油膜振蕩分析與處理

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油膜渦動(dòng)是由于油膜不穩(wěn)定造成的，其振動(dòng)頻率一般在0.4~0.6倍頻，但在現(xiàn)場實(shí)際觀測也有0.3~0.7倍頻的狀況甚至更高；影響油膜的原因好多，如：1轉(zhuǎn)速，2軸承載荷，3油的粘度，4軸頸與軸的間隙，5軸頸與軸的尺寸，6油的溫度7油壓8軸承進(jìn)油孔的直徑等’還有軸瓦的寬度等。除了潤滑油品質(zhì)的影響外，還有軸瓦載荷的影響，軸瓦載荷較小時(shí)簡單發(fā)生油膜渦動(dòng)，過大的振動(dòng)簡單產(chǎn)生油膜渦動(dòng)；油膜渦動(dòng)和油膜振蕩在高、中壓和低壓轉(zhuǎn)子上均可能發(fā)生，并且由于轉(zhuǎn)子標(biāo)高受熱負(fù)荷的影響，油膜失穩(wěn)不但可能在升速過程，而且也可能在帶負(fù)荷期間發(fā)生。油膜振蕩不僅會導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障，有時(shí)也是造成軸承或整臺機(jī)組破壞的原因。

其實(shí)所有的振動(dòng)都是軸心繞其旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的，這個(gè)旋轉(zhuǎn)中心并不一定是軸瓦中心，由于大家都知道在運(yùn)行中軸是有偏心的；

解決油膜渦動(dòng)的方法當(dāng)然也不是使轉(zhuǎn)子運(yùn)行在臨界轉(zhuǎn)速以下，工作轉(zhuǎn)速是設(shè)計(jì)好的，不可能都改成剛性轉(zhuǎn)子；

可以從軸心位置圖看到其軸心是否過高，可以判斷該軸瓦是否載荷較低；

解決油膜渦動(dòng)，一個(gè)是檢查油的質(zhì)量使其合格，保證油溫在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，還有就是增加該軸瓦的載荷，譬如抬高軸瓦，增加軸瓦的軸徑比等。

油膜渦動(dòng)：

油膜的楔形按油的平均流速繞軸瓦中心運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為油膜渦

動(dòng)，因其平均速度為軸頸圓周速度的一半，故又稱為半速渦動(dòng)。機(jī)理：

油潤滑滑動(dòng)軸承工作時(shí)，以薄的油膜支承軸頸。在軸瓦表面的油膜速度為零（軸瓦靜止），而在軸頸表面的油膜速度與軸頸表面一致（軸頸高速旋轉(zhuǎn)）。因此，不管在圓周上的任何剖面，油膜的平均速度均為軸頸圓周速度的一半。

軸頸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，油膜厚度隨楔形變化，但油的平均流速卻相對不變。由于油的不可壓縮性，多出的油將從軸承兩端流出，或者油膜的楔形按油的平均流速繞軸瓦中心運(yùn)動(dòng)。如何診斷油膜渦動(dòng)引起的振動(dòng)？

診斷油膜渦動(dòng)可從以下的振動(dòng)特征來判斷：

（1）油膜渦動(dòng)的特征頻率為略小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的1/2，并隨轉(zhuǎn)速的升高而升高，常伴有1倍頻；

（2）振動(dòng)較穩(wěn)定，次諧波振幅隨工作轉(zhuǎn)速的升高而升高；（3）相位較穩(wěn)定；

（4）軸心軌跡為雙環(huán)橢圓，進(jìn)動(dòng)方向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)；（5）對軸承潤滑油的溫度、粘度和壓力變化敏感。怎樣消除？

