半速涡动与油膜振荡
汽轮发电机组振动原因分析及处理
汽轮发电机组振动原因分析及处理摘要：伴随着时代与社会经济的高速发展，我国各个领域得以不断进步，各项机械设备也得到广泛应用，对其运行效率也提出更加严格的标准。
正常运行中汽轮机机组允许存在一定参数范围内的振动现象，但如果振动超出允许范围将对整个机组的运行以及电厂的稳定发电工作产生不利影响。
对振动故障进行分类，总结、分析设备启动和运行过程中常见的振动问题，并介绍相关解决方案，为设备的安全可靠运行提供技术保障。
关键词：汽轮发电机；故障诊断；振动引言振动是衡量大型旋转设备运转状态的重要指标，需要对其进行快速、精准的采集、分析和故障诊断。
引起振动的原因极其复杂，不仅与设备前期的设计、制造、安装有关联，同时，与设备在运行中的工艺过程参数有着密不可分的连接。
1汽轮机简介目前，发电厂通过天然气、煤炭等不可再生资源来产生电能。
发电的具体过程是通过燃料的燃烧过程来产生较大的热量，而在水的加入后将会产生一定的热蒸汽，这些热蒸汽可以有效地将化学能转化成热能。
在高压热蒸汽的作用下，汽轮机将持续运转，这些热能也将转变为机械能，从而形成循环过程，达到更好的汽轮机运转效率。
汽轮机使用机械能来转化为电能，而这些电能将被传输到发电厂。
现阶段，我国的发电厂包括天然气发电厂、工业废料发电厂、余热发电厂、燃煤发电厂等，而汽轮机主要使用在火力发电厂的发电工作中。
汽轮机的基础结构包括低压缸、中压缸和高压缸三个部分。
现阶段也有一些汽轮机的设计是将中压缸和高压缸结合在一起。
汽轮机同样也包含一些辅助结构或者是系统，如润滑油、给水系统等，所以其结构十分复杂。
2汽轮机振动原因分析2.1油膜失稳汽轮机油膜失稳形式包含两种：油膜振荡与半速涡动。
其中，半速涡动多发生在转速低于第一临界速度期间，随着转速的不断提升，在某一低速阶段开始，该振动会不断升高，有时随着转子速度的增加，这一情况也会逐渐消失。
随着转子转速的不断变化，涡动频率也将不断变化，但转度半频关系一直不变，识别半速涡动法多使用级联图，级联图中，半频振锋频率点体现为斜率为2的直线。
油膜振荡故障类型之一
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。
9F燃气机组油膜涡动和油膜振荡的诊断及处理
１ 油 膜 涡 动 与 油 膜 振 荡 现 象 与分 析
瓦 振 动 突 然 出 现 较 大 的 半 频 分 量 使 振 动 幅 值 超 过 ２ ０ｔ １ ｍ而 被 紧 急停 机 。５月 ３ ｔ ０日对 这 台 机 组 做 了一 次动 平 衡 ，这 次平 衡 的 目的是 降低 ３ 瓦 的工 频 以 限制 半频 振 动 。但 对低 频 振 动 号
月 １ ９日 ～２ ７日期 间 ，燃 机 每 天起 停 机 一 次 ，
这 时 机 组 在 冲 管 阶段 ，汽 轮 机 没 有 进 汽 。燃
该 燃 机是我 国首 台单 轴 ９ Ｆ重型燃机 ，采用
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杭 州 半 山 天然 气 发 电工 程 １ 燃 气 发 电 号 机组选用美 国 Ｇ Ｅ公 司 生 产 的 Ｐ ９ １Ｆ Ｇ ３ ５ Ａ型燃
气 轮机 、Ｄ ０型 三压 有再 热 系统 的双缸 双流 式 １ 汽轮 机 、３０ ９ Ｈ型 氢 冷 发 电 机 。 燃 气 轮机 、蒸
图 １ 轴 系 布置 示 意 图
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汽轮机组油膜振荡的分析与处理
汽轮机组油膜振荡的分析与处理发布时间：2021-06-18T09:12:15.188Z 来源：《河南电力》2021年2期作者：黄凯[导读] 轴承的稳定性取决于轴承结构形式及参与设计参数两个方面。
好的结构，油膜涡动力小或对涡动力阻尼大。
（锦西石化分公司热电公司辽宁葫芦岛 125001）摘要：油膜振荡是汽轮机组运行过程中的常见故障。
本文介绍了油膜振荡产生的原因，分析了油膜振荡故障的机理，增大轴承偏心率，提高轴承一阶临界转速和失稳转速均有利于防止油膜振荡。
