離心泵基礎：巴氏合金軸承及維修知識分享

離心泵基礎：巴氏合金軸承及維修知識分享

前言

巴氏合金軸承經常出現在大型發電廠的大型鍋爐給水泵、汽輪機和發電機中。基本上，它們支撐軸（轉子）的重量，並為旋轉的高速軸提供一個無損傷的表麵。軸承的內襯用巴氏合金粘結，巴氏合金是一種低熔點的軟合金。當潤滑係統發生汙染或故障時，較軟的合金會磨損。

巴氏合金軸承用於油潤滑係統，具有不同的設計。這些是基於軸的轉速和穩定性、軸承負荷和冷卻、對中和電氣要求。可以在巴氏合金軸承上安裝溫度和振動傳感器，或根據需要用水冷卻。

總的來說，巴氏合金軸承需要最少的維護，並且可以在沒有太多關注的情況下長時間運行。它們不僅支撐機械部件，而且還防止摩擦退化。驅動機功率越大、轉子重量越重，軸承就必須越牢固。

巴氏合金軸承的曆史

伊薩克·巴比特（Isaac Babbitt）於1839年發明了巴比特金屬。1799年7月26日，他出生在馬薩諸塞州的Taunton。這種柔軟的有色白色合金後來被用於製造軸承表麵。它的特性有助於減少摩擦。

巴比特以發明家聞名，很快就獲得了這種新型合金的專利。最初的配方包括89.3%的錫、7.1%的銻和3.6%的銅。該配方一直沿用至今，被稱為正宗巴氏合金或ASTM B-23 2級巴氏合金。

乍一看，巴氏合金材料似乎不適合做軸承，這是因為它很容易損壞，而且很柔軟。外觀具有欺騙性，因為這種合金的整體結構由較小的硬晶體構成。當軸承開始磨損時，這種固體晶體就會暴露出來。它還為潤滑劑在較高的點之間流動提供了通道。

巴氏合金軸承的工作原理

巴氏合金軸承的力學原理很簡單。任何軸承要正常工作，必須產生低摩擦。旋轉物體上的阻力越小，它就越容易轉動。

對於巴氏合金軸承，這種低摩擦有兩種原因。首先，巴氏合金的材料提供的阻力較小，即使沒有潤滑，與鑄鐵或鋼相比，摩擦也更小。

一旦添加了潤滑油，這些軸承將保持非常低的摩擦，甚至比許多滾珠軸承的摩擦還少得多。

當然，要做到這一點，軸承必須得到適當的潤滑。理想情況下，巴氏合金所支撐的旋轉軸吸入油，並形成一層薄薄的油膜，以保持潤滑。

例如，當軸保持靜止時，其負載與巴氏合金表麵接觸。因為軸承內部有油，所以軸在每個接觸點都被潤滑油包圍。當軸轉動時，來自周圍區域的油被吸入軸的下方。這會形成楔形油膜。在理想情況下，軸漂浮在油膜上，根本不會接觸軸承材料。

如果沒有足夠的潤滑油，或者由於粘度差、轉速不足、負載過大而發生故障，則軸承可能會變熱，但通常不會導致嚴重問題。

巴氏合金軸承的維修

巴氏合金軸承如果維護得當，可以提供多年的服務。通過使用最先進的技術和維修實踐，專門從事巴氏合金軸承的售後供應商可以通過以下方式維修設備，並延長巴氏合金軸承的使用壽命：

1）將鉛基合金轉換為錫基合金，從而增強粘結力，延長軸承的使用壽命

2）提供離心澆鑄，這可以更好地替代靜態澆鑄，以增強粘結力

3）將鑄鐵外殼轉換為鋼外殼，從而形成更好的粘結並提高整體強度

4）增強加工實踐，並減少手工刮瓦的需求

巴氏合金軸承修複後，維修中心應對軸承進行質量檢查，確保適當的軸間隙和溢油，確保油孔尺寸符合規範和同心度，並對所有零件進行超聲波檢查，以確保正確粘結。

為了確保較長的使用壽命，在澆鑄過程中，新的巴氏合金材料必須無汙染並符合嚴格的規範。巴氏合金和軸承必須保持特定的溫度，以防止錫的脫除和氧化。在旋轉鑄造過程中，還必須保持每分鍾的特定轉數。其它關鍵因素是巴氏合金與軸瓦的良好粘合，以及適當的外部尺寸和銷的對中。雖然巴氏合金軸承和任何軸承一樣耐用，但當在不利條件下運行或旋轉設備內部發生災難性故障時，它們最終可能會失效。圖1正是美國一家發電廠在典型工作日發生的情況。

圖1 損壞的軸承

圖2 修複巴氏合金的離心鑄造機

圖3 維修後的巴氏合金軸承

工程案例

對任何發電實體來說，確保企業和居民每天24小時都能獲得電力是一個挑戰。當美國最大的發電和輸電合作社之一遇到汽輪機問題時，一家專門從事巴氏合金軸承的售後市場供應商接到了求助電話。

燃煤發電廠的一台汽輪機被迫關閉。在一係列同時發生且不太可能發生的事件中，主潤滑油泵和備用潤滑油泵都無法運行，導致汽輪機和發電機組內所有關鍵巴氏合金軸承都失去了潤滑油供應。潤滑中斷導致汽輪機和發電機巴氏合金軸承出現嚴重損壞。

與大多數軸承類型一樣，巴氏合金軸承需要潤滑劑來減少摩擦，去除軸承、旋轉軸和軸承箱的熱量。巴氏合金軸承是一種流體膜或流體動力軸承，這意味著軸承表麵和軸之間需要一層潤滑油的流體膜（油膜）。油膜實際上在潤滑、減少摩擦和帶走熱量時支撐著軸。這種軸承類型用於關鍵設備，因為其具有處理高軸速和振動的獨特能力。這些獨特的軸承還用於在運行環境中存在雜質時具有可嵌入性。

在強製停機後，售後市場供應商立即成為首批待命的公司之一，以協助即將到來的維修。由於生產損失可能對電廠造成重大的財務影響，維修需要全天候的努力，以滿足必要的交付並恢複發電能力。

合作社充分、全麵地評估了損壞情況，發現有九個軸承嚴重損壞，其中四個最終需要完全重建軸瓦並重新澆鑄巴氏合金，九個導油板也需要重建。

對軸承和導油板最嚴重的損壞來自汽輪機軸頸在穿過巴氏合金襯裏後與軸瓦接觸。過多的熱量積聚導致所有關鍵配合區域的變形、扭曲。

要使這些軸承恢複到可用狀態，需要對軸承外部尺寸（球麵軸承座）進行堆焊，並對軸瓦進行應力消除，然後離心澆鑄巴氏合金。此外，在最終機加工之前，有必要銑削分型線以恢複平整度，重新鑽孔並固定所有對齊孔。

修複軸承內孔後，最後的修複步驟是在之前堆焊的軸承的外部尺寸上加工球麵軸承座。因為這個關鍵表麵的尺寸必須精確，所以球麵軸承座是在CNC車床上精加工的，然後手動安裝到軸承箱上，以確保它們符合OEM規格。

在維修過程中，售後市場供應商滿足了所有要求的交付日期，同時保持了此類工作所需的高質量標準。該項目從最初的接觸到完成，耗時約五周，需要多次通宵裝運，每個軸承重達三噸。大部分工作由巴氏合金維修專家在集中地點進行。然而，由於所需機器工作的範圍和項目的緊迫性，需要其它資源和供應商合作夥伴提供協助。