引言滑动轴承是大型机械设备的重要组成部分，起到支撑轴、控制轴的正常轴向以及径向运动，并润滑轴以减弱磨损的作用。一旦滑动轴承因为某些原因无法正常工作，甚至出现故障，将危及汽轮机乃至发电机组安全运行［1］。因此，对滑动轴承故障进行准确的检测，是保证发电机组安全运行的重要技术途径之一［2］。目前，滑动轴承故障检测一直是能源行业学者们的研究重点和热点之一。H.Czichos［3］提出要对整个系统统一观察分析，才能更好地解释和描述关于轴承的摩擦磨损问题；秦萍［4］提出，要将轴颈、轴瓦、润滑介质等整个工作环境看成一个整体来研究，所有的故障起因到均在于因损坏润滑油膜，使轴承与轴颈发生了摩擦。研究人员提出了油样分析、振动分析等［5］几种目前常用的轴承故障诊断方法。这些诊断措施虽然在一定程度上能够反映故障特征，但也有其局限性。由于当前用以判断轴承是否发生以及何处发生故障的技术受到科技水平的约束，所以本文拟采用声发射技术，以滑动轴承为研究对象，探究其处于各工作状态下的声发射信号特征；在300 MW汽轮发电机组模拟转子实验台上，利用该特征实验模拟工程实践中滑动轴承的几种非正常工况，并对其进行故障分析与诊断。1滑动轴承声发射产生机理1. 1滑动轴承工作原理休眠状态时，轴与轴承壳因直接接触而不再运动；滑动轴承转轴开始工作时，轴承内会被连续注入润滑油，由于转子转动会不断将油液带入轴瓦和轴颈的间隙，从而在轴颈和轴瓦间会形成密闭的楔形油膜［6］。润滑油本身存在一定的黏性，当油压越来越大时，润滑油会不断被挤压，从而使油膜产生对轴的反向支撑力，这就形成了油膜润滑。滑动轴承油楔形成原理及其受力情况如图1所示［7］。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.017.F001图1滑动轴承油楔形成原理及其受力图1. 2滑动轴承声发射现象产生机理滑动轴承声发射现象通常与以下3种状态［8-9］相关：（1）干摩擦状态。干摩擦是由于轴颈与轴瓦之间的动压油膜没有形成导致两者间直接接触而产生的，此时轴颈以及轴瓦会吸取能量。当吸收的能量积聚到一定程度，晶格位置发生变动从而将能量放出，就出现了声发射现象。（2）半干摩擦状态。当动压油膜由于转子转速低或油量减少而未完全形成时，会产生承受局部轴承负荷的油膜，使轴承负荷降低，轴颈以及轴承逐渐脱离接触。接触摩擦出现在轴瓦表面以及局部轴颈之间，产生半干摩擦。不仅如此，轴颈的转动还会带动润滑油的流动，剪切力也会出现在有润滑油作用的轴颈和轴瓦表面，使轴颈以及轴瓦的分子晶体的晶格吸取能量。当能量积聚到某个时刻，晶格位置发生变化从而放出能量，声发射现象也会由此出现。（3）正常润滑状态。此状态下润滑油保持正常，油膜也正常，使得轴瓦与轴颈彻底分开，支撑轴承负载的任务也由油膜承担。摩擦不会在发生在轴瓦与轴颈之间，而轴瓦与轴颈会在介于两者之间的剪切力作用下吸收能量。能量积聚到某种程度会爆发，这就是声发射现象产生的原因。2声发射技术2. 1声发射技术原理材料受力变形，其内部一开始平稳的低能态晶格会转化为不稳定的高能态晶格。当这类不平稳的高能态能量累积到某个水平时，即超越高能态的界限时，晶格会滑向相邻的下一个低能态，重新趋于稳定。分子晶格位置发生改变，应变能会从晶格中被放出，同时局部应变能以弹性应力波的方式发射出来，声发射（AE）［10］即为这种与动态过程伴生的放出能量的现象。声发射检测原理如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.017.F002图2声发射检测原理示意图2. 2声发射技术的应用进入21世纪，声发射检测技术作为一种成熟的无损检测方法，其技术研究目前已在石油化工工业、电力工业、材料试验、民用工程、航天和航空工业、金属加工工业、交通运输业、电子工业和医学等领域开展［11］。声发射检测技术在全世界各行业的应用的研究项目，呈现爆发式增长。3滑动轴承故障诊断实验研究3. 1试验器材在300 MW汽轮发电机组模拟转子实验台上模拟工程实践中滑动轴承的几种非正常工况，用R15α声发射传感器传递声发射信号，经过前置放大器放大，通过AE Win for PIC-2 software version 1. 9声发射系统对信号进行采集，最终以图像的形式显示。3. 2试验步骤在控制其他参数不变的情况下，对不同润滑状态下轴承的声发射信号进行研究，试验步骤如下：（1）保持转子转速在500 r/min，提高润滑油进口油温，记录其温度升至最高时的声发射信号的图像；（2）保持转子转速在500 r/min，切断润滑油进行断油实验，时长2 s，记录此时的声发射信号的图像；（3）保持转子转速在500 r/min，再次切断润滑油进行断油实验，时长5 s，记录此时的声发射信号的图像。3. 3结果与分析3. 3. 1润滑油进口油温温升分析理论上，随着润滑油进口温度的升高，轴承振动会越来越大，油膜黏度降低，最终油膜受损，使轴承不能被充分地润滑；声发射信号波动加大，轴承温度会上升。提高润滑油进口温度时所得到的声发射信号如图3所示。由图3可以看出，机组刚启动时，供油管内润滑油油温很低，油膜润滑摩擦会随着油黏度的增加而变大，轴承消耗的亦然，从而产生声发射事件。但此时声发射事件数较少且没有特别的规律，声发射信号强度也在波动。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.017.F003图3润滑油进口油温升高时的声发射信号由图3可以看出，随着时间的增加，润滑油进口油温被加热到一定程度后，油膜基本形成，声发射信号强度基本维持不变；温度持续升高，轴承不能充分被冷却。润滑油温度升高，而黏度下降，局部油膜会被损坏，使润滑油在该部位不能发挥作用。此时，声发射事件显著增多，声发射信号强度逐步提高。由此可知，随着润滑油进口油温被加热程度的逐渐加深，声发射信号强度在逐步增加。当油温上升到最大温度时，声发射信号强度在某个范围内上下波动。3. 3. 2断油时长分析理论上，断油后，进入轴承的润滑被去除，油膜受损，会产生摩擦；轴承温度会变大；声发射信号波动较大。机组断油2 s和5 s时所得到声发射信号分别如图4及图5所示。由图4和图5可知，断油2 s时的声发射事件数少于断油5 s时的。与此同时，随着断油过程的进行，轴承磨损严重，油膜会一直破裂，声发射信号强度增大。但可能是由于断油时间太短，断油2 s与5 s时的声发射信号强度相差不大，随着断油后又恢复供油，声发射信号强度又有所降低，最后趋于稳定。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.017.F004图4机组断油2 s时的声发射信号10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.017.F005图5机组断油5 s时的声发射信号4结语利用声发射技术在300 MW汽轮发电机组模拟转子实验台上进行了初步实验，通过对所得图像的分析，得到如下结论：（1）提高润滑油进口温度时，声发射事件数增多，声发射信号波动加大，轴承温度上升，用声发射信号诊断滑动轴承故障是可行的。（2）做断油实验时，断油2 s时的声发射事件数少于断油5 s时的发射事件数；且在这两个时间段内，声发射波动均有增大，用声发射信号诊断滑动轴承故障是可行的。