3.3滑动轴承故障诊断

13.3滑动轴承故障诊断3.3滑动轴承故障诊断2滑动轴承由于具有优良的抗振性能和较长的工作寿命，因而在旋转机械中获得广泛应用。从动力学的角度看，它在转子系统中主要起到如下三方面的作用:①对转子的负荷起支承作用;②对转子的运动提供一定的刚度和阻尼;③控制转子在某一个稳定的位置上运转。滑动轴承的工作性能好坏直接影响到转子运转的稳定性，尤其对于高速转子，机器所表现的振动特性往往与滑动轴承的特性参数(主要是刚度和阻尼)有直接关系。3.3滑动轴承故障诊断33.3.1滑动轴承工作原理滑动轴承按其工作原理分类，可分为静压轴承与动压轴承两类3.3滑动轴承故障诊断43.3.1滑动轴承工作原理静压轴承是依靠润滑油在转子轴颈周围形成的静压力差与外载荷相平衡的原理进行工作的，轴无论旋转与否，轴颈始终浮在压力油中。工作时保证轴颈与轴承之间处于纯液体摩擦状态。因此，这类轴承具有旋转精度高、摩擦阻力小、承载能力强并有良好的速度适应性和抗振性等特点。但是，静压轴承的制造工艺要求高，此外还需要一套复杂的供油装置，因此除了在一些高精度机床上应用外，其他场合使用尚少。3.3滑动轴承故障诊断5动压轴承因为它供油系统简单，油膜压力是由轴本身旋转产生，设计良好的动压轴承具有很高的使用寿命，因此很多工业装置使用的旋转机器(尤其是各类大型旋转机器)均广泛采用动压轴承旋转机械中使用的液体动压轴承分为承受径向力的径向轴承和承受轴向力的止推轴承类。止推轴承可以看作径向轴承沿圆周展开，然后在一个环向的平面上工作。现以径向轴承为例，说明它们的工作特性和原理。3.3滑动轴承故障诊断63.3.1滑动轴承工作原理轴颈外圆与轴承之间有一定间隙(一般为轴颈直径的千分之几)，间隙内充满润滑油。轴颈未旋转时，它就沉在轴承孔的底部。当转轴开始旋转时，轴颈依靠摩擦力的作用，在旋转相反方向上沿轴承内表面往上爬行，到达一定位置后，摩擦力不能支持转子重量，就开始打滑，此为半液体摩擦。转速继续升高至一定程度，轴颈把具有黏性的润滑油带入轴颈与轴承之间的楔形间隙(油楔)中。因为楔形间隙是收敛形的，它的人口断面大于出口断面，油楔中断面不断收缩的结果使油压逐渐升高，平均流速逐渐增大，油液在楔形间隙内升高的压力就是流体动压力，所以称这种轴承为动压轴承。在间隙内积聚的油层就是油膜，油膜压力把转子轴颈抬起。当油膜压力与外载荷相平衡时，轴颈就在轴承内不发生接触的情况下稳定地旋转，旋转时的轴心位置由于收敛形油楔作用，略向一侧偏移3.3滑动轴承故障诊断73.3滑动轴承故障诊断8在油膜力的作用下，轴承的承载能力与多种参数有关。对于单油楔的圆柱轴承，可由雷诺方程导出下式P—轴承载荷;S0—轴承承载能力系数。也称为索默费尔特(Sommerfeld)数μ—润滑油动力黏度系数，l—轴承宽度，d—轴颈直径;ω—轴颈旋转角速度:ψ—相对间隙。C—平均间隙C=R-r.02ldPScr圆柱轴承内油膜压力分布θ——偏位角；e——偏心距;hmin—最小油膜厚度=C-e=C(1-ε)描述润滑油膜压强规律的数学表达式称为雷诺方程。3.3滑动轴承故障诊断9轴承承载能力系数S。是在滑动轴承中用来确定轴承工作状态的一个重要系数。滑动轴承的理论指出，几何形状相似的轴承，系数S。相同时轴承就具有相似的性能，而S。本身是相对偏心率ε（e/C）和轴承宽径比l/d的函数。偏心率越大或轴承宽径比越大，则S。值也越大,轴承承载能力也越高轴承承载能力系数与偏心率、宽径比关系3.3滑动轴承故障诊断10S。l时，称为低速重载转子，S。1时，称为高速轻载转子。高速轻载转子容易产生油膜不稳定;低速重载转子虽然稳定性好，但是当偏心率过大时最小油膜厚度过薄。可能发生轴颈与轴承内表面之间的干摩擦.因此必须用下面的条件加以限制—轴承、轴颈的表面不平度;y1—轴弯曲变形产生的挠度;y2—轴或轴承因倾斜所产生的偏移量。min1212hyy1,23.3滑动轴承故障诊断11滑动轴承常见故障的原因和防治措施（1)巴氏合金松脱巴氏合金松脱的原因多半是在浇注前基体金属清洗不够，材料镀锡，浇注温度不够。