Диагностика и анализ различных неисправностей скользящих подшипников! Причины вибрации, механизмы, характеристики, решения

Thread Content

Подвижные подшипники — это те самые плоские подшипники, которые имеют простую конструкцию и большую площадь контакта. При правильном смазывании они обладают высокой стойкостью к износу, а их срок службы также бывает довольно долгим. Подвижные подшипники обладают высокой несущей способностью и точностью вращения; их смазочный слой обеспечивает защиту от ударных нагрузок. Поэтому они находят широкое применение в инженерии. В этой статье рассматриваются причины возникновения вибраций в скользящих подшипниках, механизмы вибрации, методы борьбы с ними и т. д. По направлению приложенной нагрузки скольжущие подшипники делятся на толкающие скольжущие подшипники и радиальные скольжущие подшипники ； В зависимости от принципа формирования смазочного слоя они делятся на подшипники скольжения с динамическим давлением и подшипники скольжения с статическим давлением ； В зависимости от конструктивной формы их можно разделить на цельные скользящие подшипники и раздельные скользящие подшипники. 1. Причины неисправностей скольжущих подшипников. Основными причинами неисправностей скольжущих подшипников являются: неправильная конструкция подшипниковых втулок и некорректная установка ； Эксплуатация при превышении скорости, с превышением нагрузки или при наличии примесей в смазке ； При работе при высоких температурах, высокой скорости и больших нагрузках материалы шейки вала и подшипниковых поверхностей деформируются под действием тепла. В результате пропадает зазор между подшипниками, и металлы соприкасаются друг с другом напрямую ； Под действием переменных нагрузок на поверхности подшипников возникают периодически меняющиеся растягивающие, сжимающие и сдвигающие напряжения. Это приводит к появлению мелких трещин на поверхности подшипников. При непрерывной работе в конечном итоге происходит усталостное разрушение ； Отслоение, вызванное длительной работой при больших амплитудах ； Несинхронная нестабильность, вызванная неправильной выровненностью муфты, неправильной эксплуатацией и т. д. 7 @# S3 k" ?' ` 2. Виды неисправностей, связанных с вибрацией скольженияющих подшипников. Существует множество проявлений неисправностей скольженияющих подшипников; среди них — чрезмерная зазорность между деталями подшипника ； Вихревые движения в масляной пленке и колебания масляной пленки, трение ； а также распространенные неисправности, такие как износ подшипниковых поверхностей, их сгорание, трещины, возникающие в результате усталости. 3. Механизмы вибрации при неисправностях скольжениящих подшипников. Причин вибрации скольжениящих подшипников много, и большинство из них связано с другими механическими проблемами, такими как дисбаланс ротора, его некорректная выровненность, проблемы с жесткостью и т. д. Вибрации, возникающие из-за самих скользящих подшипников, обусловлены в первую очередь снижением жесткости из-за неправильного зазора между деталями, а также проблемами с масляной пленкой, возникающими в результате неправильной конструкции и установки. Вихревые колебания масляного слоя — это вихревые колебания, возникающие под действием сил масляного слоя в радиальных скользящих подшипниках. Когда вал ротора работает стабильно в скользящем подшипнике, сила масляного слоя подшипника R находится в равновесии с нагрузкой W, и центр вала ротора находится в определенной точке равновесия O1. Если ротор нарушает свое равновесие и смещается в точку O2, то сила масляной пленки R′ в новых условиях уже не будет равна нулю, и сумма сил F, возникающая под действием нагрузки W, также не будет проходить через начало координат. Суммарная сила F может быть разложена на две составляющие: радиальную и тангенциальную. Радиальная составляющая Fr действует в направлении, противоположном направлению перемещения шейки вала; она стремится вернуть шейку вала в исходное положение равновесия O1. Это является силой упругого восстановления ； Тангенциальная сила Fu перпендикулярна направлению смещения валового шарика; она заставляет его продолжать вращаться вокруг точки равновесия O1, что приводит к возникновению вихревых движений. Такие вихревые движения называются вихревыми движениями масляной пленки, а сила Fu – силой, вызывающей эти вихревые движения. http://p1.pstatp.com/large/3b160000b4946692d02b Если сила вихревых сил, действующих на шейку вала, меньше силы демпфирования масляной пленки, то траектория движения вала под действием вихревых сил будет сходиться, и интенсивность вихревых