★油膜涡动与油膜振荡的特征
滑动轴承的油膜涡动和油膜振荡的机理及消除方法
滑动轴承的油膜涡动和油膜振荡的机理及消除方法发表时间：2020-11-20T14:26:25.327Z 来源：《中国电业》2020年7月第19期作者：刘姜敏[导读] 滑动轴承油膜涡动是转子中心绕着轴承中心转动的一种亚同步现象。
油膜涡动也称刘姜敏同煤大唐塔山第二发电有限责任公司山西省大同市 037003摘要：滑动轴承油膜涡动是转子中心绕着轴承中心转动的一种亚同步现象。
油膜涡动也称为油膜自激振荡, 对于高速轻载滑动轴承运转机械, 易出现油膜涡动现象。
由于轴瓦在运行中出现裂痕、修瓦不当或磨损致使轴瓦间隙过大等原因, 会导致滑动轴承发生油膜涡动或油膜振荡,使设备运转失衡。
因此,掌握滑动轴承故障的机理,对油膜振荡予以及时准确的诊断,是设备正常运行的技术保证。
掌握滑动轴承产生油膜涡动和油膜振荡的机理,有助于解决采用滑动轴承来支持转子系统的大型机组,在运行中滑动轴承产生振动的故障,对保证设备平稳运行非常重要。
关键词：滑动轴承；油膜涡动；油膜振荡高转速、大功率的大型机组支承系统多采用滑动轴承，而油膜涡动和油膜振荡是滑动轴承常见的故障，油膜涡动和油膜振荡的发生会导致转子系统不能稳定运行。
掌握油膜涡动和油膜振荡的产生机理和故障特性对预防和排除油膜涡动和油膜振荡具有重要意义。
当油膜涡动和油膜振荡发生时，转子系统的振动会出现异常，对异常振动信号的时频分析已成为油膜涡动和油膜振荡故障特性分析的主要手段。
一、滑动轴承振动机理离心式压缩机是旋转式压缩机，当转子存在不平衡时将产生振动。
由于受原材料、加工工艺等因素的限制，转子存在原始不平衡;在机组运转过程中发生物料的不均匀结垢或者叶轮不均匀磨损、腐蚀,会产生渐发性不平衡;零部件损伤脱落或进入异物会带来突发性不平衡。
轴承与轴颈中心线之间的距离构成偏心距, 中心线与负荷向量的夹角构成姿态角, 偏心距与姿态角是衡量轴承稳定性的重要因素。
滑动轴承支撑的转子系统, 其动压轴承的工作机理是:基于油楔的承载机理,由于润滑油具有一定的粘度, 在修瓦时刮出的几何浅痕中, 转子旋转时将润滑油连续带入轴和轴瓦表面,形成封闭的油楔,润滑油受到挤压作用,使油膜产生对轴的支撑力,形成油膜润滑。
汽轮机轴承油膜油膜振荡介绍
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。
十五种常见的设备振动故障及其特征频谱
十五种常见的设备振动故障及其特征频谱2020.2.3∙以下十五种常见的振动故障及其特征频谱: 不平衡、不对中、偏心转子、弯曲轴、机械松动、转子摩擦、共振、皮带和皮带轮、流体动力激振、拍振、偏心转子、电机、齿轮故障、滚动轴承、滑动轴承。
一、不平衡不平衡故障症状特征：∙振动主频率等于转子转速；∙径向振动占优势；∙振动相位稳定；∙振动随转速平方变化；∙振动相位偏移方向与测量方向成正比。
1、力偶不平衡力偶不平衡症状特征：∙同一轴上相位差180°；∙存在1X转速频率而且占优势；∙振动幅值随提高的转速的平方变化；∙可能引起很大的轴向及径向振动幅值；∙动平衡需要在两个修正面内修正。
2、悬臂转子不平衡悬臂转子不平衡症状特征：∙径向和轴向方向存在1X转速频率；∙轴向方向读数同相位，但是径向方向读数可能不稳定；∙悬臂转子经常存在力不平衡和力偶不平衡两者，所以都需要修正。
二、不对中1、角向不对中角向不对中症状特征：∙特征是轴向振动大；∙联轴器两侧振动相位差180°；∙典型地为1X和2X转速大的轴向振动；∙通常不是1X，2X或3X转速频率占优势；∙症状可指示联轴器故障。
2、平行不对中平行不对中症状特征：∙大的径向方向相位差180°的振动严重不对中时，产生高次谐波频率；∙2X转速幅值往往大于1X转速幅值，类似于角向不对中的症状；∙联轴器的设计可能影响振动频谱形状和幅值。
3、装斜的滚动轴承装斜的滚动轴承症状特征：∙振动症状类似于角向不对中；∙试图重新对中联轴器或动平衡转子不能解决问题；∙产生相位偏移约180°的侧面；∙对侧面或顶部对底部的扭动运动。
三、偏心转子偏心转子症状特征：∙在转子中心连线方向上最大的1X转速频率振动；∙相对相位差为0°或180°；∙试图动平衡将使一个方向的振动幅值减小，但是另一个方向振动可能增大。
四、弯曲轴弯曲轴症状特征∙弯曲的轴产生大的轴向振动；∙如果弯曲接近轴的跨度中心，则1X转速频率占优势；∙如果弯曲接近轴的跨度两端，则2X转速频率占优势；∙轴向方向的相位差趋向180°。
油膜振荡故障的特点与实例及故障的排除
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:60000 m3/h。
汽轮机出口侧的轴振动值由４０μm增到100μm，当时的流量是:57000 m3/h。
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：此时，60HZ的成份占通频总量的87%，而工作转速成份187.5HZ(11200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120μm降到35μm，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ωｗ与临界转速频率ωcr1和工作转速频率ω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３５μm，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。