当巴氏合金与基体金属松脱时，轴承就加速疲劳，润滑油窜入分离面，此时轴承将很快损坏。解决方法只有重新浇注巴氏合金。巴氏合金是最广为人知的轴承材料，其应用可以追溯到工业革命时代。巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料，与其它轴承材料相比，具有更好的适应性和压入性，广泛用于大型船用柴油机、涡轮机、交流发电机，以及其它大型旋转机械。为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常在其内径面上浇铸一层或两层减摩材料，通常称为轴承衬3.3滑动轴承故障诊断12(2)轴承异常磨损、刮伤、拉毛轴颈在加速启动跑合过程中轻微的磨合磨损和配研磨损是属于正常磨损。但是当轴承存在下列故障时将出现不正常的或严重的磨损、刮伤和拉毛。a.轴承装配缺陷轴承间隙不适当，轴瓦错位，轴颈在轴瓦中接触不良，轴瓦存在单边接触或局部压力点，轴颈在运行中不能形成良好的油膜，这些因素均可引起转子的振动和轴瓦磨损。当查明故障原因后，必须更换轴承或者仔细修刮并重新装配轴承，使之符合技术要求。b.轴承加工误差圆柱轴承不圆，多油楔轴承油楔大小和形状不适当，轴承间隙太大或太小，止推轴承推力盘端面偏摆量超过允许值，瓦块厚薄不匀使各个瓦块上的负荷分配不均，这些因素可引起轴瓦表面巴氏合金磨损。较好的处理方法是采用工艺轴检查，修理轴瓦不规则形状。3.3滑动轴承故障诊断13c.转子发生大振动转子由于不平衡、不对中、油膜振荡、流体激振等故障产生的高振幅，将使轴瓦摩擦、磨损的轴承。转子由于不平衡、不对中、油膜振荡、流体激振等故障产生的高烧损、刮伤、拉毛。为此必须首先要消除引起大振动的因素，更换已磨损的轴承d.止推轴承设计误差止推轴承设计的承载面积过小、压缩机超压、轮盖密封、段间密封或级间密封损坏，产生过大轴向力，将使瓦块磨损或烧熔。e供油系统问题润滑油供量不足或中断，将引起轴颈与轴承摩擦、烧熔甚至抱轴等事故油箱空气滤清器或供油系统滤网破损，轴承供油不清洁，造成油孔堵塞、轴承磨损;油冷却器效果变坏、进油温度高、油的勃度下降、轴承变形、引起转子振动、擦伤轴承;供油压力过低，不能建立正常油膜;润滑油带水，破坏油膜，腐蚀轴颈和轴承。这些问题均会引起轴承损坏。对此必须修理或加大油冷却器，更换过滤器，更换润滑油。3.3滑动轴承故障诊断14(3)轴承疲劳a.引起轴承疲劳的原因轴承过载，使承载区的油膜破裂，局部地区产生应力集中或局部接触形成的裂纹，裂纹扩展后即产生疲劳破坏，轴瓦松动，轴承间隙过大、过小以及机器振动，在轴承上产生交变载荷。尤其是交变载荷脉动幅度大，在轴承表面上的切应力很容易使轴瓦产生疲劳裂纹。裂纹发生的部位一般在压力神度很陡的压力峰值处甲径向轴承的裂纹起源于主耍承载区附近。.比推轴承的裂纹损坏区域位于瓦块油流出口边缘附近，裂纹逐渐向巴氏合金与基体金属的结合面上扩展，多条裂纹的汇合，造成瓦块表面大面积开裂与松脱。轴承工作时的摩擦和咬粘，在轴瓦表面某些区域产生高温，局部高温在材料中形成热应力和热裂纹，热裂纹扩展产生疲劳剥落，巴氏合金愈厚.对于疲劳愈敏感，容易发生疲劳破坏。所以减小巴氏合金厚度是有好处的。巴氏合金的强度随着温度的升高而下降，因此轴承在高温下工作，很容易产生疲劳裂纹，疲劳裂纹的扩展加速轴承疲劳破坏。3.3滑动轴承故障诊断15b.防止轴承疲劳的措施防止轴承疲劳破坏的措施如下：轴承比压应在合适的范围内:轴承间隙应控制在设计范围内。采用较薄的巴氏合金(厚度在1~1.5mm左右）和抗疲劳性能好的瓦块。对于止推轴承瓦块，表面的巴氏合金厚度必须小于压缩机动、静部分的最小轴向间隙，其原因是:一旦巴氏合金熔化，止推盘尚有瓦块的铆质部分支承着，短时间内不致引起压缩机动、静部分碰摩，酿成更大事故。控制轴瓦温度。3.3滑动轴承故障诊断16(4)轴承腐蚀腐蚀损坏主要是由润滑剂的化学作用引起的。