关键词：汽轮机；轴承油；膜振荡油膜振荡是汽轮机组的常见故障，对机组的危害非常大。
本单位发生过几次因油膜振荡造成的转子发热及瓦面破碎造成的临时停机，由此可见对油膜振荡进行分析有助于保障汽轮机组的平稳运行。
油膜振荡出现后，汽轮机组在运行过程中将产生动静部件摩擦、转子热弯曲、瓦面碎裂等故障。
所以，对汽轮机组的油膜振荡进行分析并找出解决措施，对电力行业的发展具有重要的现实意义。
一、汽轮机组产生油膜振荡有以下几个原因：（1）轴承稳定性差轴承的稳定性取决于轴承结构形式及参与设计参数两个方面。
好的结构，油膜涡动力小或对涡动力阻尼大。
在汽轮机组上稳定性最好的是可倾瓦，目前我单位使用的均为可倾瓦，现场运行发现确实稳定性比较好。
（2）轴承过度磨损由于安装、维修偏离检修作业规程，使得轴承间隙不当、轴承壳体配合过盈不足、轴瓦参数不当。
在同等偏心情况下，瓦过度磨损相当于偏心率过小。
另外油膜过厚，刚度下降，也使临界转速降低，更易引发振荡。
（3）润滑油的进油温度过低当其他条件不变时，油温高则油粘度低，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，油温高时轴承不易产生油膜振荡。
反之，如果油温过低则易产生油膜振荡。
（4）轴承负载不均汽轮机组轴系的安装，是在转子静止的状态下进行的，按制造厂家提供的挠度曲线和规范调整轴承中心位置并找正。
但在运行过程中，由于机组的热变形，转子被油膜托起，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，标高产生起伏。
油膜振荡的特征及判别方法
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。
油膜震荡 涡动
油膜震荡概述轴瓦自激振动是现场较常见的一种自激振动，它常常发生在机组启动升速过程中，特别是在超速时。
当转子转速升到某一值时，转子突然发生涡动使轴瓦振动增大，而且很快波及轴系各个轴瓦，使轴瓦失去稳定性，这个转速不失稳转速。
轴瓦失稳除与转速直接有关外，还与其他许多因素有关，因此轴瓦自激振动有时会在机组带负荷过程中发生中。
下面将详细讨论其振动机理、轴瓦自激振动故障原因、诊断方法和消除措。
第一节半速涡动和油膜振荡轴瓦自激振动一般分为半速涡动和油膜振荡两个过程。
转子工作转速在两倍转子第一临界转速以下所发生的轴瓦自激振动，称为半速涡动，因为这时自激振动频率近似为转子工作频率的一半。
这种振动由于没有与转子临界转速发生共振，因而振幅一般不大，现场大量机组实测结果多为40－100μm。
转子工作转速高于两倍第一临界转速时所发生的轴瓦自激振动，称为油膜振荡，这时振动频率与转子第一临界转速接近，从而发生共振，所以转子表现为强烈的振荡。
这时转轴和轴承的振幅要比半速涡动大得多，目前已检测到的轴承最大振幅可达600－700μm。
这时要指出，油膜振荡是涡动转速接近转子第一临界转速而引起的共振，而不是与转子当时的转速发生共振，因此采用提高转速的办法是不能避开共振的。
进一步研究表明，轴瓦在不同载荷下的失稳转速有较大的差别。
图所示是轻载轴瓦，轴瓦失稳（半速涡动）在转子第一临界转速之前就发生，而且当转子转速达到两倍第一临界转速，就发生了油膜振荡。
图所示是中载轴瓦，轴瓦失稳（半速涡动）在第一临界转速之后才发生，在高于两倍第一临界转速的某一转速下才发生油膜振荡。
图所示是重载轴瓦，在油膜振荡之前没有发生半速涡动，直到高于两倍第一临界转速较多时才发生油膜振荡，而且升速时发生油膜振荡的转速总比降速时油膜振荡消失的转速高，这种现象称为油膜振荡惯性效应。
第二节轴瓦自激振动的机理要了解轴瓦内油膜如何能维持轴瓦自激振动，就行分析油膜力对轴颈的作用。
为了简化起见，现以圆筒形轴瓦为例加以说明。
浅析蒸汽轮机蒸汽（间隙）激振、油膜涡动及油膜振荡
浅析蒸汽轮机蒸汽（间隙）激振、油膜涡动及油膜振荡摘要：定性地阐述蒸汽（间隙）激振、油膜涡动及油膜振荡的机理，认为由流体产生的切向力是引起机组自激失稳的主要原因，并提出解决措施。
