滑動軸承油膜振蕩的原因和對策

張 劍，尹 峰

（山東鋼鐵集團萊蕪分公司能源動力廠，山東 萊蕪 271104）

滑動軸承的油膜渦動、油膜振蕩是透平機械的常見故障，對機組的危害很大。隨著高速轉動設備的不斷發展應用，機組容量的增大，使得轉子軸頸增大、長度增長，造成軸系中不穩定區擴大，轉子臨界轉速降低，因而容易發生油膜振蕩。大多數的透平設備往往工作在一階臨界轉速甚至二階臨界轉速上，容易出現油膜振蕩問題。油膜振蕩出現后，機組在運行過程中極易產生動靜部件摩擦、轉子熱彎曲、瓦面碎裂等其它故障。

一、常用滑動軸承結構

隨著技術的發展，滑動軸承結構形式也不斷的改進提高，從單油楔的圓筒瓦（軸套）發展到兩油楔的橢圓瓦，再到四油楔甚至多油楔結構，穩定性、可靠性越來越高。而在工程應用中，還是以上下對開式的橢圓瓦為主，應用時間最長，領域最廣。圓筒瓦、橢圓瓦存在一個最大的問題就是容易受各種因素的影響而發生油膜渦動、油膜振蕩。

其中需注意的是軸與軸瓦在運轉中是趨向于同心的，但永遠達不到同心。若達到同心則楔形空間就會消失，浮力減小軸下沉。軸下沉后楔形空間再次形成，油壓升高后軸又被抬起。所以保證合適的偏心距是讓動壓滑動軸承穩定運行的關鍵。

二、滑動軸承故障分析

滑動軸承的故障發生開始表現為油膜渦動，這是轉子中心繞軸承中心轉動的亞同步現象，其回轉頻率即振動頻率約為轉子回轉頻率的一半，所以常稱為半速渦動。隨著轉子轉速的提高，油膜渦動的頻率也提高，兩者保持一個近乎不變的恒定比例（約為0.5）。當轉子回轉頻率約為該轉子一階臨界轉速的2倍時，隨著轉子轉速的提高，渦動頻率將保持不變，而且等于該轉子一階臨界轉速。這時油膜渦動變為油膜振蕩。油膜振蕩時油膜可能不再具有支承能力，引起過大的振動。振蕩轉速實際將“鎖定”在轉子臨界轉速，這是一種可導致災難性破壞的不穩定的振動。

1.動壓潤滑的形成條件。

(1)軸頸和軸承配合面應有合理的間隙，以形成楔形空間。

(2)軸頸應保持一定的線速度，以建立足夠的油楔壓力（壓力差）。

(3)軸頸、軸承應有精確的幾何形狀和較小的表面粗糙度。

(4)多支承的軸承，應保證各支承孔的同軸度。

(5)潤滑油的黏度要適當，供油量要充足。

2.根據油膜渦動形成的機理，可以得出這樣的結論：凡是有利于增大軸承偏心率，提高軸承一階臨界轉速，以及提高失穩轉速的措施，均有利于防止油膜振蕩。

常見的消除油膜振蕩的方法包括：加大比壓、減少長徑比、降低潤滑油的黏度、減小頂部間隙、增大上瓦鎢金寬度、括大軸瓦兩側間隙、換用穩定性較好的軸瓦等。

3.根據實際情況，消除油膜振蕩的主要方法就是提高軸頸在軸瓦內的偏心率。由于透平機械是定速的，在設計制造已考慮避開油膜共振區，選用抗振性能好的軸承結構形式，采用高的軸頸、軸承幾何精確，這對于使用方在現場是很難再進行改變了，同時軸頸線速度也就是穩定不能改變的了。所以現場能掌控的是軸承間隙、潤滑油的黏度、多支承的同軸度。

三、故障處理案例

2012年8月份，燃氣車間在對1#TRT發電機組進行設備狀態檢測時發現3#軸瓦水平振動偏高達到56μm(圖1)，通過設備狀態檢測與故障診斷系統中波形頻譜圖分析發現，波形在頻率為25Hz時振動為48.6μm，削波現象十分明顯(圖2)，這是油膜渦動引起的。

圖1

圖2

1.故障分析。

經過分析初步確定引起油膜渦動的原因主要為以下兩點。

(1)油溫過低，造成軸瓦油膜形成。

(2)軸瓦間隙過大，造成穩定性降低。

針對上述分析結果，利用9月27日定修機會對3#軸瓦檢查發現軸瓦間隙為0.39mm，而軸瓦間隙標準應該在0.24～0.354mm之間，可以看出造成3#軸瓦振動過大原因確為軸瓦間隙過大。

2.故障處理措施。

(1)減小軸瓦間隙，將3#軸瓦間隙調整為0.28mm。

(2)調整好合適的軸承緊力，將球面緊力控制在0.03mm。

(3)調整工藝參數.提高運行時的潤滑油溫，降低油膜厚度，將油溫由原來的35℃提高到43℃左右。

3.處理效果。

通過設備狀態檢測與故障診斷系統中波形頻譜圖分析發現，25Hz半頻成分消除，3#軸瓦振動由原來的56μm降到27μm，設備運行狀況良好。

四、結語

通過對滑動軸承的結構及原理研究，運用設備狀態檢測與故障診斷手段，揭示故障的原因、程度和部位，為設備的在線調整、停機檢修提供科學依據，為改進設計、制造與維修水平提供有力依據。