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滑动轴承油膜涡动与油膜振荡的故障诊断


滑动轴承油膜涡动与油膜振荡的故障诊断
曲佳 兴成宏 111003

中国石油设备故障诊断技术中心(中国石油辽阳石化分公司生产监测部)

摘 要 本文通过对滑动轴承油膜振荡故障机理的研究, 列举该类故障诊断中常用的征 兆参数, 阐述了故障多征兆与多原因的关系, 通过对一台离心压缩机机组滑动轴承油膜振荡 故障的成功诊断实例介绍, 说明

了有效诊断该类故障的方法, 该方法的使用能及时准确地得 出诊断结论,对指导现场维修具有较高实用价。 关键词 滑动轴承 油膜振荡 故障诊断

1 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。

2 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。

3 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。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。 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。 中载转子在过了一阶临界转速后会出现半速涡动, 而油膜振荡则在二倍的第一临界转速 之后出现。 油膜振荡还具有以下特征: (l)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; (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。

4 油膜涡动及油膜振荡的诊断方法
油膜涡动及油膜振荡的诊断依据主要见表 1 和表 2

表 1 油膜涡动及油膜振荡振动特征

表 2 油膜涡动及油膜振荡振动敏感参数

6 油膜涡动及油膜振荡故障原因及治理措施
油膜涡动及油膜振荡的故障原因及治理措施见表 3

表 3 油膜涡动及油膜振荡的故障原因及治理措施

7 滑动轴承油膜涡动及油膜振荡故障实例
我石化公司一离心式空气压缩机是法国 WORTHINGTON 公司制造的,额定 功率 4170kW,额定转速 9060rpm,由五块可倾瓦径向轴承支承。转子一阶临界 转速 2900-3200rpm,机组结构简图如图 1 所示

图 1 机组结构简图

该机组故障停机后,操作人员于当日晚再次开车,在工艺操作人员提升转速 过程中(从 7000 RPM 升至 7050 RPM) ,机组振动突然增大,尤其是压缩机入 ? m 口侧水平向(102H)全频振值由 10 上升到 40 ?m,并伴有低沉的吼叫声, 继续提高转速,振值没有变化,机组在 7000RPM 运行时测得的压缩机入口侧水平 向(102H)频谱图如图 2 所示

图 2 7000RPM 时压缩机入口侧水平方向(102H)频谱图

机组在 7050RPM 运行时测得的压缩机入口侧水平向(102H)频谱图如图 3 所 示

图 3 7050RPM 时压缩机入口侧水平方向(102H)频谱图

为了找出故障原因,操作人员降低机组转速至 7000 RPM,振动没有明显好转 的现象,机组转速保持在 7000 RPM,润滑油温度降低 2℃后压缩机各测点全频振 动值变化情况如表 4 所示

表 4 降润滑油温度试验中压缩机各测点全频振动值变化情况
(单位: 3V 降温前 降温后 29 27 3H 40 37

?m Pk-Pk 值)
4H 35 33

4V 27 25

从这台机组的振动情况来看,该机组是在转速从 7000rpm 提升至 7050rpm 时 压缩机两端振动突然增大,尤其是压缩机入口侧水平向(102H)全频振值达到 40 ?m ,继续提高转速,振动没有变化,降低机组转速,振动没有明显好转, 把油温降低 2℃, 振值有所下降,从 40 ?m 降至 37 ?m ;从测得的频谱图来 看, 机组在 7000RPM 运转时, 振动以工频占主导并伴有半频成分, 机组在 7050RPM 运转时,0.43 倍频率成分突然增大,并成为产生高振动的主导频率,同时伴有 低沉的吼叫声。根据以上分析,可以判断造成机组振动故障的主要原因是:油膜 振荡。 机组解体检修后,发现如下问题: 1)轴承间隙超过允许值(设计最大允许值为 0.18?m,实测为 0.21?m) ; 2)5 块可倾瓦厚度不均匀,同一块最薄与最厚处相差 0.03mm,超过允许设 计值,瓦块内表面预负荷处于负值状态(PR 值原设计为 0.027,现在降 为-0.135) ,降低了轴承工作稳定性; 检修人员对上述问题立即进行了修正,再次开车后,机组运转正常。

8 结束语
通过以上对滑动轴承油膜涡动及油膜振荡故障实例的分析, 充分 证明了该诊断方法在实际工作中是行之有效的。 该方法能指导现场监 测诊断人员及时找到故障原因,少走弯路,节省检维修时间,缩短停 工周期,以保证装置的安稳运行。









[1]沈庆根.化工机器故障诊断技术[M].浙江.浙江大学出版社出版.1994 年 12 月第一版 [2]杨国安.机械设备故障诊断实用技术[M].北京.中国石化出版社.2007 年 8 月第一版 [3]盛兆顺.设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].北京.化学工业出版社. 2007









曲佳,男,汉族,籍贯黑龙江省木兰县,2006 年毕业于吉林大学通信工程学院测控技术与仪器专业,现工 作于辽阳石化分公司,助理工程师职称,从事设备故障诊断工作. 工作单位:中国石油设备故障诊断技术中心(辽阳石化分公司机械技术研究所) 联系方式:辽宁省辽阳市宏伟区火炬大街6-1号辽阳石化分公司生产监测部机械技术研究所 邮政编码:111003 联系电话:0419-5150146 联系人:曲佳 身份证:230127198202070619


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