當(dāng)前在生產(chǎn)中，可通過以下途徑來消除油膜渦動(dòng)：

（1）從結(jié)構(gòu)上，保證軸頸相對于軸瓦處于較大的偏心下工作；（2）采用抑振性能比較好的軸承，如可傾瓦軸承；

（3）現(xiàn)場出現(xiàn)問題時(shí)，降低潤滑油溫度，作為應(yīng)急措施也是行

為之有效的。油膜振蕩

油膜振蕩發(fā)生在油潤滑滑動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，在轉(zhuǎn)子正常工作時(shí)，軸頸中心和軸承中心并不重合，而是存在一個(gè)偏心距e，當(dāng)載荷不變、油膜穩(wěn)定時(shí)，偏心距e保持不變，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，軸頸上的載荷Ｗ與油膜壓力保持平衡，若外界給軸頸一擾動(dòng)力，使軸心O1位置產(chǎn)生一位移△e而達(dá)到新位置，這時(shí)油膜壓力由p變?yōu)閜′，因而不再與此時(shí)的載荷W′(W′-W)平衡，兩者的合力為F，其分力F1將推動(dòng)軸頸回到起初的平衡位置O1，而在分力F2的作用下，軸頸除了以角速度?棕作自轉(zhuǎn)外，還將繞O1渦動(dòng)(渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致)，其渦動(dòng)速度約為角速度的一半，稱為油膜渦動(dòng)(半速渦動(dòng))。油膜渦動(dòng)產(chǎn)生后就不消失，隨著工作轉(zhuǎn)速的升高，其渦動(dòng)頻率也不斷加強(qiáng)，振幅也不斷增大。假使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到第一臨界轉(zhuǎn)速的2倍時(shí)，其渦動(dòng)頻率與一階臨界轉(zhuǎn)速一致，產(chǎn)生共振，振幅突然驟增，振動(dòng)十分猛烈，軸心軌跡突然變成擴(kuò)散的不規(guī)則曲線，半頻諧波振幅值就增加到接近或超過基頻振幅，若繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)頻率保持不變，始終等于轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速，這種現(xiàn)象稱為油膜振蕩。發(fā)生油膜振蕩時(shí)，其主要特征是：

a.發(fā)生猛烈振動(dòng)時(shí)，振幅突然增加，聲音異常。

b.振動(dòng)頻率為組合頻率，次諧波十分豐富，并且與轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速相等的頻率的振幅接近或超過基頻振幅；

c.工作轉(zhuǎn)速高于第一臨界轉(zhuǎn)速的2倍時(shí)才發(fā)生猛烈振動(dòng)，振蕩頻

率等于轉(zhuǎn)子的第一臨界轉(zhuǎn)速，并且不隨工作轉(zhuǎn)速的變化而變化，只有工作轉(zhuǎn)速低于2倍第一臨界轉(zhuǎn)速后，猛烈振動(dòng)才消失；d.軸心軌跡為發(fā)散的不規(guī)則形狀，進(jìn)動(dòng)方向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)；e.軸承潤滑油溫度變化對振動(dòng)有明顯的影響，降低潤滑油溫度可以有效地抑制振動(dòng)。

5.1減少軸瓦頂隙

不管是圓筒形瓦、橢圓瓦還是三油楔瓦，減少軸瓦頂隙都能顯著提軸瓦穩(wěn)定性，它比提高高軸瓦比壓和減少長徑比等其他措施更為有效。在現(xiàn)場減少軸瓦頂隙，一般都采用修刮軸瓦中分面的方法，使圓筒形瓦變成橢圓瓦、橢圓瓦的橢圓度進(jìn)一步增大，三油楔瓦變成三油楔和橢圓混合型瓦，這樣就加大了上瓦的油膜力，使軸頸上浮高度降低，從而提高軸瓦的穩(wěn)定性。

