利用独特征兆诊断高速涡轮机组轴瓦及润滑故障.docx

第13卷增刊振动工程学报V01．13No．S2000年lO月JournalofVibrationEngineering0ct．2000利用独特征兆诊断高速涡轮机组轴瓦及润滑故障赵凯孙浩(中国石油辽阳石化分公司生产监测中心机械技术研究所辽阳，111003)赤弓摘垂牡盒谴对涡轮机械轴瓦间隙不当、转子与轴瓦摩碰以及润滑不良故障机理的分析，从中总结几种故障的独特振动征兆。并结合一些压缩机组故障诊断实例，具体描述如何依据现场实际 情况，利用这些独特征兆快速准确地诊断轴瓦间隙不当、摩碰及润滑不良故障．从而归纳诊断知识规则，以指导工程实践。关键词：独特征兆}故障诊断，轴瓦间隙}润滑；摩碰中田分类号：TP206现代化大型流程工矿企业对其机械设备的要求越来越严格，尤其是生产线上的大功率、 高转速的涡轮机械，这些机械高效率、无故障运行时间越长，产品质量好，数量多，效益就越多。因此确保涡轮机械平稳长周期高效运行是确保生产、提高效益的首要条件。流程工业中常见的高速涡轮机械，如离心式压缩机、透平机、燃气轮机等，在各种苛刻条 件下工作，会产生各种异常或故障，由于这些机械结构复杂，质量庞大，在生产中又有着关键 作用，在发生异常或故障时，不可能随便拆卸，只能通过各种方法对其诊断确定故障原因，进 行相应的处理维修，尽量减少停机时间，减少经济损失。在这些高速涡轮机械中，有60％的故障是由转子自身原因造成的，剩余的大部分故障 则是由另一类故障原因即支承系统引起的。高速涡轮机械由于在超临界转速下高速运转，采用的都是滑动轴承支撑，由于滑动轴承本身的特点，确保系统的超临界高速运行成为可能， 同时，由于滑动轴承的特有结构，也会使系统产生一些特别的振动现象。本文通过对现场几 次诊断实例的观察，总结出涡轮机械由于滑动轴承的轴瓦间隙、润滑不良以及转子与轴瓦摩碰引起的振动独特故障征兆。以便于在对涡轮机械的故障诊断中能够快速准确的识别该种故障。1滑动轴承振动故障机理分析滑动轴承种类很多，由于其优良的抗振性能和较长的工作寿命，在高速涡轮机械中得到 广泛应用。它在转子系统中主要起到三个方面的作用，即支撑转子的负荷；对转子运动提供 一定的刚度和阻尼；控制转子在某一个稳定的位置上旋转。因此，滑动轴承的工作性能好坏 直接影响到转子运转的稳定性，在高速转子中，机器所表现的振动特性往往与滑动轴承的刚 度和阻尼有直接关系。收稿日期：2000—06—30438振动工程学报第13卷滑动轴承按其工作原理可分为静压轴承和动压轴承，由于动压轴承的供油系统简单，油 膜压力由轴本身旋转产生，设计良好的动压轴承具有很高的使用寿命，因此在许多高速涡轮 机械上均采用动压滑动轴承。因为动压滑动轴承是依靠轴颈外圆与轴承之间间隙中的油膜压力来支承转子的，随转速的升高，油膜压力增大，当油膜压力与外载荷相平衡时，转子轴颈就在轴承内表面不发生接触的情况下稳定地运转，旋转时的轴心位置略向旋转方向偏移。因此滑动轴承油膜的特性影响着转子运转的稳定，也正由于滑动轴承的结构特点形成了特别的振动故障，如润滑、间隙不当、转子静子摩碰等问题引起的振动，以及巴氏合金松脱损坏等等。其中滑动轴承的轴瓦间隙及润滑不良等引起的振动征兆与一些转子自身类故障很相似，所以必须通过分析机理，总结独特振动征兆以精确判别，才能及时采取措施，排除故障。1．1滑动轴承润滑不良引起的振动所谓润滑不良故障是指在轴瓦间隙中不能形成稳定的油膜，支撑转子运转，以至于产生 油膜涡动及油膜振荡故障。在许多资料中介绍过高速涡轮机械滑动轴承的油膜涡动及油膜振荡现象。尤其在高速轻载的情况下，易于发生油膜不稳定现象。转子轴颈在轴承内作高速旋转的同时，还环绕一个平衡中心作公转运转，这即是涡动现 象。当轴颈在滑动轴承中作偏心旋转时，形成一个进口断面大于出口断面的油楔，对于高速轻载轴承，由于轴颈表面线速度很高而轴颈载荷很小，油楔力大于轴颈载荷，油楔压力的升高量不能把收敛形油楔中的流油速度降得很低，因此从油楔中间隙大的地方带人的油量大于从间隙小的地方带出的油量。多余的油就把轴颈推着前进。形成了与旋转方向相同的油膜涡动现象，涡动速度就是油楔本身的前进速度。若轴径涡动角频率为嘶(见图1)，当偏心很小时，l可近似认为轴颈中心07绕轴承中心旋转。沿00’连心线取油膜间隙的一半＆为控制体，如仅考察速度流动。根据流量连续原理，单位时间内经AC截面流出的油流量为掣(c+e)，经BD截面流出的油流量为等(c—e)；由于轴颈D’所具有挤压速度n垆而造成的控制体体积的缩小为2tojet，于是，r—了coo+P)一掣。一e)=2“pr‘‘整理后得oJ：一∞／2以上表明，当转子转速升高，因而偏心率越来越圈1滑动轴承润滑油流动状态小时，轴颈涡动频率为转速频率的一半。对于实际有限宽轴承，由于存在着端泄和压力流动，通常oJj白O