汽輪機(jī)主油泵浮動(dòng)軸承巴氏合金脫殼問(wèn)題全解析
在發(fā)電廠蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)中，主油泵作為潤(rùn)滑、冷卻及控制油路的核心部件，其浮動(dòng)軸承的性能直接影響機(jī)組運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。浮動(dòng)軸承通過(guò)巴氏合金層與軸頸形成低摩擦接觸面，承擔(dān)支撐轉(zhuǎn)子、降低機(jī)械損耗的關(guān)鍵作用。
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一、浮動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與工作原理
結(jié)構(gòu)組成
浮動(dòng)軸承一般由鋼制基體與巴氏合金襯層構(gòu)成。巴氏合金層通過(guò)澆鑄工藝與基體結(jié)合，形成厚度約1-2mm的減磨層。其工作表面經(jīng)精密加工，表面粗糙度需達(dá)到Ra0.2μm以下，以確保油膜的連續(xù)性。
潤(rùn)滑機(jī)制
浮動(dòng)軸承采用雙層油膜潤(rùn)滑：
內(nèi)層油膜：由主油泵出口壓力油（約0.25-0.4MPa）注入軸承間隙，形成動(dòng)壓油膜，承載軸頸載荷。
外層油膜：通過(guò)軸承座回油腔形成靜壓油膜，平衡軸向推力。
雙層油膜設(shè)計(jì)使軸承相對(duì)線速度降低，摩擦功耗減少30%-50%，溫升控制更穩(wěn)定。
浮動(dòng)特性
浮動(dòng)軸承與軸頸、軸承座間均存在間隙（通常為0.03-0.08mm），允許軸承隨軸頸微幅擺動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)可自動(dòng)補(bǔ)償軸系熱膨脹，避免因熱態(tài)變形導(dǎo)致的接觸應(yīng)力集中。
脫殼原因分析
根據(jù)《蒸汽輪機(jī)主油泵浮動(dòng)軸承巴氏合金脫殼分析研究》及工程實(shí)踐，脫殼主要源于以下因素：
結(jié)合力不足：澆鑄溫度控制不當(dāng)（低于280℃）或基體表面清潔度差，導(dǎo)致巴氏合金與基體金屬間形成冶金缺陷。
熱應(yīng)力疲勞：軸承在啟動(dòng)-停機(jī)循環(huán)中承受交變熱應(yīng)力，巴氏合金層因熱膨脹系數(shù)差異（巴氏合金線膨脹系數(shù)為17×10??/℃，鋼基體為11×10??/℃）產(chǎn)生裂紋。
機(jī)械過(guò)載：軸系振動(dòng)超標(biāo)（如轉(zhuǎn)子不平衡量超過(guò)0.05mm）或油膜振蕩，導(dǎo)致局部接觸應(yīng)力超過(guò)巴氏合金抗壓強(qiáng)度（約100MPa）。
失效后果
振動(dòng)加劇：脫殼碎片進(jìn)入油膜間隙，引發(fā)周期性沖擊載荷，使軸振幅值升高50%-100%。
油溫異常：摩擦功耗增加導(dǎo)致潤(rùn)滑油溫升超過(guò)60℃，加速油質(zhì)劣化。
災(zāi)難性事故：若巴氏合金層完全剝落，軸頸與鋼基體直接接觸，可能在10分鐘內(nèi)導(dǎo)致軸承燒毀。
材料與工藝優(yōu)化
合金成分改進(jìn)：采用含銻10%-12%、銅5%-8%的高強(qiáng)度巴氏合金，提升抗疲勞性能。
表面處理技術(shù)：基體金屬鍍錫層厚度控制在3-5μm，澆鑄前預(yù)熱至200-250℃以增強(qiáng)結(jié)合力。
運(yùn)行監(jiān)控與維護(hù)
振動(dòng)監(jiān)測(cè)：在軸承座X/Y方向布置加速度傳感器，設(shè)置報(bào)警閾值為50μm/s，跳機(jī)閾值為80μm/s。
油液分析：每月檢測(cè)潤(rùn)滑油中鐵譜值，若Fe元素含量超過(guò)20ppm，需排查軸承磨損。
溫度控制：軸承回油溫度超過(guò)65℃時(shí)，需檢查冷卻器效率或油泵流量。
典型案例處理
某600MW機(jī)組主油泵浮動(dòng)軸承曾發(fā)生巴氏合金脫殼，經(jīng)拆解發(fā)現(xiàn)：
脫殼區(qū)域集中在軸承進(jìn)油側(cè)，對(duì)應(yīng)軸頸表面存在明顯劃痕；
油膜厚度測(cè)量顯示最小間隙僅為0.015mm（設(shè)計(jì)值為0.04mm）；
采取修復(fù)措施包括：更換高強(qiáng)度巴氏合金襯層、優(yōu)化軸頸表面粗糙度至Ra0.1μm、調(diào)整油楔角度至60°。修復(fù)后機(jī)組連續(xù)運(yùn)行18個(gè)月未再發(fā)生同類(lèi)故障。
