汽轮机主油泵浮动轴承巴氏合金脱壳问题全解析
在发电厂蒸汽轮机系统中，主油泵作为润滑、冷却及控制油路的核心部件，其浮动轴承的性能直接影响机组运行的安全性与稳定性。浮动轴承通过巴氏合金层与轴颈形成低摩擦接触面，承担支撑转子、降低机械损耗的关键作用。
结构组成
浮动轴承一般由钢制基体与巴氏合金衬层构成。巴氏合金层通过浇铸工艺与基体结合，形成厚度约1-2mm的减磨层。其工作表面经精密加工，表面粗糙度需达到Ra0.2μm以下，以确保油膜的连续性。
润滑机制
浮动轴承采用双层油膜润滑：
内层油膜：由主油泵出口压力油（约0.25-0.4MPa）注入轴承间隙，形成动压油膜，承载轴颈载荷。
外层油膜：通过轴承座回油腔形成静压油膜，平衡轴向推力。
双层油膜设计使轴承相对线速度降低，摩擦功耗减少30%-50%，温升控制更稳定。
浮动特性
浮动轴承与轴颈、轴承座间均存在间隙（通常为0.03-0.08mm），允许轴承随轴颈微幅摆动。这种结构可自动补偿轴系热膨胀，避免因热态变形导致的接触应力集中。
脱壳原因分析
根据《蒸汽轮机主油泵浮动轴承巴氏合金脱壳分析研究》及工程实践，脱壳主要源于以下因素：
结合力不足：浇铸温度控制不当（低于280℃）或基体表面清洁度差，导致巴氏合金与基体金属间形成冶金缺陷。
热应力疲劳：轴承在启动-停机循环中承受交变热应力，巴氏合金层因热膨胀系数差异（巴氏合金线膨胀系数为17×10⁻⁶/℃，钢基体为11×10⁻⁶/℃）产生裂纹。
机械过载：轴系振动超标（如转子不平衡量超过0.05mm）或油膜振荡，导致局部接触应力超过巴氏合金抗压强度（约100MPa）。
失效后果
振动加剧：脱壳碎片进入油膜间隙，引发周期性冲击载荷，使轴振幅值升高50%-100%。
油温异常：摩擦功耗增加导致润滑油温升超过60℃，加速油质劣化。
灾难性事故：若巴氏合金层完全剥落，轴颈与钢基体直接接触，可能在10分钟内导致轴承烧毁。
材料与工艺优化
合金成分改进：采用含锑10%-12%、铜5%-8%的高强度巴氏合金，提升抗疲劳性能。
表面处理技术：基体金属镀锡层厚度控制在3-5μm，浇铸前预热至200-250℃以增强结合力。
运行监控与维护
振动监测：在轴承座X/Y方向布置加速度传感器，设置报警阈值为50μm/s，跳机阈值为80μm/s。
油液分析：每月检测润滑油中铁谱值，若Fe元素含量超过20ppm，需排查轴承磨损。
温度控制：轴承回油温度超过65℃时，需检查冷却器效率或油泵流量。
典型案例处理
某600MW机组主油泵浮动轴承曾发生巴氏合金脱壳，经拆解发现：
脱壳区域集中在轴承进油侧，对应轴颈表面存在明显划痕；
油膜厚度测量显示最小间隙仅为0.015mm（设计值为0.04mm）；
采取修复措施包括：更换高强度巴氏合金衬层、优化轴颈表面粗糙度至Ra0.1μm、调整油楔角度至60°。修复后机组连续运行18个月未再发生同类故障。
