滑动轴承油膜涡动与油膜振荡的相关知识

旋转机械是主要依靠旋转动作来实现特定功能的机械设备，典型的旋转机械包括汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机等，这类机械在电力、石化、冶金和航空航天等部门都有着广泛的应用。

常见的旋转机械故障包括不平衡、不对中、轴弯曲以及油膜涡动和油膜振荡，下面我们对其作一个详细的介绍。

转子不平衡：转子不平衡是旋转机械最常发生的故障。

这一故障的产生原因是多方面的，包括转子本身的原因，如结构设计不合理、材料材质不均匀、机械加工质量没有达到要求、装配存在误差、动平衡精度差、零部件缺损等；也包括联轴器的原因，如运行中联轴器相对位置的改变等，这些原因都会造成转子旋转不平衡。

转子不对中：转子不对中指的是相邻两个转子的轴心线与轴承中心线发生了倾斜或者偏移。

具体来说又分为联轴器不对中和轴承不对中两种情况。

联轴器不对中又包括平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。

平行不对中时，转子振动频率是工频的两倍。

偏角不对中会导致联轴器附加一个弯矩，以减小两个轴中心线的偏角。

轴每旋转一周，弯矩作用方向都会改变两次，这大大增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。

而平行偏角不对中是以上两种情况的综合，转子既发生径向振动又发生轴向振动。

轴承不对中实际上是由于轴承座标高和轴中心位置之间的偏差造成的，这回导致轴系的载荷重新进行分配。

负荷较大的轴承可能会出现高次谐波振动，负荷较轻的轴承则容易偏离稳定状态，同时还使轴系的临界转速发生改变。

转子轴弯曲：转子的中心线发生弯曲称为轴弯曲，会造成与质量偏心情况相类似的旋转矢量激振力。

轴弯曲分为永久性和临时性两种类型。

转子永久性弯曲是由转子结构不合理、加工误差大、材质不均匀、长期存放不当等因素造成的转子轴永久性的弯曲变形。

也有可能是由于热态停车时未及时盘车或盘车不当、转子的热稳定性差、长期运行后轴的自然弯曲加大等原因造成的。

转子临时性弯曲是因转子上存在较大预负荷、开机运行时的暖机操作不当、升速过快、转轴热变形不均匀等原因造成的，可以通过停止加工使转子回复正常。

某200MW汽轮机组油膜振荡问题分析及处理摘要：滑动轴承油膜振荡问题是汽轮机运行中常见的故障，此类振动故障严重威胁机组的安全运行。

文以某200MW汽轮机油膜振荡事件为分析案例，结合油膜振荡发生特征和原理对事件进行分析，并根据分析结果给出合理化控制措施，问题分析思路及处理措施可为解决同类问题提供参考。

关键字：汽轮机；滑动轴承；油膜振荡汽轮机运行中滑动轴承油膜失稳故障一直备受同行业者关注，油膜失稳一般分为油膜涡动和油膜振荡两个阶段[1]。

油膜振荡现象是汽轮机转子轴颈的涡动频率与其自振频率相重合，因共振效应而引起的振动突增现象，在转子工作转速高于2倍第一临界转速时发生的轴瓦自激振动[2]。

1机组概况某200MW汽轮机组为北京北重汽轮电机有限责任公司生产的NC200—12.75/0.39/535/535型氢冷汽轮发电机组。

机组轴系由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子构成，轴系布置如图1所示。

高、中压转子及低压转子由椭圆瓦支撑，发电机由圆筒瓦支撑。

图1某200MW汽轮机轴系布置示意图2问题描述2019年12月20日05时19分，1号机4瓦轴振X向由31.89μm突增至300.81μm，4瓦轴振Y向由45.28μm突增至200.49μm，其他轴瓦振动均有上升趋势，4瓦轴振大保护动作导致汽轮机跳闸。

事件发生前机组运行稳定，3瓦温度80.7℃、油膜压力2MPa；4瓦温度63.5℃、油膜压力1.2MPa；5瓦温度68.7℃、油膜压力3MPa。

3事件分析此次事件具有突发性并无明显征兆，其中，3瓦水平轴振3X由31.8μm突增至105.16μm，4瓦水平轴振4X由31.89μm突增至300.81μm，5瓦水平轴振5X由46.08μm突增至219.41μm，4瓦轴振上涨幅度最大并引起其他各瓦轴振上涨，由此初步判断次事件发生振动故障的位置在4瓦处。

事件发生前3瓦、4瓦、5瓦轴瓦温度及回油温度数据统计见表1，可以发现4瓦温度较3瓦、5瓦温度偏低，结合机组正常运行期间各轴瓦油膜压力，4瓦油膜压力亦明显低于临瓦油膜压力，数据表明该机组在正常运行期间4瓦载荷明显偏低于3瓦和5瓦载荷。