движений будет уменьшаться ； Если сила вихревого движения равна силе демпфирования масляной пленки, то траектория оси больше не расширяется и принимает замкнутую форму; в этом случае вихревое движение является стабильным ； Если сила вихревых движений превышает силу демпфирования, траектория оси становится дивергентной, и вихревые движения являются нестабильными. При том, что направление вихревого движения совпадает с направлением вращения ротора, происходит положительный прецессия ； Напротив, это антипропрельсия. Теоретические расчеты показывают, что частота вращения вихрей в масляной пленке Ω равна половине частоты вращения ротора ω, то есть Ω = ω/2. Поэтому вихри в масляной пленке теоретически называются вихрями с половинной скоростью вращения. На практике частота колебаний вихрей в масляной пленке составляет примерно 0,42–0,48 от частоты вращения, то есть Ω = (0,42–0,48)ω. Колебания масляной пленки сопровождаются постоянным увеличением частоты вращения ротора ω (то есть скорости вращения n). Частота кавитации в масляной пленке Ω также увеличивается. Когда скорость вращения n достигает примерно двукратного значения первой критической скорости ротора nk1, то есть когда частота кавитации в масляной пленке совпадает с естественной частотой вибрации системы подшипников ротора, то есть когда Ω = ωk1, в системе подшипников ротора происходит сильная резонансная вибрация. Это и есть так называемые колебания масляной пленки. После возникновения колебаний масляной пленки, даже если скорость вращения продолжает расти, частота вихревых колебаний уже не увеличивается согласно постоянному соотношению Ω/ω; она остается на уровне ωk1. Таким образом, частота вихревых колебаний остается привязанной к собственной частоте вращения ротора — первой критической скорости вращения — и не меняется. Вихревые движения в масляной пленке и колебания масляной пленки представляют собой самозапускающиеся колебания. Другими словами, энергия, необходимая для поддержания этих колебаний, генерируется самой системой подшипников ротора (включая смазочное масло) в процессе его вращения. Эта система может постоянно обеспечивать достаточное количество энергии, без участия внешних факторов. Поэтому колебания масляной пленки характеризуются серьезностью, внезапностью и иногда проявлением прерывистых ревущих звуков. Для подвижно-упорных подшипников, которые широко используются в крупных установках, теоретические расчеты показывают, что при игнорировании массы элементов подшипника и сил трения в опорах, перекрестная жесткость таких подшипников равна нулю; в результате не может возникать вихревых движений в масляной пленке и колебаний этой пленки. Поскольку плитки могут свободно качаться, сила масляного слоя автоматически регулируется таким образом, чтобы проходить через ось вращения, тем самым совпадая с направлением нагрузки. Это устраняет силу, действующую в тангенциальном направлении в масляном слое, и тем самым полностью исключает причину возникновения вихревых движений. Однако на практике часто возникают ситуации, не соответствующие условиям проектирования, такие как трение в опорных точках, недостаточная затяжка подшипников, слишком высокая вязкость смазки и т. д., поэтому у подшипников с наклонными пластинами также может возникать колебание масляного слоя. Что касается других типов подшипников, таких как цилиндрические подшипники, эллиптические подшипники, подшипники с несколькими масляными клиньями и т. д., то во всех случаях, когда речь идет о высоких скоростях и небольших нагрузках, может возникать вихревое движение масляного слоя и его колебания. 4. Диагностика неисправностей, связанных с вибрацией скользящих подшипников. Факторы, влияющие на вибрацию скользящих подшипников, в основном включают вибрацию, возникающую из-за зазоров, тепловое дисбалансирование, вызванное трением в оборудовании с высокими параметрами, а также проблемы нестабильности, связанные с масляной пленкой. Остальные виды вибрации обусловлены воздействием колебаний роторной системы на кронштейны подшипников; в таких случаях можно использовать методы диагностики других механических неисправностей, описанные в данной документации. Что касается таких неисправностей, как отслоение материала, трещины и износ обычного оборудования при низких параметрах работы, то они не проявляются явно в виде вибраций; однако анализ масла часто позволяет выявить эти проблемы. Методы диагностики неисправностей, связанных с вибрацией скользящих подшипников: 1. Когда подшипники работают некорректно или проявляются признаки трения, это может не сопровождаться заметной вибрацией. Однако температура подшипников значительно повышается. Можно отслеживать изменения температуры на показателях, расположенных непосредственно на устройстве, а также температуру охлаждающей воды и масла. Также стоит обращать внимание на изменение цвета смазочного масла. 