上海水泵集團技術之各種滑動軸承問題引起的振動原因、機理、特征、診斷

滑動軸承振動診斷

滑動軸承就是通常說的平面軸承，其形式簡單，接觸面積大，如果潤滑保持良好，抗磨性能會很好，軸承壽命也會很長�；瑒虞S承的承載能力大，回轉精度高，潤滑膜具有抗沖擊作用。因此在工程上獲得廣泛的應用。

滑動軸承根據承受載荷的方向不同可分為：推力滑動軸承和徑向滑動軸承；根據潤滑油膜形成原理不同分為：動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承；根據結構形式不同可分為：整體式滑動軸承剖分滑動軸承

1. 滑動軸承故障形成原因

滑動軸承故障形成原因主要有軸瓦設計、安裝不當；

超速、超載運行或在潤滑油中含有雜質；在高溫、高速、高載荷的運行情況下，軸頸與軸瓦材料發生熱膨脹，軸承間隙消失，金屬之間直接接觸；

在交變載荷的作用下，軸承表面產生往復作用的拉應力、壓應力以及剪切應力，從而在軸承表面產生細微裂紋，在不斷的運行狀態下，最后形成疲勞破壞；

在較大振幅下長期運行造成的脫胎；聯軸器不對中、運行操作不當等原因造成的次同步不穩定等等。

2. 滑動軸承振動故障類型

滑動軸承有多種故障，其中包括軸瓦配合間隙過大，油膜渦動和油膜振蕩、摩擦，以及常見的軸瓦磨損、燒瓦、疲勞產生的脫胎裂紋等故障。

3. 滑動軸承故障振動機理

引起滑動軸承振動的原因很多，大部分都是由于其它機械問題引起，如轉子不平衡、不對中、剛度問題等，在此不再重復敘述，滑動軸承本身引起的振動，主要由配合間隙不當造成的剛度降低，以及設計、安裝不當引起的油膜問題。

油膜渦動—油膜的楔形按油的平均流速帶動軸繞軸瓦中心運動的現象稱為油膜渦動，因其平均速度為軸頸圓周速度的一半，故又稱為半速渦動。

如果軸頸受到的渦動力小于油膜阻尼力，則軸心渦動所形成的軸心軌跡是收斂的，渦動會減��；如果渦動力等于油膜阻尼力，則軸心軌跡不再擴大并成為封閉圖形，渦動是穩定的；如果渦動力超過阻尼力，則軸心軌跡是發散的，渦動是不穩定的。

渦動的轉向與轉子旋轉方向相同時，為正進動；反之，為反進動。

理論推算表明，油膜渦動的旋轉頻率Ω等于轉子旋轉頻率ω的一半，即Ω＝ω/2，因此油膜渦動理論上又稱為半速渦動。實際中，油膜渦動的振動頻率約為0.42~0.48轉速頻率，即Ω＝（0.42~0.48）ω。

油膜振蕩—伴隨著轉子旋轉頻率ω（即轉速n）的不斷上升，油膜渦動的渦動頻率Ω也不斷上升，當轉速n上升到轉子第一臨界轉速 nk1的二倍附近時，也就是說當油膜渦動的頻率等于轉子軸承系統的固有頻率時，即Ω＝ωk1時，轉子軸承系統將發生強烈的共振，這就是所說的油膜振蕩。