油膜涡动的特征频率
油膜涡动是指在机械设备的润滑油膜中形成类似涡旋的流动现象。

它
是润滑油膜运动留下的一个特定频率信号，可以通过振动分析技术进行检
测和监测。

油膜涡动主要由以下几个特征频率组成：
1.BPFI（滚动体外圈故障频率）：滚动轴承外圈的故障频率。

当滚动
体与外圈出现故障时，会引起油膜涡动频率的增加。

2.BPFO（滚动体内圈故障频率）：滚动轴承内圈的故障频率。

当滚动
体与内圈出现故障时，会引起油膜涡动频率的增加。

3.BSF（滚动体故障频率）：滚动轴承的滚动体的故障频率。

当滚动
体出现故障时，会引起油膜涡动频率的增加。

4.FTF（螺旋齿轮故障频率）：螺旋齿轮的故障频率。

当螺旋齿轮出
现故障时，会引起油膜涡动频率的增加。

5.FTF（风扇故障频率）：风扇的故障频率。

当风扇出现故障时，会
引起油膜涡动频率的增加。

在实际应用中，通过振动传感器和振动分析仪器对机械设备进行监测，可以采集到油膜涡动的振动信号，并通过频谱分析等方法，可以分离出油
膜涡动的特征频率。

可以根据这些特征频率提前检测设备故障，并进行相应的维修和保养，以避免设备故障造成的生产停机和不必要的损失。

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。

油膜振荡产生的原因
油膜振荡是指在润滑油膜中，由于各种原因引起的油膜厚度周期性变化的现象。

油膜振荡是发动机等机械设备中常见的一种故障现象，会导致机械设备的损坏和故障。

油膜振荡产生的原因有很多，主要包括以下几个方面：
1. 转子和轴承的不平衡：转子和轴承的不平衡会导致油膜振荡
现象的发生，因为不平衡会使得油膜在不同位置的厚度不同，从而引起油膜振荡。

2. 油路系统故障：油路系统的故障也是油膜振荡产生的常见原因。

例如，油泵故障、油管阻塞、油滤器堵塞等都会影响油膜的流动和厚度分布，从而导致油膜振荡。

3. 摩擦热：摩擦热也是引起油膜振荡的原因之一。

当机械设备
运转时，由于摩擦力的作用，会产生大量的热，从而使得油膜的黏度和厚度发生变化，进而引起油膜振荡。

4. 温度变化：温度变化也会影响油膜的黏度和厚度分布，从而
引起油膜振荡。

例如，当温度升高时，油膜的黏度会降低，从而使得油膜振荡现象更加明显。

综上所述，油膜振荡的产生是由于多种因素的综合作用，只有全面分析问题、找出根本原因，才能有效地解决油膜振荡问题。

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机械故障诊断考试试题(doc 8页)4、旋转机械产生转子不平衡故障时的振动特征是什么?5、转子不对中故障的振动特征是什么？6、什么是滑动轴承的油膜涡动与油膜振荡？油膜涡动、油膜振荡的振动特征是什么？油膜涡动、油膜振荡发生在哪类机械？答：转轴的转速在失稳转速以前转动是平稳的。

当达到失稳转速后即发生半速涡动。

随着转速升高、涡动角速度也将随之增加，但总保持着约等于转动速度之半的比例关系，半速涡动一般并不剧烈。

当转轴转速升到比第一阶临界转速的2倍稍高以后，由于此时半速涡动的涡动速度与转轴的第一阶临界转速相重合即产生共振，表现为强烈的振动现象，称为油膜振荡。

油膜振荡的特征主要有：1 油膜振荡在一阶临界转速的二倍以上时发生。

一旦发生振荡，振幅急剧变大，即使再提高转速，振幅也不会下降。

2 油膜共振时，轴颈中心的涡动频率为转子一阶固有频率，即使转速再升高，其频率基本不变。

3 油膜振荡具有突然性和惯性效应，升速时产生油膜振荡的转速和降速时油膜振荡消失时的转速不同。

4 油膜振荡时轴心涡动的方向和转子旋转方向相同，轴心轨迹呈花瓣形，正进动。

5 油膜振荡时，转子的挠曲呈一阶振型。

6 油膜振荡剧烈时，随着油膜的破坏，振荡停止，油膜恢复后，振荡再次发生，这样持续下去，轴颈与轴承不断碰摩，产生撞击声，轴瓦内油膜压力有较大波动。

第五章1、简要分析滚动轴承失效的主要形式。

答：1 疲劳剥落失效2 磨损失效3 塑性变形失效4 腐蚀失效5 断裂失效6 胶合失效2、如何确定滚动轴承振动测量的位置与方向?答：测定位置和方向的选择由于滚动轴承振动具有各向异性的特点，测定位置通常在水平(x)、垂直(y)、轴向(z)三个方向。

