汽轮机轴承油膜的形成是一个涉及流体力学、材料科学及转子动力学的复杂过程，其稳定性直接影响机组的安全运行。以下从机理、条件、影响因素及典型结构等角度展开详细解析：

一、油膜形成的核心机理：动压润滑理论

汽轮机滑动轴承（如圆筒瓦、椭圆瓦、可倾瓦等）依赖动压油膜实现润滑，其原理基于雷诺方程（流体动力润滑的基本方程）。具体过程如下：

1.静止状态：

轴颈（转子轴）静止时，因重力作用坐落于轴承底部，轴颈与轴承内表面形成楔形间隙（下部间隙小，上部间隙大），润滑油通过供油系统充满间隙。

2.旋转启动：

转子开始旋转时，轴颈表面因粘性力带动润滑油沿圆周方向流动。由于楔形间隙“进口大、出口小”，油流被挤压在逐渐收缩的间隙内，产生动压力。

3.油膜建立：

当转速达到临界值时，动压力足以支撑转子重量，轴颈被油膜托起，与轴承内壁分离，形成稳定的承载油膜。此时，油膜压力的垂直分力平衡转子的径向载荷，周向分力则抵消摩擦阻力。

二、油膜形成的必要条件

1.收敛楔形间隙：

轴承内表面与轴颈需形成收敛型间隙（如椭圆形、楔形），确保油流在流动过程中被压缩，产生动压。若间隙均匀（如圆柱形），则无法形成有效油膜。

2.润滑油粘性：

润滑油必须具有合适的粘度：

① 粘度过低：油膜易被挤压破裂，导致金属直接接触磨损；

② 粘度过高：油流阻力大，发热严重，可能引发油膜不稳定（如油膜振荡）。

汽轮机通常采用透平油（如L-TSA 46），其粘度需匹配运行温度（正常油温40~50℃）。

3.相对运动速度：

转子转速需足够高，确保油流速度能产生足够动压。低速时（如盘车状态），油膜较薄，轴承处于边界润滑状态，磨损风险较高。

4.连续供油：

供油系统需持续向轴承间隙供油，补充因泄漏和温升损耗的油量，并带走摩擦热及杂质。

三、油膜的压力分布与稳定性

1.压力分布特征：

① 在楔形间隙的最小截面（“油楔喉部”），油膜压力达到峰值，向两侧逐渐衰减；

② 油膜压力沿周向呈不对称分布，最大压力点偏向旋转方向的下游。

（注：实际应用中需通过计算或实验确定具体分布）

2.油膜稳定性挑战：

① 油膜涡动：当转子转速超过第一临界转速的2倍时，油膜可能发生低频涡动（涡动频率约为0.4~0.5倍转速），引发振动；

② 油膜振荡：涡动进一步发展可能导致自激振荡（频率接近转子一阶临界频率），造成轴承烧毁或转子损坏。

应对措施 ：采用多油楔轴承（如椭圆瓦、三油楔瓦）、可倾瓦轴承（瓦块可自动调整角度）或优化润滑油粘度，增强油膜抗振性。

四、典型轴承结构对油膜的影响

1.圆筒瓦轴承：

 单油楔结构，结构简单，但稳定性较差，易发生油膜涡动，多用于低速或中小型机组。

2.椭圆瓦轴承：

 上下双油楔结构，油膜刚性好，稳定性优于圆筒瓦，广泛用于汽轮机高压转子。

3.可倾瓦轴承：

 由3~5块可倾瓦块组成，每块瓦块均能随载荷和转速自动调整角度，形成独立油楔，抗振性能极佳，适用于高参数、大机组（如百万千瓦级汽轮机）。

4.推力轴承（金斯伯雷式）：

 用于承受轴向载荷，瓦块表面呈斜面，转子推力盘旋转时形成倾斜油楔，油膜压力平衡轴向推力。

五、关键影响因素与运行控制

1.油温与粘度：

 油温升高会降低油的粘度，导致油膜变薄；油温过低则粘度增大，油流阻力大。需通过冷油器将油温控制在合理范围（如40±5℃）。

2.轴承间隙：

① 间隙过大：油膜易失稳，振动增大；

② 间隙过小：油流量不足，散热差，可能引发高温。

安装时需通过研刮轴承或调整垫片精确控制间隙（通常为轴颈直径的0.1~0.2‰）。

3.载荷变化：

① 机组变负荷时，转子轴向推力改变，可能影响推力轴承油膜；径向载荷突变（如叶片断裂）可能导致油膜瞬时破裂。

4.油质清洁度：

② 油中杂质（金属颗粒、水分、油泥）会划伤轴承表面，破坏油膜连续性，需通过滤油器定期净化。

六、总结：油膜形成的本质与意义

汽轮机轴承油膜的本质是流体动压效应与转子运动的动态平衡，其核心目标是通过油膜将固体摩擦转化为液体分子间的内摩擦，从而：

① 降低磨损，延长轴承寿命；

② 吸收振动能量，抑制转子振动；

③k高效散热，维持轴承正常工作温度。

理解油膜形成机理及影响因素，对机组安装调试（如轴承间隙调整）、运行监控（如油温、振动值）及故障处理（如油膜振荡诊断）具有关键指导意义。

来源：发电生产技术园地

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