油膜軸承的故障機理與診斷

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升高而減小,則可能是軸承間隙太小所造成。
改善軸承油膜穩定性除了上述幾種措施之外,還有改變轉子剛度與軸承座剛度(相當于提高一階臨界轉速)、提高供油壓力采用擠壓油膜軸承。軸承采用多路供油以及軸承內表面開油槽、上瓦筑油壩等辦法。
必須指出,高速轉子的軸承油膜失穩,除了軸承本身固有特性會引起油膜振蕩之外,轉子系統中工作流體的激振、密封中流體的激振、軸材料內摩擦等原因也會使軸承油膜失穩。此外,聯軸器不對中、軸承與軸頸不對中、工作流體對轉子周向作用力不平衡等,都有可能改變各軸承的載荷分配,使本來可以穩定工作的軸承油膜變得不穩定,因此,需要從多方面尋找引起油膜失穩的原因,并針對具體原因采取相應對策。
八、油膜軸承運行中的常見故障
??? ?? 目前旋轉機械所用的軸承中,巴氏合金滑動軸承占有很大比例。故在此對其常見故障做一簡單介紹。
1.巴氏合金松脫
巴氏合金松脫是指表面巴氏合金(俗稱鎢金)與基體金屬結合不牢、脫落,其原因多半是在澆鑄巴氏合金前基體金屬表面不潔凈、過渡層或鎢金澆鑄溫度不夠。當巴氏合金材料松脫時,軸承會加速疲勞,部分合金層可能與基體金屬分離、出現裂紋潤滑油竄入分離面的裂紋中,造成軸承損壞速度加劇。
2.巴氏合金損壞
巴氏合金損壞有多種形式,最常見的有以下幾種。
(1)磨損
磨損現象是多種多樣的,軸頸在加速后動跑合過程中輕微的磨合和配研磨損是正常磨損,但當軸承存在加工缺陷(如軸承不圓)、裝配缺陷(如兩半軸瓦錯位)和軸承存在不正常因素時(如軸承對中不良導致軸瓦單邊接觸或局部壓力點),或者軸承工作狀態不正常時(因油膜振蕩或轉子失穩時產生的高振幅),會導致嚴重的異常磨損,巴氏合金表層被迅速磨去。還有一些機器因安裝時軸承裝反、供油孔錯位或轉子反轉而造成供油不足、潤滑不良,也會發生嚴重磨損,有時基至會出現巴氏合金從軸瓦上刮下并咬粘在軸頸上的情況。
(2)疲勞
引起軸承疲勞損壞的原因較多,如軸承過載、承載區油膜破裂、局部應力集中或局部接觸、軸瓦松動、軸承間隙過大或過小以及機器的振動在軸承上產生的交變載荷等。尤其當交變載荷脈動幅度大時,會在軸承表面上引起交變的拉應力和剪切應力,剪切應力很容易使軸瓦表面產生疲勞裂紋,裂紋發生的部位一般是在應力梯度很陡的位置或應力峰值處。徑向軸承的裂紋源一般在承載區附近;止推軸承的裂紋損壞區域一般在瓦塊油流出口邊緣附近。裂紋擴展、多條裂紋匯合,會造成瓦塊表面大面積開裂。巴氏合金愈厚,對于疲勞愈敏感,所以減小巴氏合金厚度對防止疲勞損壞有好處。
(3)腐蝕
腐蝕損壞主要是巴氏合金中的潤滑劑受到化學作用引起的。如果合金中潤滑劑選用不當,會在巴氏合金表面生成氧化膜和反應物,使潤滑劑很快“老化”,喪失潤滑性能。滑動性能良好的軸承合金中主要成分鉛特別容易受到腐蝕,添加錫和銻的成分可以大大提高耐腐蝕性能。造成巴氏合金表面層腐蝕的原因主要有軸承在工作時發生氣蝕、高溫等,腐蝕損壞和磨損損壞有些相似,但腐蝕損壞可在軸瓦表面上發現有局部或大面積因腐蝕而變色的氧化膜層。在金相顯微鏡下可觀察到一些化學腐蝕凹坑,凹坑內一般有腐蝕沉積物。腐蝕層不像磨損損壞僅發生在油膜承載區域,它在任意部位上均可能出現。
(4)氣蝕
氣蝕是由于軸承內油液壓力低的區域(壓力低于油液的飽和蒸氣壓)生成微小的氣泡,這些氣泡隨油流流動時會被擠破,擠破瞬間形成的壓力沖擊波沖擊軸承表面,使表面金屬很快產生疲勞裂紋或金屬層剝落。軸承工作時,如果發生油膜渦動,當渦動速度較高時,間隙中的油液會存在很大的壓力差,容易發生氣蝕。高速軸承在油孔、油槽以及軸承剖分面的接口處,油流發生強烈的渦流或斷流,容易發生氣蝕。潤滑油黏度下降或油中混有空氣和水分,也容易發生氣蝕。減緩氣蝕的方法主要有減小油的擾動,增加油的黏度,加大供油壓力等措施。
3.軸承殼體配合松動
配合松動主要是軸承蓋與軸承座之間壓得不緊,俗稱瓦背緊力不足,工作時軸瓦松動將使轉子振幅增大,振動頻率為兩倍旋轉頻率。為了消除軸承松動現象,一般情況下應保證軸承與軸承座之間有0 ~30μm的過盈配合,即有0~30μm的瓦背緊力。
4.軸承間隙不適當
軸承間隙過小時,由于油流在間隙內剪力摩擦損失過大,會引起軸承發熱。同時間隙過小時油量會減少,來不及帶走摩擦產生的熱量,會進一步提高軸承的溫升。但是間隙過大,則會改變軸承的動力特性,引起轉子運轉不穩定,并且在過臨界轉速時振動峰值會非常大,導致動靜件之間發生摩擦,因此需要針對不同的設備、不同使用條件選擇合適的軸承間隙。

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