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离心压缩机轴承油膜涡动的诊断与处理

发布时间:2018-05-15
马明良 舒鑫 杨明明 王强
(沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁沈阳 110869)
  摘 要:随着我国科学技术的不断发展,以及多种行业的不断发展,压缩机的应用也逐渐的广泛的,尤其是离心式压缩机,作为速度型制冷压缩机,凭借着油分装置的减少、运行速率高等优势被广泛的的应用到制冷领域;但是离心式压缩机的运行效果常常会受到转子转速,以及轴承受油膜涡动的影响;对此本文就针对于离心压缩机轴承油膜涡动的诊断与处理,结合诊断要素进行分析,并提出相关的见解,希望对于国家压缩技术的发展有着积极促进的作用。
  关键词:离心压缩机;油膜涡动;诊断;处理
  前言:
  离心压缩机凭借自身优势,有效的推动国家企业经济发展的同时,自身运行条件和标准也相对较高,同时也存在一定的缺点,所以自身具有一定的局限性;而轴承是离心压缩机的重要组成部分,其自身在高速运转时,油膜的厚度,会随着楔形而发生改变,但是自身的流速不会改变,同时绕着轴瓦进行运动;但是油膜涡动在使用的过程中,会出现振动的情况,或给离心式压缩机的工作效率带来带来一定的影响;对此有效的通过相位、频率、轴心轨迹等因素进行分析,从而采取采取针对性的处理措施是非常有必要的。
  1 离心压缩机概述
  压缩机风分为很多种,而离心式压缩机按照不同的工业需求,也分为很多种,像水平剖分型、垂直剖分型、组装式等;同时离心压缩机自身的结构组成,以及使用的原理与离心式鼓风机相似,将气体的压强增加,并且压缩机的流量和效率都相对较高。主要的结构组成为转子、定子和轴承,其中转子是由叶轮、主轴以及部分零件组成,并以轴承为支撑,在动力机的驱使下高速的旋转。同时主要的性能参数包括排气量、排气与吸气的压力、轴功率以及转速等。
  2 油膜涡动诊断分析
  2.1油膜涡动的工作原理
  油膜涡动的工作原理,主要是指是轴承受到润滑油的影响,利用油膜对于轴颈进行支撑,并且油速在轴瓦表面上是不动的,当轴颈在驱动机的驱使下,做高速旋转时,油膜速度在轴颈上与表面一样,并且油膜的厚度,会随着楔形的改变而发生改变,但此时油的平均速度是相同;当轴颈与轴瓦之间润滑油层中,液动力所强迫造成的涡动,如图1所示:
  液力涡动是一经过理想动平衡(S=H)轴的径向轴颈,且有旋转速度nW。当该轴没有横向力作用的情况下,轴颈所处的中心位置为(H=o)。而当轴颈中心,以半径为oH的圆进行旋转运动时,润滑层内会形成压力场,如图中RQ,同时,在轴颈上作用有与oH方向相同的离心力P。此时和力用Q表示,力Q可分解为与轴的弹性挠曲力平衡的力Qr和不平衡力Qt;同时对于流体涡动的稳定条件已由Hori推导出,从而有效的区分了小的油膜振荡和大的油膜振荡。
  2.2油膜涡动诊断的振动参数
  常常油膜涡动的指定频率,会相对小于转子转速的一半,但是油膜涡动的频率,也会随着转子转速的增加而升高;设轴颈中心的涡动转速为Ω,根据下图2:
  可求出涡动转速Ω=ωj/(2+c/R)≈ωj/2,其中R为轴承半径;e为偏心距;c为半径间隙,从而更好的为油膜涡动的诊断奠定良好的基础。其次是振动情况,油膜涡动的次谐波振幅,会受到工作转速的影响,从而有效的提高,但是振动的情况相对平稳。最后轴承润滑油的温度、粘度、压力等指标,也是诊断其油膜涡动振动的主要参数。
  3 油膜涡动振荡诊断途径