如果润滑剂选用不当甲在工作条件下生成氧化膜和反应物，使润滑剂很快“老化”丧失润滑性能。滑动性能良好的轴承合金中主要成分铅是特别容易受到腐蚀的。添加锡和锑的成分可以大大提高耐腐蚀性能。但是如果轴承在工作时发生气蚀、高温的情况，仍然会发生表面层腐蚀口腐蚀损坏和磨损损坏有某些相似，但是从轴瓦表面上看。可发现腐蚀往往有局部或全部因腐蚀而变色的氧化层.在金相显微镜下观察，可看到化学腐蚀四坑内有腐蚀沉积物，腐蚀层并不像磨损那样发生在油膜承载区域，它在任意部位上均可能出现。3.3滑动轴承故障诊断17〔5)轴承气蚀气蚀是在轴承内油液压力低的区域(压力低于油液的饱和蒸汽压〕生成一个个微小的气泡.这些气泡带到高压区时被挤破，挤破瞬间形成的压力冲击波冲击轴承表面，使表面金属很快产生疲劳裂纹或金属层剥落。轴承工作时如果轴颈涡动幅度增大，涡动速度又高，则间隙中的油液存在很大的压力差，容易发生气蚀;高速轴承在油孔、油槽以及轴承剖分面的接合处，油流发生强烈的涡流或断流，容易发生气蚀;润滑油钻度下降或油中混有空气或水分，也容易发生气蚀。减缓气蚀的方法有:减小油的扰动，增加油的黏度，加大供油压力等措施。3.3滑动轴承故障诊断18（6）轴承壳体配合松动轴承壳体配合松动主要是轴承盖与轴承座之间压得不紧，轴承套和轴承盖之间存在问隙，转子工作时轴瓦松动，影响轴承油膜的稳定性。这种由于间隙作用引起的振动具有非线性特点，振动频率中既可能存在倍转速频率的次谐波成分，又可能出现1/ｉ倍转速频率的超谐波成分(ｉ为正整数)。为了消除轴承松动现象，轴承装配时应使轴承套和轴承盖之间保持0～30um的过盈配合量。3.3滑动轴承故障诊断19(7)轴承间隙不适当轴承间隙太小，由于油流在间隙内剪切摩擦损失过大，引起轴承发热;间隙太小，油量减少，来不及带走摩擦产生的热量。但是间隙太大，即使是一种很小的激励力(如不平衡力)，也会引起很明显的轴承振动，并且在过临界转速时振动很大。对于高速轻载转子，过大的轴承间隙会改变轴承的动力特性，引起转子运转不稳定。轴承间隙大，类似于一种松动问题，在轴振动的频谱上会出现很多转速频率的谐波成分。轴承间隙应控制在设计值或推荐值的范围内。轴承间隙的测量，对于安装要求较高的五块可倾瓦径向轴承，最好采用专用测量棒。3.3滑动轴承故障诊断20如图所示;将五块瓦分别涂上红丹油，并将剖分式的轴承上下两部分扣合压紧，然后将测量棒旋转人内，检查测量棒与瓦块的接触情况及松紧程度，如每一瓦块都接触良好，间隙符合要求，则为合格。如不符合要求，则需更换瓦块。高转速的五块瓦轴承一般不允许对瓦块进行修刮。有时为了减小转子的振动，将轴承间隙控制在允许值的下限。但是轴承间隙过小，瓦块温度升高。这种瓦块上最好有埋入式的测温计，用以监测轴瓦温度，轴瓦温度不能超过1200C，否则将使巴氏合金熔化。瓦块间隙测量棒3.3滑动轴承故障诊断21(8)轴承温度过高在大型旋转机械中，轴承温度或轴承回油温度被作为一个经常性监测项目，轴承温度过高的主要原因是:轴承间隙太小;轴承载荷过高;油冷却器故障，进油温度升高;轴承形状或轴承装配不符合要求。3.3滑动轴承故障诊断223.3.3高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施3.3.3.1高速滑动轴承不稳定故障的原因在化工、石化、电力、钢铁和航空工业部门中使用的许多高性能旋转机器，多数转子轴承系统属于高速轻载，高速轻载滑动轴承由于设计不良或使用中多种因素的影响，容易发生油膜不稳定。不稳定油膜引起转子和轴承较大振动。在某种工作状态下，还会发生高速滑动轴承的一种特有故障—油膜振荡，它是由油膜力引起的自激振动，转子轴颈在油膜中的猛烈振动将会直接导致机器零部件的损坏。3.3滑动轴承故障诊断23假如轴颈中心在O1位置上.轴颈载荷P和油膜反力R大小相等方向相反。O1点就是轴颈旋转时的平衡位置，这个平衡位置可由轴颈的偏心率ε和偏位角θ来确定。但是当转子受到外界瞬时干扰，轴颈中心移到位置O’