汽輪機主油泵浮動軸承巴氏合金脫殼問題全解析

在發電廠蒸汽輪機系統中，主油泵作為潤滑、冷卻及控制油路的核心部件，其浮動軸承的性能直接影響機組運行的安全性與穩定性。浮動軸承通過巴氏合金層與軸頸形成低摩擦接觸面，承擔支撐轉子、降低機械損耗的關鍵作用。

• 一、浮動軸承的結構與工作原理

結構組成
浮動軸承一般由鋼制基體與巴氏合金襯層構成。巴氏合金層通過澆鑄工藝與基體結合，形成厚度約1-2mm的減磨層。其工作表面經精密加工，表面粗糙度需達到Ra0.2μm以下，以確保油膜的連續性。
潤滑機制
浮動軸承采用雙層油膜潤滑：
內層油膜：由主油泵出口壓力油（約0.25-0.4MPa）注入軸承間隙，形成動壓油膜，承載軸頸載荷。
外層油膜：通過軸承座回油腔形成靜壓油膜，平衡軸向推力。
雙層油膜設計使軸承相對線速度降低，摩擦功耗減少30%-50%，溫升控制更穩定。
浮動特性
浮動軸承與軸頸、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。這種結構可自動補償軸系熱膨脹，避免因熱態變形導致的接觸應力集中。

• 二、巴氏合金脫殼的失效機理與危害

脫殼原因分析
根據《蒸汽輪機主油泵浮動軸承巴氏合金脫殼分析研究》及工程實踐，脫殼主要源于以下因素：
結合力不足：澆鑄溫度控制不當（低于280℃）或基體表面清潔度差，導致巴氏合金與基體金屬間形成冶金缺陷。
熱應力疲勞：軸承在啟動-停機循環中承受交變熱應力，巴氏合金層因熱膨脹系數差異（巴氏合金線膨脹系數為17×10??/℃，鋼基體為11×10??/℃）產生裂紋。
機械過載：軸系振動超標（如轉子不平衡量超過0.05mm）或油膜振蕩，導致局部接觸應力超過巴氏合金抗壓強度（約100MPa）。
失效后果
振動加劇：脫殼碎片進入油膜間隙，引發周期性沖擊載荷，使軸振幅值升高50%-100%。
油溫異常：摩擦功耗增加導致潤滑油溫升超過60℃，加速油質劣化。
災難性事故：若巴氏合金層完全剝落，軸頸與鋼基體直接接觸，可能在10分鐘內導致軸承燒毀。

• 三、工程對策與預防措施

材料與工藝優化
合金成分改進：采用含銻10%-12%、銅5%-8%的高強度巴氏合金，提升抗疲勞性能。
表面處理技術：基體金屬鍍錫層厚度控制在3-5μm，澆鑄前預熱至200-250℃以增強結合力。
運行監控與維護
振動監測：在軸承座X/Y方向布置加速度傳感器，設置報警閾值為50μm/s，跳機閾值為80μm/s。
油液分析：每月檢測潤滑油中鐵譜值，若Fe元素含量超過20ppm，需排查軸承磨損。
溫度控制：軸承回油溫度超過65℃時，需檢查冷卻器效率或油泵流量。
典型案例處理
某600MW機組主油泵浮動軸承曾發生巴氏合金脫殼，經拆解發現：
脫殼區域集中在軸承進油側，對應軸頸表面存在明顯劃痕；
油膜厚度測量顯示最小間隙僅為0.015mm（設計值為0.04mm）；

采取修復措施包括：更換高強度巴氏合金襯層、優化軸頸表面粗糙度至Ra0.1μm、調整油楔角度至60°。修復后機組連續運行18個月未再發生同類故障。