滑动轴承稳定性的研究与实际应用

　　摘　要：滑动轴承故障是透平机组运行过程中的主要故障，本文章主要通过对滑动轴承的原理、结构进行分析，进一步对其稳定性进行研究，介绍了油膜振荡产生的原因，分析了油膜振荡故障的机理，总结了油膜振荡故障特征，提出了解决油膜振荡问题的对策，并成功实际故障处理中应用。
　　关键词：透平机组；油膜振荡；分析与处理
　　0　引言
　　滑动轴承的油膜涡动、油膜振荡是透平机械（包括：汽轮发电机、汽轮鼓风机、TRT煤气余压发电机等）常见故障，对机组的危害很大。随着高速转动设备的不断发展应用，机组容量的增大，使得转子轴颈增大、长度增长，造成轴系中不稳定区扩大，转子临界转速降低，因而容易发生油膜振荡。大多数的透平设备往往工作在一阶临界转速甚至二阶临界转速上，容易出现油膜振荡问题。油膜振荡出现后，机组在运行过程中将极易产生动静部件摩擦、转子热弯曲、瓦面碎裂等其它故障。
　　1　滑动轴承原理及常见故障
　　1.1滑动轴承，在透平机械多采用动压润滑的形式。动压润滑的轴承就是利用油的粘性和轴颈的高速旋转，把润滑油带进轴承的楔形空间建立起压力油膜，使轴颈与轴承完全被油膜隔开的一种结构形式。
　　1.2滑动轴承常见故障有油膜涡动、油膜振荡。
　　2　常用滑动轴承结构
　　现随着技术的发展，滑动轴承结构形式也不断的改进提高，从单油楔的圆筒瓦（轴套）、发展到两油楔的椭圆瓦、再到四油楔甚至多油楔结构，稳定性、可靠性越来越高。而在工程应用中，还是以上下对开式的椭圆瓦为主，应用时间Z长，领域Z广。圆筒瓦、椭圆瓦存在一个Z大的问题就是容易受各种因素的影响发生油膜涡动、油膜振荡的问题、稳定性较差。
　　其中需注意的一点轴与轴瓦在运转中是趋向于同心的，但永远达不到同心。如同心楔形空间就消失了，无法形成压力差，浮力减小轴下沉，楔形空间再次形成，油压升高轴又被抬起。所以保证合适的偏心距是让动压滑动轴承稳定运行的关键。
　　3　滑动轴承故障分析
　　滑动轴承的故障的发生开始表现为油膜涡动，这是转子中心绕轴承中心转动的亚同步现象，其回转频率即振动频率约为转子回转频率的一半，所以常称为半速涡动。随着转子转速的提高，油膜涡动的频率也提高，两者保持一个近乎不变的恒定比例，即约为0.5。当转子回转频率约为该转子一阶临界转速的两倍时，随着转子转速的提高，涡动频率将保持不变，而且等于该转子一阶临界转速。这时油膜涡动变为油膜振荡。油膜振荡时油膜可能不再具有支承能力，引起过大的振动。振荡转速实际将“锁定”在转子临界转速，这是一种可导致灾难性破坏的不稳定的振动。
　　3.1从动压润滑的形成必须条件来分析油膜振荡产生的原因，动压润滑的形成条件：
　　a.轴颈和轴承配合面应有合理的间隙，以形成楔形空间。
　　b.轴颈应保持一定的线速度，以建立足够的油楔压力（压力差）。
　　c.轴颈、轴承应有精确的几何形状和较小的表面粗糙度。
　　d.多支承的轴承，应保证各支承孔的同轴度。
　　e.润滑油的粘度要适当，供油量要充足。
　　3.2根据油膜涡动形成的机理，可以得出这样的结论：凡是有利于增大轴承偏心率，提高轴承一阶临界转速，以及提高失稳转速的措施，均有利于防止油膜振荡。常见的消除油膜振荡的方法：加大比压、减少长径比、降低润滑油的粘度、减小顶部间隙、增大上瓦钨金宽度、括大轴瓦两侧间隙、换用稳定性较好的轴瓦。
　　3.3根据实际用情况，消除油膜振荡的主要方法就是如何提高轴颈在轴瓦内的偏心率。由于透平机械是定速的，在设计制造已考虑避开油膜共振区，选用抗振性能好的轴承结构形式，采用高的轴颈、轴承几何精确，这对于使用方在现场是很难再进行改变了，同时轴颈线速度也就是稳定不能改变的了。所以现场能掌控的是轴承间隙、润滑油的粘度、多支承的同轴度。
　　4　应用案例
　　2012年8月份，燃气车间在对1^#TRT发电机组进行设备状态检测时发现3^#轴瓦水平振动偏高达到56μm，通过设备状态检测与故障诊断系统中波形频谱图分析发现，波形在频率为25Hz时振动为48.6μm，消波现象明显（如下图所示），为油膜涡动引起。 　　4.1故障分析
　　经过分析初步确定引起油膜涡动的原因主要为以下两点：
　　4.1.1油温过低，造成轴瓦油膜形成。
　　4.1.2轴瓦间隙过大，造成稳定性降低。
　　针对上述分析结果，利用9月27日定修机会，对3^#轴瓦检查发现轴瓦间隙为0.39mm，而轴瓦间隙标准应该在0.24mm至0.354mm之间，通过该数据分析造成3^#轴瓦振动过大原因确为轴瓦间隙过大造成。
　　4.2故障处理措施
　　4.2.1减小轴瓦间隙，将3^#轴瓦间隙调整为0.28mm。
　　4.2.2调整好合适的轴承紧力，将球面紧力控制在0.03mm。
　　4.2.3调整工艺参数，提高运行时的润滑油温，降低油膜厚度，将油温由原来的35℃提高到43℃左右。
　　4.3处理效果验证
　　通过设备状态检测与故障诊断系统中波形频谱图分析发现，25Hz半频成分消除（如下图所示），3^#轴瓦振动由原来的56um降到27um，设备运行状况良好。 　　5　结语
　　通过对滑动轴承的结构及原理研究，运用设备状态检测与故障诊断手段，揭示故障的原因、成都、部位，为设备的在线调理、停机检修提供科学依据，为改进设计、制造与维修水平提供有力证据。有效的遏制了故障损失，降低了设备维修费用，及时发现故障的早期征兆，采取措施，避免、减缓、减少重大事故的发生。