但由于设备构造和安全等方面的限制，有时三个方向不能都可进行，这时可在x与y或y与z两个方向上测定。

对于高频振动，一般因无方向性，也可在一个方向上进行。

3、滚动轴承振动的特征频率有哪些？按频率高低一般分为哪三类？答：特征频率参考课本根据频带不同，在轴承故障诊断中可利用的固有振动有三种：(1) 轴承外圈一阶径向固有振动，其频带在(1—8)kHz范围内。

滑动轴承的状态监测技术1．滑动轴承的振动分类滑动轴承的振动，按其机理可分为两种形式：其一是强迫振动，又称同步振动，主要是由轴系上组件不平衡、联轴器的不对中、安装不良等原因造成。

其振动的频率为转子的四转频率及其倍频，振动的振幅，在转子的临界转速前，随着转速的增加而增大；超过临界转速，则随转速的增加而减小，在临界转速处有一共振峰值。

另一种振动是自激振动，义称亚同步振动，即油膜涡动及油膜振荡，它的振动频率低于转子的回转频率（约为转子回转频率的一半），常常在某个转速下突然发生，具有极大的危害性。

（1）油膜涡动油膜涡动一般是在高于一阶临界转速情况下，轴承中发生的流体动力的不稳定性，是一种转子的中心绕着轴承中心转动的亚同步振荡现象。

涡动频率大约为转动频率的一半，因此也称为半速涡动。

当半速涡动频率小于转子的一阶固有频率时，半速涡动是一种比较平静的涡动，涡动频率随着转速的提高而增大，并大致保持为转动频率一半的比例。

实际上，油膜涡动频率总是小于轴回转频率之半。

据统计，涡动频率为轴回转频率的0.42～0.48倍。

（2）油膜振荡如果轴的工作转速达到其一阶临界转速的两倍时，有可能造成涡动频率等于转子临界转速，此时将发生共振，半速涡动的振幅将被放大，振动非常剧烈，这种强烈的振动状态称为油膜振荡。

转子一旦发生油膜振荡，涡动频率将在一个很宽的转速范围内，不随转子转速的升高而改变，只是维持在以转子一阶临界转速为涡动频率的大振幅振动，这种现象被称为油膜振荡的惯性效应。

所以，半速涡动是油膜振荡的先决条件，油膜振荡是比半速涡动更为危险的状态。

因此，应通过优化设计选择合适的承载油膜刚度和阻尼力，并采取避免转子的工作转速在轴系的一阶临界转速的两倍附近等措施来抑制半速涡动，以避免发生油膜振荡。

2．滑动轴承振动诊断的原理在滑动轴轴承的设计、制造和安装工作中，一般均巳考虑了减小强迫振源、避免共振和加强油膜动力稳定性的问题。

所以在正常工作状态下，润滑轴承的振动量级被限制在一个较低的水平以下。

机械故障诊断学作业简答题部分1.简述通常故障诊断中的一般过程？机械设备状态信号的特征的获取；故障特征的提取；故障诊断；维修决策的形成2.简述设备故障的基本特性。

3.什么是轴颈涡动力？并用图示说明轴颈涡动力的形成。

4.简述设备故障的基本特性。

5.简述突发性故障的特点。

不能通过事先的测试或监控预测到的，以及事先并无明显征兆亦无发展过程的随机故障。

振动值突然升高，然后在一个较高的水平2，矢量域某一时刻发生突变，然后稳定。

6.请详细分析一下，转子不对中的故障特征有哪些？1•故障的特征频率为基频的2倍；2•由不对中故障产生的对转子的激励力随转速增大而增大。

3•激励力与不对中量成正比，随不对中量的增加，激励力呈线性增大。

7.请详细分析防止轴承发生油膜振荡的措施主要有哪些？改进转子设计，尽量提高转子的第一阶临界转速；改进轴承型式、轴瓦与轴颈配合的径向间隙、承载能力、长径比和润滑油粘度等因素，使失稳转速尽量提高。

8.设备维修制度有哪几种？试对各种制度进行简要说明。

1o事后维修特点是“不坏不修，坏了才修”，现仍用于大批量的非重要设备。

2o预防维修（定期维修）在规定时间基础上执行的周期性维修，对于保障人身和设备安全，充分发挥设备的完好率起到了积极作用。

3o预知维修在状态监测的基础上，根据设备运行实际劣化的程度决定维修时间和规模。

预知维修既避免了“过剩维修”，又防止了“维修不足”；既减少了材料消耗和维修工作量，又避免了因修理不当而引起的人为故障，从而保证了设备的可靠性和使用有效性。

9.监测与诊断系统应具备有哪些工作目标？监测与诊断系统的一般工作过程与步骤是怎样的？1)能了解被监测系统的运行状态，保证其运行状态在设计约束之内；2)能提供机器状态的准确描述；3)能预报机器故障，防止大型事故产生，保证人民生命的安全。