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。
油膜涡动
（1）油膜涡动与油膜振荡的发生条件
①只发生在使用压力油润滑的滑动轴承上。
在半润滑轴
承上不发生。
②油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上。
（2）油膜涡动与油膜振荡的信号特征
①油膜涡动的振动频率随转速变化，与转频保持
f=（0.43～0.48）fn。
②油膜振荡的振动频率在临界转速所对应的固有频率附
近，不随转速变化。
③两者的振动随油温变化明显。
（3）油膜涡动与油膜振荡的振动特点
①油膜涡动的轴心轨迹是由基频与半速涡动频率叠加成的双椭圆，较稳定。
②油膜振荡是自激振荡，维持振动的能量是转轴在旋转中供应的，具有惯性效应。
由于有失稳趋势，导致摩擦与碰撞，因此轴心轨迹不规则，波形幅度不稳定，相位突变。
（4）消除措施
①设计时使转子避开油膜共振区；
②增大轴承比压，减小承压面；
③减小轴承间隙；
④控制轴瓦预负荷，降低供油压力；
⑤选用抗振性好的轴承结构；
⑥适当调整润滑油温；
⑦从多方面分析并消除产生的因素。
油膜振荡分析与处理
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。
机械故障诊断学试题及答案
机械故障诊断学试题及答案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4o维修决策形成。
油膜涡动与油膜振荡的发生条件
油膜涡动与油膜振荡的发生条件一、前言油膜涡动和油膜振荡是机械工程领域中的两个重要问题，它们对于机械设备的正常运行和寿命有着重要的影响。
本文将从理论和实践两个方面介绍油膜涡动和油膜振荡的发生条件。
二、油膜涡动1. 油膜涡动的定义油膜涡动是指在摩擦副中，由于摩擦面上的压力分布不均匀而导致的局部旋转流动现象。
2. 油膜涡动的发生条件（1）摩擦副间隙过大或过小。
当间隙过大时，压力分布不均匀；当间隙过小时，黏滞阻力增大，使得旋转流动更容易发生。
（2）表面粗糙度。
表面粗糙度会导致局部压力分布不均匀，从而引起旋转流动。
（3）运行速度。
运行速度越高，局部压力变化越大，旋转流动越容易发生。
（4）黏度。
黏度越小，旋转流动越容易发生。
（5）流体温度。
流体温度越高，黏度越小，旋转流动越容易发生。
三、油膜振荡1. 油膜振荡的定义油膜振荡是指在摩擦副中，由于油膜的厚度和黏度变化而引起的周期性压力波动现象。
2. 油膜振荡的发生条件（1）摩擦副参数。
包括运行速度、载荷、表面粗糙度等参数。
当这些参数变化时，油膜厚度和黏度也会发生变化，从而引起油膜振荡。
（2）润滑油类型和性质。
不同类型和性质的润滑油对于油膜振荡的影响也不同。
（3）工作环境。
工作环境中的温度、湿度、气体成分等因素都会对油膜振荡产生影响。
四、实践应用1. 油膜涡动和油膜振荡对机械设备寿命的影响（1）油膜涡动会导致局部磨损加剧，降低机械设备寿命。
（2）油膜振荡会引起局部疲劳损伤，降低机械设备寿命。
2. 如何减少油膜涡动和油膜振荡（1）优化设计。
通过优化摩擦副的设计，减小间隙、改善表面粗糙度等方式，可以减少油膜涡动和油膜振荡的发生。
（2）选择适当的润滑油。
不同类型和性质的润滑油对于油膜涡动和油膜振荡的影响不同，选择适当的润滑油可以减少这些问题的发生。
（3）控制工作环境。
通过控制工作环境中温度、湿度、气体成分等因素，也可以减少油膜涡动和油膜振荡的发生。
五、结论本文从理论和实践两个方面介绍了油膜涡动和油膜振荡的发生条件，并探讨了它们对机械设备寿命的影响以及如何减少它们的发生。
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★油膜涡动与油膜振荡的特征
油膜涡动与油膜振荡的特征
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;当转速达到两倍第一临界转速时，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，当转速达到两倍第一临界转速时，振幅增大并且不随转速的增加而改变，即发生了油膜振荡，如图1-6(a)。
对于重载转子，因为轴颈在轴承中相对偏心率较大，转子的稳定性好，低转速时并不存在半速涡动现象，甚至转速达到两倍的第一临界转速时，也不会立即发生很大的振动，当转速达到两倍的第一临界转速之后的某一转速时，才突然发生油膜振荡，如图1-6(c)。
中载转子在过了一阶临界转速ωC1后会出现半速涡动，而油膜振荡则在二倍的第一临界转速之后出现，如图1-6(b)。
油膜振荡还具有以下特征。
(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，振幅急剧加大，即使再提高转速，振幅也不会下降。
(2)油膜振荡时，轴颈中心的涡动频率为转子一阶固有频率。
(3)油膜振荡具有惯性效应，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，如图1-6(c)所示。
图1-6 不同载荷下的油膜振荡特点
(4)油膜振荡为正进动，即轴心涡动的方向和转子旋转方向相同。