滑动轴承油膜振荡及在线消除研究

随着科学技术及工业经济的发展,滑动轴承机械设备广泛用于电厂、石油化工等一些行业,且向着大型化、高速化、连续化和自动化方向发展,从而使得滑动轴承机械设备的稳定性越来越引人注目。油膜涡动和油膜振荡故障是滑动轴承旋转机械设备中常见故障,破坏性很大,一旦发生此类故障,造成的损失将十分严重。作者在总结了前人大量的有关滑动轴承油膜涡动和油膜振荡特性、故障诊断等研究工作的基础上,以实现在线消除油膜振荡为目的,从理论和实验两方面研究了滑动轴承-转子系统由油膜力引起的自激振荡及其特性。 本文根据滑动轴承的理论基础——流体动力润滑理论,推导了动压轴承的Reynolds方程,表明轴承间隙油膜力主要由于流体的楔形效应和挤压效应。并分析了影响轴承与轴颈间隙内油膜分布和油膜力大小的因素,油膜的自由边界的改变与轴承的几何尺寸、润滑表面的粗糙度、油质的状态参数及物理性能、油膜运动的雷诺数Re和轴承的运动参数等有关。同时对轴承转子运动进行受力分析,推导了油膜涡动状态下振动方程并分析其振动特性。当涡动力大于阻尼力时,轴承转子系统处于不稳定状态。阐述了油膜涡动与油膜振动故障的机理与特征,并提出了系统稳定性的影响因素和判别准则。 对滑动轴承油膜振荡进行了实验研究,包括转轴的工作转速、润滑油供给量和粘度对其的影响,以及运转过程中转轴与轴瓦间隙漏油量与工作转速、油膜振荡的关系,并对油膜振荡在线消除作了分析研究得到了以下结论： (1)在2n。附近发生油膜振荡现象,转子旋转振动位移较大,对滑动轴承—转子系统的破坏性大,且半频成分的影响占主导地位。当旋转机械工作转速要求高于2nc时,应当在接近2nc时以较快的速率升速,减弱振荡在时间的作用下对系统的损坏程度。 (2)油膜振荡现象的产生与轴承-轴瓦间油膜积聚量有直接的关系。当转轴振动幅值迅速上升时,系统不稳定振荡开始加剧,润滑油膜边界破裂频率较快,易被甩出；幅值持续较高时,油的泄漏量几乎为零；持续一段时间后,随着转速的提高,轴承、轴瓦间隙的油又被迫甩出,同时幅值逐渐下降,油膜振荡会自动消除。因此,可以通过控制供油速度间接调控润滑油积聚量而实现在线消除油膜振荡。 (3)不同的润滑油粘度对油膜振荡的影响不同,且对于固有临界转速不同的轴承转子系统配合使用不同粘度的润滑油,对油膜振荡幅值的影响也不相同。实验得到临界转速和粘度的四种组合：高η和高nc、低η和低nc、低η和高nc、高η和低nc下,油膜振荡现象依次加强,即高粘度,低临界转速的最容易出现油膜振荡,而高粘度高临界转速最不容易出现油膜振荡。因此,对于不同固有临界转速的系统,选用合适的润滑油粘度,是一种既能保证较好的润滑效果也能减弱油膜振荡现象的手段。 总之,结合滑动轴承转子系统自身的特点,如载荷、工作温度、转速、主轴与轴承间隙及轴承结构等综合因素,选用合适的润滑油及润滑油量以及转轴速度加载速率,采用这些手段对实现油膜振荡在线消除有非常积极的意义,为今后滑动轴承机械设计、制造和使用提供了丰富的实验资料和理论依据。