转子系统油膜涡动及油膜振荡故障特征分析.pdf

第5 4 卷第4 期汽轮机技术 v o j 5 4n o 4 2 0 1 2 年8 月t u r b i n et e c h n o l o g ya u g 2 0 1 2 转子系统油膜涡动及油膜振荡故障特征分析 朱瑜，张朋波，王雪 ( 华北电力大学机械工程系，保定0 7 1 0 0 0 ) 摘要：介绍了转子系统油膜涡动及油膜振荡的产生机理和故障特征。对转子实验台升速过程的振动信号进行了分 析，揭示了转子系统油膜涡动和油膜振荡的发生过程。对典型油膜涡动和油膜振荡信号进行了时频分析，揭示出 油膜涡动和油膜振荡的故障特征。 关键词：油膜涡动；油膜振荡；时频分析 分类号：t k 2 8 8 文献标识码：a 文章编号：1 0 0 1 - 5 8 8 4 ( 2 0 1 2 ) 0 4 - 0 3 0 6 - 0 3 f a u l tf e a t u r ea n a l y s i so fo i lw h i r la n do i lw h i pf o rr o t o rs y s t e m z h uy u ，z h a n gp e n g b o ，w a n gx u e ( m e c h a n i c a le n g i n e e r i n gd e p a r t m e n t ，n o r t hc h i n ae l e c t r i cp o w e ru n i v e r s i t y ，b a o d i n g0 7 1 0 0 0 ，c h i n a ) a b s t r a c t ：g e n e r a t i o nm e c h a n i s ma n df a u l tf e a t u r eo fo i lw h i r la n do i lw h i pf o rr o t o rs y s t e ma r ei n t r o d u c e di n t h i sp a p e r v i b r a t i o ns i g n a lg o tf r o ml i f t i n gs p e e dp r o c e s so fr o t o rt e x tb e di sa n a l y z e d ，a n dg e n e r a t i o np r o c e s so fo i lw h i r la n do i lw h i p i sr e v e a l e d t y p i c a lo i lw h i r ls i g n a la n dt y p i c a lo i lw h i ps i g n a la r ea n a l y z e dw i t ht i m e f r e q u e n c ya n a l y s i s a n df a u l tf e a t u r e s o fo i lw h i r la n dw h i pa r ea l s or e v e a l e d k e yw o r d s ：o i lw h i r l ；o i lw h i p ；t i m e - f r e q u e n c ya n a l y s i s 0 前言 高转速、大功率的大型机组支承系统多采用滑动轴承， 而油膜涡动和油膜振荡是滑动轴承常见的故障，油膜涡动和 油膜振荡的发生会导致转子系统不能稳定运行。1 1 。掌握油 膜涡动和油膜振荡的产生机理和故障特性对预防和排除油 膜涡动和油膜振荡具有重要意义。当油膜涡动和油膜振荡 发生时，转子系统的振动会出现异常，对异常振动信号的时 频分析已成为油膜涡动和油膜振荡故障特性分析的主要手 段。 本文对油膜涡动和油膜振荡的产生机理和故障特征进 行了介绍并对实测的油膜涡动和油膜振荡数据进行了分 析。 l 油膜涡动和油膜振荡产生机理和故障特征 1 1 油膜涡动和油膜振荡产生机理h 州 滑动轴承工作时，以轴瓦和轴颈之间的油膜支承转子转 动。转子在转动过程中，由于油膜力的作用转子的中心线 将偏离轴瓦的中线。当轴颈在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轴颈从油楔f a 】隙大的地方 带入的油量大于从间隙小的地方带出的油量。由于液体的 不可压缩性。多余的油液将会迫使转子中心绕某个平衡点作 椭圆轨迹的公转运动引起涡动。当涡动的激励力仅为油膜 力盟，遇动是稳定的。此时的遇动称为油膜涡动。实际中，当 油膜涡动发生时，油膜涡动频率约为转子转速的0 4 3 倍一 0 4 8 倍。 当转子转速升高时油膜涡动频率也不断增大。当转子 转速升至转子系统一阶临界转速的二倍时，油膜涡动频率将 达到一阶i 临界转速，引起转子系统共振产生油膜振荡。当 转子转速高于临界转速的二倍时，油膜振荡频率始终为一阶 临界转速，不再发生变化。 1 2 油膜涡动和油膜振荡故障特征 油膜涡动和油膜振荡的识别主要通过振动信号的时频 分析来实现。油膜涡动和油膜振荡发生时，振动信号的时域 波形、频谱图、轴心轨迹以及二维全息谱都会产生一定的变 化，这些变化即为油膜涡动和油膜振荡的故障特征。也是识 别油膜涡动和油膜振荡的主要依据。油膜涡动和油膜振荡 故障的特征p 。o 如下： ( 1 ) 油膜涡动和油膜振荡发生时，工频成分会叠加低频 成分，时域波形将发生畸变。 ( 2 ) 油膜涡动的频谱图中出现频率略低于工频一半的涡 动频率成分，并且涡动频率成分的幅值和工频成分的幅值之 比在0 3 0 5 之间。油膜振荡的频谱图中出现近似转子一 阶临界转速五的频率成分。上对应的幅值和工频对应的幅 值之比大于2 。 ( 3 ) 油膜涡动的轴心轨迹图具有大环套小环的特征。油 膜振荡发生时。振动加剧，轴心轨迹的变化范围剐烈增大，且 呈现紊乱状态。 ( 4 ) 油膜涡动和油膜振荡发生时，二维全息谱的涡动频 率处会出现偏心率很小的椭圆，并且进动方向均为正进动。 收穑日期：2 0 1 l - 0 9 1 5 作者简介：朱瑜( 1 9 8 7 ) ，男，在读硕士研究生主要从事旋转机械状态监测与故障诊断研究。 万方数据 第4 期朱瑜等：转r 系统油膜涡动及油膜振荡故障特征分析 3 0 7 2 实例分析 在转r 实验台j ：进行油膜涡动和油膜振荡实_ ! 龟转轴的 巾部的菜平面l 一巾骨两个，相垂直的i 乜涡流传感器分别 测量转于的x 向和y 方向振动，采样频牢为12 8 0 h z 。 2 1 油膜涡动发生过程分析 对转r 由i5 0 0 r m i n 升速至4l o o t r a i n 的过程进 j 持续 测龟，利川水平jm l 乜涡流传感器所测数据绘制转f 升速 过程瀑布蚓转子升速瀑布图如图l 所，j ， l 斟l 转于升速瀑布罔 由蚓i 可知，当转f 由15 0 0r m i ny t 速至4 i o or m i n 时 j ：频幅值先增大后减小，当转速升至25 0 0 r m i n 年ft 时幅值 达到最大值，j | r 知阶临界转速在25 0 0r m i n 左f i、与转速 升至i8 0 ( ) r 1 i n 向玲;朱永利 基于hht的旋转机械油膜涡动和油膜振荡特征分析 2008(02) 2.刘淑莲;郑水英 油膜振荡发展过程实验研究 2004 3.曲 佳;卞文状 滑动轴承油膜涡动与油膜振荡的故障诊断期刊论文-风机技术 2010(02) 4.胡荣华 汽轮发电机组油膜涡动故障分析与处理期刊论文-噪声与振动控制 2007(05) 5.高翔;卢盛阳 汽轮发电机组油膜振荡故障诊断和现