油膜振蕩發生后，即使轉速繼續上升，但渦動頻率卻不再按渦動比（Ω/ω）不變的規律上升，仍為ωk1 ，也就是緊緊地咬住轉子的固有頻率—第一臨界轉速—不再改變。

油膜渦動及油膜振蕩是一種自激振動，也就是說，維持振動的能量是由轉子軸承系統（含潤滑油）在自身旋轉中產生的，它可以不斷地提供極大的能量，而與外界無關。

所以，油膜振蕩還具有嚴重性、突發性、有時會發出間斷吼叫聲等特點。

對于大機組使用較多的可傾瓦軸承，理論計算表明，在忽略瓦塊質量和支點摩擦力的情況下，可傾瓦軸承的交叉剛度為零，不可能產生油膜渦動及油膜振蕩。

因為其瓦塊可以自由搖擺，油膜力能自動調整到通過軸心，從而與載荷共線，消除了切向油膜分力，從根本上鏟除了渦動的推動力。

但是，由于在實際使用中往往會出現某些與設計條件不符的情況，如支點有摩擦力、軸承緊力不當、潤滑油粘度過大等等，所以可傾瓦軸承也有可能發生油膜振蕩。

至于其它類型的軸承，如圓筒瓦、橢圓瓦、多油楔、多油葉等軸承，只要是屬于高速輕載，都有可能發生油膜渦動及油膜振蕩。

4. 滑動軸承振動故障診斷

振動與滑動軸承自身有關的因素主要時間隙振動、高參數設備碰磨引起的熱不平衡和油膜引起的不穩定性問題，其它一些振動幾乎都是轉子系統的激勵在軸承座上的響應，可參考平臺內其它機械故障診斷方法。

而關于脫胎、裂紋以及低參數普通設備碰磨等故障，在振動上反應并不敏感，而油液分析常能取得較好的效果。

（1）當軸瓦工作不良或有摩擦跡象時，可能在振動上并無明顯反應，但其軸瓦溫度會有明顯升高，可以觀察就地溫度表、冷卻水溫度及油溫的變化情況，以及觀察潤滑油的色澤變化情況。

（2）當振動是由軸承頂間隙裝配過大或松動引起時，垂直方向的振動將明顯增大，與水平振幅之比縮小，接近甚至超過水平振幅。振動一般只在該軸承上表現比較明顯。

（3）如果設備裝有非接觸式傳感器測量軸振，軸承磨損通常伴隨有直流間隙電壓的顯著增長，指示軸承相對于傳感器位置的磨損程度

（4）油膜渦動時幅值在轉速達某一數值時突然增大，改變油溫振動幅值有明顯變化。

（5）油膜振蕩故障只會出現在柔性轉子上，其振動頻率接近轉速的半頻。輕載軸承在該轉速之前，可能會首先出現油膜渦動。重載軸承在升速過程中可能會直接發生油膜振蕩。

（6）當出現油膜渦動或油膜振蕩時，提高潤滑油壓，有時振動會變化比較明顯。

（7）油膜振蕩轉速滯后現象。升速過程中，轉速大于失穩閾值轉速后出現油膜振蕩。但是油膜振蕩發生后，機組降速到該閾值轉速時，振動并不減小。只有當轉速進一步降低后，振動才會減小。升速、降速過程中油膜振蕩發生和消失轉速之間具有差值，該現象稱為轉速滯后現象

（8）振動具有幅值大和突發性的雙重特性。臨近油膜振蕩時，會出現不穩定的低頻振動分量，幅值時隱時現。一旦出現油膜振蕩，振動幅值會在短時間（幾秒鐘）內劇增，而且振動幅值遠大于普通強迫振動。

（9）對軸瓦的微小裂紋及脫胎等缺陷，最有效的方法還是停機時進行的金屬探傷法。

（10）油膜渦動時可能出現雙環或多環的軸心軌跡特征，產生次諧波的振動波形都具有蜿蜒的特點。

（11）配合間隙過大時轉頻諧波分量豐富且比較顯著，類似于機械松動的現象。間隙過大的滑動軸承可能使小的不平衡、不對中或其他相關的力產生多高次諧波的振動頻譜。這種情況下，軸承不是故障源。然而，如果軸承間隙達到規定要求，則振動幅值不會增大。

（12）油膜渦動時，譜圖中半頻成份明顯地增加，但是幅值一般小于一倍頻幅值，轉速升高后，半頻與倍頻關系的排序仍保持。

（13）油膜振蕩之前，振動以工頻分量為主。振動突變后，工頻分量幅值會減小，低頻分量幅值大大超過工頻分量，成為主要頻率成分。

（14）發生油膜振蕩時，振動會突然增大，這是即使繼續升高轉速振幅也不再改變。振動頻率始終等于轉子系統固有頻率，不隨轉速的變化而變化。轉子兩端軸承振動相位基本相同。