油膜振荡分析与处理

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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,但在现场实际观察也有0.3~0.7倍频的情况甚至更高;影响油膜的原因很多,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,轴瓦载荷较小时容易发生油膜涡动,过大的振动容易产生油膜涡动;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,因为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,比如抬高轴瓦,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相同(轴颈高速旋转)。因此,不论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。

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。

5.1 减少轴瓦顶隙

不论是圆筒形瓦、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,如果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,结构如图所示,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

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