2. Когда вибрация вызвана чрезмерной зазорностью или ослаблением крепления подшипников, вертикальная вибрация значительно усиливается, а соотношение её к горизонтальной амплитуде снижается, приближаясь к горизонтальной амплитуде или даже превышая её. Вибрация обычно проявляется более заметно именно в этом подшипнике. 3. Если оборудование оснащено бесконтактными датчиками для измерения вибрации валов, то износ подшипников обычно сопровождается значительным увеличением напряжения в разрыве постоянного тока, что указывает на степень износа подшипников относительно положения датчика. 4. При вихревых колебаниях масляного слоя амплитуда резко увеличивается при достижении двигателем определенной скорости вращения; при изменении температуры масла амплитуда колебаний также существенно меняется. 5. Нарушения в работе масляной пленки возникают только на гибких роторах, причем частота их колебаний близка к половине частоты вращения. У подшипников с небольшой нагрузкой до этой скорости вращения может сначала возникнуть вихревое движение масляного слоя. У тяжелых подшипников в процессе увеличения скорости может возникнуть колебание масляного слоя. 6. При возникновении вихрей или колебаний масляной пленки необходимо повысить давление смазки; иногда вибрации становятся более заметными. 7. Явление задержки частоты колебаний масляной пленки. В процессе увеличения скорости, когда она превышает пороговую скорость дестабилизации, возникают колебания масляной пленки. Однако после возникновения колебаний масляной пленки, когда скорость двигателя снижается до этого порогового значения, вибрация не уменьшается. Вибрации уменьшаются только тогда, когда скорость вращения снижается ещё больше. В процессе увеличения и снижения скорости возникают колебания масляной пленки; между скоростью, при которой эти колебания появляются, и скоростью, при которой они исчезают, существует разница. Это явление называется задержкой скорости. 8. Колебания обладают двумя характеристиками: большой амплитудой и внезапностью. При приближении к колебаниям масляной пленки появляются нестабильные низкочастотные компоненты колебаний, амплитуда которых то увеличивается, то снижается. Как только возникают колебания нефтяной пленки, амплитуда колебаний резко увеличивается в течение короткого времени (нескольких секунд), причем эта амплитуда значительно превышает амплитуду обычных принудительных колебаний. 9. Для выявления незначительных трещин и других дефектов в подшипниках оси наиболее эффективным методом по-прежнему является детекторное обследование металла во время остановки оборудования. 10. При вихревом движении масляной пленки могут возникать осевые траектории в виде двух или нескольких кругов; формы колебаний, связанные с вторичными гармониками, также имеют извилистую структуру. 11. При слишком большом зазоре в соединении многочисленны и заметны гармонические составляющие частоты, что аналогично явлению механической ослабленности. Скольжущие подшипники с слишком большим зазором могут приводить к тому, что небольшие дисбалансы, несоосность или другие связанные с этим факторы создают вибрационный спектр с высокочастотными гармониками. В этом случае подшипник не является источником неисправности. Однако, если зазор в подшипниках соответствует установленным требованиям, амплитуда вибраций не будет увеличиваться. 12. При вихревых колебаниях масляной пленки амплитуда получастотных составляющих значительно увеличивается, однако она обычно меньше амплитуды частотных составляющих. При увеличении скорости вращения порядок соотношения между получастотными и частотными составляющими сохраняется. 13. До колебаний масляной пленки вибрации в основном состоят из компонентов рабочей частоты. После резкого изменения колебаний амплитуда частоты сети уменьшается, в то время как амплитуда низкочастотных компонентов **превышает амплитуду частоты сети и становится основной частотной составляющей. 14. При возникновении колебаний масляной пленки амплитуда вибраций резко увеличивается, и при дальнейшем повышении частоты вращения она больше не меняется. Частота вибрации всегда равна собственной частоте роторной системы и не меняется при изменении скорости вращения. Фазы вибрации подшипников на обоих концах ротора практически одинаковы.