橢圓瓦和三油楔瓦頂隙可以減少到軸頸直徑的1‰－1.3‰，軸頸直徑直徑大的，取上限；軸頸直系小的，取下限。目前現(xiàn)場真正的圓筒形瓦（頂隙等于兩倍側(cè)隙）已很少見到，而所謂的圓筒形瓦實(shí)際上橢圓瓦，其頂隙和側(cè)隙近似相等，當(dāng)這種軸瓦發(fā)生自激振動(dòng)時(shí)，可以將其頂隙減少至軸頸直徑的1.2‰－1.5‰，這是由于這種軸瓦側(cè)隙較小，頂隙不宜過小，否則會引起烏金溫度的升高。5.2換用穩(wěn)定性較好的軸瓦

一般來說橢圓具有兩個(gè)承載區(qū)，所以也叫兩油葉瓦，它的穩(wěn)定性較圓筒形瓦要好，但承載能力不如圓筒瓦。還有一種叫三油葉軸瓦，

它具有三個(gè)承載區(qū)，上瓦兩個(gè)油楔，形成兩個(gè)向下的油膜力，因而穩(wěn)定性較橢圓瓦要好，但承載能力卻顯著降低，一般使用在高速輕載的軸瓦上。與油葉軸承平行的是油楔軸承，真正的圓筒形瓦只有下瓦一個(gè)油楔，假使在上瓦再加兩個(gè)油楔，即為國內(nèi)200MW機(jī)組上曾使用過的三油楔軸承，結(jié)構(gòu)如下圖，b為油楔深度，a1,a2為阻油邊、油楔與軸頸之間頂部間隙，a1一般軸頸直徑的1.2‰－1.7‰。這種軸瓦動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如橢圓瓦，也不如圓筒瓦。80年代到90年代初期，國產(chǎn)200MW機(jī)組6瓦、7瓦較普遍發(fā)生的油膜振蕩，在當(dāng)時(shí)形成了“油膜振蕩熱〞，事實(shí)上純屬于三油楔瓦穩(wěn)定差，因此改用橢圓瓦后再未發(fā)生過油膜振蕩。后來投運(yùn)的引進(jìn)型300、600MW機(jī)組，其軸頸線速度雖已超過65m/s，但采用橢圓瓦或圓筒瓦后，都未發(fā)生過汩膜振蕩。

除上述圓筒形瓦、橢圓瓦、三油楔瓦外，還有一種可傾瓦，目前國內(nèi)大機(jī)組上較普遍采用。這種軸瓦結(jié)構(gòu)原理如下圖。軸瓦是由多個(gè)瓦無發(fā)展前塊構(gòu)成，這此些瓦塊可以繞支做微小的搖擺，以適應(yīng)適合的工作位置，使每個(gè)瓦塊都能形成收斂的油楔，由此不會產(chǎn)生失穩(wěn)分力，或者使每個(gè)瓦塊都通過支點(diǎn)和軸頸中心，即總保持與外載荷交于一點(diǎn)，這樣就不會產(chǎn)生一個(gè)使軸頸渦動(dòng)的切向分力。從理論上來說，忽略瓦塊的慣性和瓦塊支點(diǎn)的磨擦力，可傾瓦是不會產(chǎn)生軸瓦自激振動(dòng)的。但它的承載能力較低，因此只能在載荷較小的汽輪機(jī)高中壓缸轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子上使用。5.3增加上瓦烏金寬度

對于圓筒形瓦、橢圓瓦和三油楔瓦，減少頂隙的目的是增大上瓦的油膜力，但是目前有些現(xiàn)場運(yùn)行的機(jī)組上瓦，中央部分開有較寬的環(huán)向油溝，使上瓦成為兩條烏金帶。實(shí)踐證明，在這樣的軸瓦上減少頂隙，收獲不十分顯著。為了獲提更好的效果，在減少頂隙的同時(shí)，將上瓦烏金加寬或完全填滿，由此可以顯著增加上瓦油膜力，提高軸瓦偏心率。

油膜振蕩對汽輪機(jī)組設(shè)備的危害極大。所以在實(shí)際運(yùn)行和檢修過程中都必需認(rèn)真對待這個(gè)問題。在發(fā)生油膜振蕩時(shí)，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生的