离心泵基础：巴氏合金轴承及维修知识分享

离心泵基础：巴氏合金轴承及维修知识分享

前言

巴氏合金轴承经常出现在大型发电厂的大型锅炉给水泵、汽轮机和发电机中。基本上，它们支撑轴（转子）的重量，并为旋转的高速轴提供一个无损伤的表面。轴承的内衬用巴氏合金粘结，巴氏合金是一种低熔点的软合金。当润滑系统发生污染或故障时，较软的合金会磨损。

巴氏合金轴承用于油润滑系统，具有不同的设计。这些是基于轴的转速和稳定性、轴承负荷和冷却、对中和电气要求。可以在巴氏合金轴承上安装温度和振动传感器，或根据需要用水冷却。

总的来说，巴氏合金轴承需要最少的维护，并且可以在没有太多关注的情况下长时间运行。它们不仅支撑机械部件，而且还防止摩擦退化。驱动机功率越大、转子重量越重，轴承就必须越牢固。

巴氏合金轴承的历史

伊萨克·巴比特（Isaac Babbitt）于1839年发明了巴比特金属。1799年7月26日，他出生在马萨诸塞州的Taunton。这种柔软的有色白色合金后来被用于制造轴承表面。它的特性有助于减少摩擦。

巴比特以发明家闻名，很快就获得了这种新型合金的专利。最初的配方包括89.3%的锡、7.1%的锑和3.6%的铜。该配方一直沿用至今，被称为正宗巴氏合金或ASTM B-23 2级巴氏合金。

乍一看，巴氏合金材料似乎不适合做轴承，这是因为它很容易损坏，而且很柔软。外观具有欺骗性，因为这种合金的整体结构由较小的硬晶体构成。当轴承开始磨损时，这种固体晶体就会暴露出来。它还为润滑剂在较高的点之间流动提供了通道。

巴氏合金轴承的工作原理

巴氏合金轴承的力学原理很简单。任何轴承要正常工作，必须产生低摩擦。旋转物体上的阻力越小，它就越容易转动。

对于巴氏合金轴承，这种低摩擦有两种原因。首先，巴氏合金的材料提供的阻力较小，即使没有润滑，与铸铁或钢相比，摩擦也更小。

一旦添加了润滑油，这些轴承将保持非常低的摩擦，甚至比许多滚珠轴承的摩擦还少得多。

当然，要做到这一点，轴承必须得到适当的润滑。理想情况下，巴氏合金所支撑的旋转轴吸入油，并形成一层薄薄的油膜，以保持润滑。

例如，当轴保持静止时，其负载与巴氏合金表面接触。因为轴承内部有油，所以轴在每个接触点都被润滑油包围。当轴转动时，来自周围区域的油被吸入轴的下方。这会形成楔形油膜。在理想情况下，轴漂浮在油膜上，根本不会接触轴承材料。

如果没有足够的润滑油，或者由于粘度差、转速不足、负载过大而发生故障，则轴承可能会变热，但通常不会导致严重问题。

巴氏合金轴承的维修

巴氏合金轴承如果维护得当，可以提供多年的服务。通过使用最先进的技术和维修实践，专门从事巴氏合金轴承的售后供应商可以通过以下方式维修设备，并延长巴氏合金轴承的使用寿命：

1）将铅基合金转换为锡基合金，从而增强粘结力，延长轴承的使用寿命

2）提供离心浇铸，这可以更好地替代静态浇铸，以增强粘结力

3）将铸铁外壳转换为钢外壳，从而形成更好的粘结并提高整体强度

4）增强加工实践，并减少手工刮瓦的需求

巴氏合金轴承修复后，维修中心应对轴承进行质量检查，确保适当的轴间隙和溢油，确保油孔尺寸符合规范和同心度，并对所有零件进行超声波检查，以确保正确粘结。

为了确保较长的使用寿命，在浇铸过程中，新的巴氏合金材料必须无污染并符合严格的规范。巴氏合金和轴承必须保持特定的温度，以防止锡的脱除和氧化。在旋转铸造过程中，还必须保持每分钟的特定转数。其它关键因素是巴氏合金与轴瓦的良好粘合，以及适当的外部尺寸和销的对中。虽然巴氏合金轴承和任何轴承一样耐用，但当在不利条件下运行或旋转设备内部发生灾难性故障时，它们最终可能会失效。图1正是美国一家发电厂在典型工作日发生的情况。

图1 损坏的轴承

图2 修复巴氏合金的离心铸造机

图3 维修后的巴氏合金轴承

工程案例

对任何发电实体来说，确保企业和居民每天24小时都能获得电力是一个挑战。当美国最大的发电和输电合作社之一遇到汽轮机问题时，一家专门从事巴氏合金轴承的售后市场供应商接到了求助电话。

燃煤发电厂的一台汽轮机被迫关闭。在一系列同时发生且不太可能发生的事件中，主润滑油泵和备用润滑油泵都无法运行，导致汽轮机和发电机组内所有关键巴氏合金轴承都失去了润滑油供应。润滑中断导致汽轮机和发电机巴氏合金轴承出现严重损坏。

与大多数轴承类型一样，巴氏合金轴承需要润滑剂来减少摩擦，去除轴承、旋转轴和轴承箱的热量。巴氏合金轴承是一种流体膜或流体动力轴承，这意味着轴承表面和轴之间需要一层润滑油的流体膜（油膜）。油膜实际上在润滑、减少摩擦和带走热量时支撑着轴。这种轴承类型用于关键设备，因为其具有处理高轴速和振动的独特能力。这些独特的轴承还用于在运行环境中存在杂质时具有可嵌入性。

在强制停机后，售后市场供应商立即成为首批待命的公司之一，以协助即将到来的维修。由于生产损失可能对电厂造成重大的财务影响，维修需要全天候的努力，以满足必要的交付并恢复发电能力。

合作社充分、全面地评估了损坏情况，发现有九个轴承严重损坏，其中四个最终需要完全重建轴瓦并重新浇铸巴氏合金，九个导油板也需要重建。

对轴承和导油板最严重的损坏来自汽轮机轴颈在穿过巴氏合金衬里后与轴瓦接触。过多的热量积聚导致所有关键配合区域的变形、扭曲。

要使这些轴承恢复到可用状态，需要对轴承外部尺寸（球面轴承座）进行堆焊，并对轴瓦进行应力消除，然后离心浇铸巴氏合金。此外，在最终机加工之前，有必要铣削分型线以恢复平整度，重新钻孔并固定所有对齐孔。

修复轴承内孔后，最后的修复步骤是在之前堆焊的轴承的外部尺寸上加工球面轴承座。因为这个关键表面的尺寸必须精确，所以球面轴承座是在CNC车床上精加工的，然后手动安装到轴承箱上，以确保它们符合OEM规格。

在维修过程中，售后市场供应商满足了所有要求的交付日期，同时保持了此类工作所需的高质量标准。该项目从最初的接触到完成，耗时约五周，需要多次通宵装运，每个轴承重达三吨。大部分工作由巴氏合金维修专家在集中地点进行。然而，由于所需机器工作的范围和项目的紧迫性，需要其它资源和供应商合作伙伴提供协助。