转速则会发展成为油膜振荡,如图5所示。
半速涡动通常在高速轻载轴承情况下发生。
(5) 油膜振荡具有惯性效应,升速时产生油膜振荡的转速与降速时油膜振荡消失的转速不相同,如图6所示。
6) 油膜振荡开始发生但还未发展为剧烈的自激振动时,轴心轨迹图形呈现紊乱状态,在一般情况下,正常工作时,轴心也是按一定的轨迹运动,其轨迹在小范围内变化。
当油膜振荡发生时,振动逐步剧烈,轨迹的变化范围剧烈增大,且呈紊乱状态。
(7) 油膜振荡时转轴将承受较大的交变应力,由油膜振荡产生的交变应力的频率是转轴旋转频率与轴心涡动频率的差。
油膜振荡可根据上述特征进行判断。
在实际中,以计算临界频率为依据,测量转轴的转速及振动或轴心轨迹,也可以测量轴上的作用力的变化,判断振动和轴心轨迹,预防油膜振荡发生,保证机器的正常运转。
由此可知,防止油膜振荡的措施可从以下几方面着手,即①增大轴承载荷;②降低润滑油粘度;③改变轴承间隙;④改变轴承的结构形式等。
4结论以上对油膜涡动与油膜振荡的区别,在概念上的异同及它们的发展过程等作了论述。
由上可知,油膜振荡对机电设备的危害极大,是滑动轴承实际应用中必须考虑的问题,同时,油膜振荡的影响因素又很多,在机械的运转过程中,根据油膜振荡产生的现象,应通过测量振动和轴心轨迹来预测油膜振荡产生的可能性,以保证机器的正常运行。
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,油膜振荡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相同),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,其涡动频率也不断增强,振幅也不断增大。
如果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相同,产生共振,振幅突然骤增,振动非常剧烈,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。
主要特征发生油膜振荡时,其主要特征是:a.发生强烈振动时,振幅突然增加,声音异常。
b.振动频率为组合频率,次谐波非常丰富,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倍时才发生强烈振动,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,剧烈振动才消失;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。