  3.1首先对于压缩机组的故障情况进行实际的分析,对于其噪声、齿轮啮合的程度以及个工艺参数进行探究,当压缩机工况不佳的情况下,对于轴振通过多个测点的布置,其测点的布置,可以在低速轴和高速轴的两端转子分别布设;然后得出各个测点的轴振,记录下各个测量点、测量时间、震动值等参数;同时对于之前不同级别的转子,做出轴心轨迹图。通过对于数据统计分析,确定不同级别的转子转速所处的状态,以及失稳的原因。
  3.2若是监视系统对于机组检测的振动信息,不能很好的明确振动的原因,对此可以合理的振动信号采集的仪器,以及分析仪,对于机组的动作做出系统的检查,从而得出各测点垂直、水平、轴向以及截止频率的振动速度值,从而更好的观察出轨迹的形状和变化,而变化明显的地方则说明涡动增加;而只有电机振动的频率与涡动的频率相同时,油膜才会出现振动的情况;对此可以很据油膜振动的位置,参照电机振动的频率,从而确定涡轮振动的频率。而出现振动的情况,就应该及时的进行断电处理,避免损坏油离心式压缩机组的工作效率。
  3.3同时还要对于现有的轴承瓦口的轴承间隙值进行统计,包括现有的间隙值、磨削量以及标准的间隙值等。而滑动轴承的间隙值,由顶隙加上侧隙的值为主,当缝隙没有超过保准值,侧说明合格,若是超出标准值,就要进行修刮、研磨使其缝隙均。
  3.4最后根据上述的振动分析、摩擦涡动、油膜涡动等分析,同时在进行相对处理后,在对于转子轨迹图、各级转子径向振动幅值以及轴承偏心率的参数值进行统计,从而确定导致其振动的原因。而当不轻易出现振动的可倾瓦轴承出现振动时,主要的原因在两个运动的回旋体,中间受到了流体介质环流的影响;同时可倾瓦轴承之间,因为是断开的,导致润滑油不能出现环流的情况,对此出现振动。同时可倾瓦轴承因为结构,会使油楔出现,而瓦块的支反力,会与外荷载相交,对此可以避免造成轴颈涡动切向分力的产生;但是一旦瓦块的涡动活动不自由,就会出现振动的情况。
  3.5综合原因,离心压缩机组中的传动系统,主要是由增速机以及电机对连轴节做增速传动,同时油膜涡动也成为了近年来常见的故障,他是一种常见的失稳现象,发生的位置是指转子;转子涡动时,会通过轴线旋转此时轴线也会发生回转,主要的现象为振动、噪音、偏振、发热以及零件松动破坏,甚至是油膜振荡等情况的发生;而主要的原因,与法兰变形有直接的关系,导致其泄露、机壳提高增加机组气封间隙不同。根据其力学是由于轴颈处产生了反向的力,故障的出现导致轴颈荷载、油膜力的合力,与油膜阻尼力之间的平衡被破坏,从而导致转子出现失稳的情况。
  4 处理措施
  首先根据实际的情况提高转子偏心率,但是提高的程度要在气封间隙和联轴器的调心范围内,从而更好的抵消轴颈上的干扰力,提高轴系的稳定性和可靠性;但前提是转子提高的范围适当并合理,一旦出现差错,就会导致转子振动的频率增加,以及联轴器的磨损和消耗;对此此方式只适用于临时调整,还需要根据实际的情况,科学的计算气封间隙。根据径向间隙等于轴瓦半径减去轴半径的值,可以得知,当偏心率下降是,轴颈的浮起增加,所以会导致油膜涡动;所以要想保证其稳定性,有效的提高偏心率是非常有必要的。
  总结:
  综上所述,提高对于离心压缩机轴承油膜涡动的诊断与处理分析,可以总结出造成油膜失稳的原因,主要为轴颈受到干扰,以及轴瓦不稳定所造成的;通过有效的增加油的温度,使用椭圆瓦是非常有效的措施。油膜涡动的原因为气封间隙问题、旋转速度频率不均,导致振动的发生,对此降低油温、以及轴转振幅的调整是非常有必要的。同时也可以利用提升轴系标高,从而更好的保证离心压缩机组正常的工作。
  参考文献:
  [1]朱德勇.可倾瓦轴承油膜涡动和振荡现象的诊断与处理[J].发电设备,2012,03:186-188.
  [2]涂林.基于FLUENT的动压滑动轴承油膜稳定性研究[D].太原理工大学,2011.
来源:《中国科技博览》2016年20期

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