故障诊断技术的实施过程主要包括：诊断文档建立和故障诊断实施其中故障诊断技术在实施过程中包括以下几个关键的内容：1o 状态信号采集2o 故障特征提取3o 技术状态识别4 o 维修决策形成。

旋转机械的常见故障旋转机械的常见故障有很多，包括不平衡、不对中、轴弯曲和热弯曲、油膜涡动和油膜振荡、蒸汽激振、机械松动、转子断叶片与脱落、摩擦、轴裂纹、旋转失速与喘振、机械偏差和电气偏差等。

1、不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的故障引起转子不平衡的原因是多方面的，如转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差；运行中联轴器相对位置的改变；转子部件缺损，如：运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落；转子受疲劳应力作用造成转子的零部件（如叶轮、叶片、围带、拉筋等）局部损坏、脱落，产生碎块飞出等。

2、转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。

转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中。

联轴器不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。

平行不对中时振动频率为转子工频的两倍。

偏角不对中使联轴器附加一个弯矩，以力图减小两个轴中心线的偏角。

轴每旋转一周，弯矩作用方向就交变一次，因此，偏角不对中增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。

平行偏角不对中是以上两种情况的综合，使转子发生径向和轴向振动。

轴承不对中实际上反映的是轴承座标高和轴中心位置的偏差。

轴承不对中使轴系的载荷重新分配。

负荷较大的轴承可能会出现高次谐波振动，负荷较轻的轴承容易失稳，同时还会使轴系的临界转速发生改变。

3、轴弯曲是指转子的中心线处于不直状态。

转子弯曲分为永久性弯曲和临时性弯曲两种类型。

转子永久性弯曲是指转子的轴呈永久性的弓形，它是由于转子结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当而发生永久性的弯曲变形，或是热态停车时未及时盘车或盘车不当、转子的热稳定性差、长期运行后轴的自然弯曲加大等原因所造成。

转子临时性弯曲是指转子上有较大预负荷、开机运行时的暖机操作不当、升速过快、转轴热变形不均匀等原因造成。

转子永久性弯曲与临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障的机理是相同的。

动压油膜滑动轴承相关概述动压油膜滑动轴承是一种常见的摩擦副，广泛应用于机械设备中。

它的工作原理是通过润滑油膜的形成，减小接触面的摩擦，达到减少磨损和降低摩擦阻力的效果。

本文将对动压油膜滑动轴承的相关概述进行介绍。

动压油膜滑动轴承的结构简单，主要由轴承壳、轴套、润滑油和密封件组成。

其中，轴承壳和轴套分别安装在机械设备的固定部件和转动部件上，通过润滑油的注入和泵送，形成一层油膜，使轴承与轴套之间保持一定的间隙，从而实现滑动摩擦。

同时，密封件的作用是防止润滑油泄漏和外界杂质的进入，保证轴承的正常工作。

动压油膜滑动轴承具有以下几个特点。

首先，它具有较好的负荷承载能力，能够承受较大的径向负荷和轴向负荷。

其次，它具有较低的摩擦系数和摩擦阻力，能够降低能源消耗和提高传动效率。

再次，它具有较好的自润滑性能，能够在工作过程中形成稳定的润滑油膜，减小磨损和摩擦。

最后，它具有较好的减振和降噪效果，能够减少机械设备的振动和噪音。

动压油膜滑动轴承的工作原理是基于流体动力学理论，润滑油在轴承与轴套之间形成一个润滑油膜，通过润滑油膜的压力来支撑和分散负荷。

润滑油在轴承的工作过程中，既起润滑作用，又起密封作用，能够有效减少磨损和摩擦。

当润滑油膜的压力足够大时，轴承与轴套之间的接触面几乎为零，实现了滑动摩擦，从而减小了能源消耗和磨损。

动压油膜滑动轴承的使用寿命受到多种因素的影响。

首先，润滑油的质量和性能直接影响轴承的工作效果，因此应选择合适的润滑油，并定期更换和保养。

其次，轴承的质量和加工精度也会影响使用寿命，因此应选择优质的轴承产品。

最后，工作条件和环境的恶劣程度也会对轴承寿命产生影响，因此应加强设备的维护和保养。

动压油膜滑动轴承是一种重要的摩擦副，具有较好的负荷承载能力、低摩擦系数、自润滑性能和减振降噪效果。

它的工作原理是通过润滑油膜的形成，减小接触面的摩擦，达到减少磨损和降低摩擦阻力的效果。

在实际应用中，应注意选择合适的润滑油和优质的轴承产品，并加强设备的维护和保养，以延长轴承的使用寿命。