半速涡动 vs 油膜振荡 辅导课件.docx

半速涡动当轴颈在轴瓦中转动时，在轴颈与轴瓦之间的间隙中形成油膜。油膜的流体动压力使轴颈具有承载能力。当油膜的承载力与外载荷平衡时，轴颈处于平衡位置；当转轴受到某种外来扰动时，轴颈中心就会在静平衡位置附近发生涡动，其振动频率约为转子回转频率的一半。因而，常称为半速涡动或半频涡动。半速涡动是一种自激振动，涡动保持在一稳定值，一般幅值较小。但半速涡动可能演变为发散情况，是属于不稳定振动。假设油在轴承中无端泄，轴瓦表面的油膜流动速度为零，轴颈表面的油膜流动速度与转速为小地磅的轴颐表面线速度相同。油膜振荡现象转轴的转动在失稳转速以前是平稳的，当达到失稳转速后即发生半速涡动O随着转速升高，涡动角速度也将随之增加，总是保持着约等于转动速度一半的比例关系。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，由于这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。油膜振荡一旦发生后，就将始终保持约等于转子一阶临界转速的涡动频率，而不再随转速的升高而升高。油膜振荡的转速特性分三种情况，均表明了随转速变化的正常转动、平速涡动和抽膜振荡的三个阶段。图1油膜振荡示意图其中，一条曲线表示振动频率的变化，一条曲线表示振动幅值的变化。失稳转速在一阶临界转速之前，失稳转速在一阶临界转速之后，这两种情形的油膜振荡都在稍高于2倍临界转速的某一转速时发生，失稳转速在2倍临界转速之后，转速稍高于2倍临界转速时，转轴并没有失稳，直到比2倍临界转高出较多时，转轴才失稳。而降速时，油膜振荡消失的转速要比升速时发生油膜振荡的转速低,表现出油膜振荡的一种“惯性”现象。图2油膜振荡的惯性效应示意图油膜振荡故障特征油膜振荡总是发生在转速高于转子系统一阶临界转速的2倍以上。油膜振荡的频率接近转子的一阶临界转速，即转速再升高,其频率基本不变。油膜振荡时，转子的挠曲呈一阶振型。油膜振荡时，振动的波形发生畸变，在工频的基波上叠加了低频成分，有时低频分量占主导地位。低频振动的幅值，轴承座振动可达40Pm以上，轴振动可达100150pm以上，且振幅不稳轴心轨迹发散。油膜振荡时，转子涡动方向与转子转动方向相同，轴心轨迹呈正弦振动。油膜振荡的发生和消失具有突然性，并具有惯性效应。即升速时产生振荡的转速比降速时振荡消失的转速要大。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。油膜振荡对转速和油温的变化较敏感，一般当机组发生油膜振荡时，随着转速的增加，振动不下降。随着转速的降低，振动也不立即消失，称为滞后现象。提高进油度，振动一般有所降低。轴承载荷或偏心率越小，r/c越小，越易发生油膜振荡。油膜轴承的失稳、半速涡动、油膜振荡油膜轴承工作原理油膜失稳的机理y油膜力三勺+3+ji+%>Jy勺-3+寸+3弹性力阻尼力轴颈涡动轨迹X=sin戊<By=BSin(戊+0油膜力做的功W=11abky-%)sin常大于零-11a(cxxa2+cjvb2)恒小于零-11ab(cxy÷cy)cos较小可不计如W>0,就可能会失稳。油膜轴承的半速涡动分析流经此H径的油流流入油0.5RQ(C+e),流出油0.5RQ(C-e)o故多余的油为RQe。如轴颈绕。作角速度为3的涡动，就留出空间2R为维持流量平衡，就有2Rse=RQe°W=0.5,是为半速涡动。半速涡动的运动形态公转（涡动）速度3为自转速度Q的一半。转子上轴向的各纤维受交变力,交变的频率为Q-3。油膜振荡的发生O仁2叫q转广转速0皿20a转子转速突发性：到达阈速Qt时，突然发生。阈速大于2倍固有频率。破坏性：振幅一般很大。涡动频率锁住在3C；低周正向进动，轴纤维受交变应力。惯性：消失滞后于发生。从油膜涡动到油膜振荡油膜涡动波形和轴心轨迹涡动频率约为转子转速的一半，并随转速变化。涡动方向为正向进动。轴心轨迹出现双内环。涡动的幅度并不很大。油膜振荡波形和轴心轨迹到达阈速时突然发生，幅度一般很大。涡动频率锁定在转子的固有频率，不再随转速变化。涡动方向为正向进动，轴心轨迹为多重椭圆。一旦发生不易消失,有惯性效应。油膜振荡的防治措施临时措施：增加油温。更换粘度较低的油。减小轴承的宽度，以增加比压。抬高失稳轴承的标高，增加轴承的负载。减小轴承的间隙。根本措施：改变轴瓦的结构。增加预负荷，开油槽，改变供油方式等。改用稳定性较好的轴承，圆瓦一椭圆瓦一多油叶瓦一多油楔瓦一可倾瓦。改变转子结构，将其临界转速提高到工作转速的一半以上。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:60000m3ho汽轮机出口侧的轴振动值由4Omm增到100mm,当时的流量是:57000m3h0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：止匕时，60HZ的成份占通频总量的87%,而工作转速成份187.5HZ(II200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120mm降到35mm,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WW与临界转速频率Wcrl和工作转速频率W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35mm,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。总结根据本案例整理得到油膜振荡故障的特点如下：振幅突然增大，半频成份幅值大于一倍频幅值；谱图中出现第一阶临界转速频率（NCrI）成份；振荡发生时的转速大于二倍频的NCr1；初期有半速涡动前兆，振幅轨迹不稳定；对油温油压敏感，油温会上升约5；轨迹发散、不规则，相位不稳定。