关键词自激振动；极限环；蒸汽（间隙）激振；油膜涡动；油膜振荡；失稳；措施1 前言随着汽轮机技术迅猛发展，蒸汽轮机机组容量和蒸汽参数也在不断提高，作为自激振动特例的蒸汽（间隙）激振、油膜涡动及油膜振荡引起转子失稳的问题也日愈突出。
要求了解自激激振的机理和成因，提出相应的解决措施，更好地提高机组的安全可靠性。
2 自激振动与自激振荡自激振动是汽轮机较为常见的故障现象之一，对它的研究是随着柔性转子发展而发展起来的。
事实上在机械振动理论中将自激振动定义为当系统在一个周期内损失的能量和吸入的能量相等时所形成的周期性振动，并将在相平面上形成封闭的运动相迹，称之为极限环。
极限环的振动幅值决定于振动系统的参数，也就是说系统本身控制振动能量的补充，并通过运动不断向自身反馈能量，一旦振动系统有初始运动（扰动）振动的能量就随之补充，使得极限环运动得以保持；而当振动系统处于静止或振动系统的参数发生改变，极限环的振动幅值就变为零或者振动幅值就会发生改变，因此可以说自激振动同外界激励是无关的。
而强迫振动则是另一种类型的振动，它由外界激振力对系统做功，振动系统的振动频率与外界激振力的频率是完全一致的，一旦振动系统的参数一定，振动系统的振动幅值就主要受外界激振能量的控制和维持。
在蒸汽轮机中的极限环运动称之为涡动，它也是失稳运动的临界状态。
可从两个方面进行解释。
其一从能量的角度来分析，系统振动能量的耗散主要是系统阻尼作用的结果，而能量的输入是由于系统存在与正阻尼相反方向的力作用的结果，也就是通常说的“负阻尼”作功，一旦系统的阻尼不能平衡振动系统的输入能量，其结果必然会引起系统振动发散而导致系统失稳。
对于机组而言该力位于轴心轨迹平面而与轴心径向垂直且与转子的线速度方向同向，它削弱了机组转子系统阻尼的作用，在转子设计阶段就是采用能量法来计算转子失稳转速的。
滑动轴承油膜涡动与油膜振荡的相关知识
滑动轴承油膜涡动与油膜振荡的相关知识[摘要]：详细介绍了滑动轴承的振动种类，并通过学习滑动轴承油膜涡动及油膜振荡的故障机理，总结出了油膜涡动油膜涡动及油膜振荡的故障特征。
[关键词]：滑动轴承油膜振荡相关知识中图分类号：文献标识码：文章编号：1009-914x （2012）32- 0010 -01一、滑动轴承的振动种类滑动轴承的振动，可按其机理分为两种形式：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旋转频率及其倍频，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，在临界转速处有共振峰值；另一种振动是自激振动，又称亚同步振动，即油膜涡动及油膜振荡，它的振动频率低于转子的旋转频率（约一半）常常在某个转速下突然发生，具有极大的危害性。
二、油膜涡动及油膜振荡的故障机理涡动是转子轴颈在作高速旋转的同时，还环绕轴颈某一平衡中心作公转运动。
按照激励因素不同，涡动可以是正向的（与轴旋转方向相同），也可以是反向的（与轴旋转方向相反）；涡动角速度与转速可以是同步的，也可以是异步的。
如果转子轴颈主要是由于油膜力的激励作用而引起涡动则轴颈的涡动角速度将接近转速的一半，故有时也称之为“半速涡动”，涡动频率通常略低于转速频率的1/2。
随着工作转速的升高，半速涡动频率也不断升高，频谱中半频谐波的振幅不断增大，使转子振动加剧。
如果转子的转速升高到第一临界转速的2倍以上时，半速涡动频率有可能达到第一临界转速，此时会发生共振，造成振幅突然骤增，振动非常剧烈。
同时轴心轨迹突然变成扩散的不规则曲线，频谱图中的半频谐波振幅值增大到接近或超过基频振幅，频谱会呈现组合频率的特征。
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。
三、油膜涡动及油膜振荡的故障特征起始失稳转速与转子的相对偏心率有关，轻载转子在第一临界转速之前就可能发生不稳定的半速涡动，但不产生大幅度的振动；当转速达到第一临界转速时，转子由于共振而有较大的振幅；越过第一临界转速后振幅再次减少。