了解转子旋转和鞭状不稳定性

定义：什么是旋转和鞭打？

油膜涡流 和 油鞭 是两种相关且高度危险的自我激励形式， 次同步 配备油膜（轴颈）轴承的高速旋转机械中发生的振动。它们不是由不平衡等问题引起的强迫振动，而是 转子不稳定性 转子本身的运动会产生维持并增强振动的力。两者的特点都是转子轴在其轴承间隙内“旋转”——沿着较大的轨道向前旋转。

机制：它是如何发生的？

在油膜轴承中，旋转轴由高压油楔支撑。轴不在轴承的中心，而是位于轴承的一侧。当油被轴拖动时，油本身以略低于轴表面速度一半的平均速度循环。

油膜涡流 当循环油膜开始“推动”轴承周围的轴时，就会发生涡动，导致轴在较大的向前轨道上进动。涡动的频率由油膜的平均速度决定，通常在 42% 和 48% 轴的运转速度（0.42x 至 0.48x）。这是典型的次同步振动特征。

油旋：前兆

油膜涡动往往是失稳的初始阶段，其特征是：

• 频率： 在 0.42x 和 0.48x RPM 之间的 FFT 频谱中出现明显的峰值。
• 行为： 随着机器速度的增加，旋转的频率也会增加，始终保持在~45% 范围内。
• 严重性： 它会引起剧烈但有时稳定的振动。它可能随着机器负载、速度或油温的变化而出现或消失。虽然它令人不快，但并不总是会立即造成破坏。

石油鞭子：致命危险

油鞭 油膜涡动是一种更为严重和危险的状况，由油膜涡动引起。当机器转速增加到油膜涡动频率（约45%运转速度）等于转子的 一阶固有频率 （其第一个临界速度）。

当这种情况发生时，油膜涡动会“锁定”转子的固有频率，并引发共振。油膜涡动的特点如下：

• 频率： 振动频率“锁定”在转子的第一固有频率上，即使机器继续加速，也不会进一步增加。
• 振幅： 振动幅度变得非常大，变得剧烈且不稳定。
• 行为： 油膜振荡极具破坏性，不会因进一步提高转速而消失。它会在很短的时间内对轴承、密封件和转子本身造成灾难性的损坏。

油膜振荡的起始转速通常略高于转子第一临界转速的两倍。发生油膜振荡的机器需要立即停机。

如何识别旋转和鞭打

• 频谱分析： 寻找强劲的次同步峰值。启动过程中，如果峰值频率随转速增加而增加，则为涡动。如果峰值频率在某一点“持平”，而1倍转速峰值继续增加，则已转变为鞭动。
• 轨道图: 轴的轨道将是一个大的、向前进动的圆或椭圆，通常会叠加 1 倍运行速度的振动，形成“环形”外观。
• 瀑布图: 启动测试的瀑布图提供了最清晰的图像，显示油膜涡动频率随速度的增加而增加，直到与第一个固有频率相交并转变为油膜振荡。

原因和解决方案

这些不稳定性非常复杂，受轴承设计、转子几何形状、油粘度、温度和负载的影响。它们并非由不平衡引起，也无法通过平衡来解决。解决方案通常是设计层面的改进，例如：

• 改为更稳定的轴承设计（例如，可倾瓦轴承）。
• 改变油的粘度或温度。
• 增加轴承负荷。
• 在轴承中引入凹槽或坝等结构来扰乱油的圆周流动。

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