巴氏合金疲劳与剥落
交变的动载荷使合金层表面出现网状或龟裂状裂纹,裂纹向下扩展到结合面附近后转向平行于结合面,合金块成片脱落。动载荷越大、合金层越厚、工作温度越高,越容易发生。
交变的动载荷使合金层表面出现网状或龟裂状裂纹,裂纹向下扩展到结合面附近后转向平行于结合面,合金块成片脱落。动载荷越大、合金层越厚、工作温度越高,越容易发生。
合金层与钢背之间结合不牢,在载荷下整块脱开,露出的钢背较光滑,几乎没有残留合金,周边合金本身可能没有疲劳裂纹。
油膜中断后轴颈直接接触合金层,摩擦发热使合金软化并沿旋转方向被抹开,形成流痕、堆积甚至熔化;严重时轴颈与轴瓦咬合,称为抱轴或烧瓦。
油中的硬颗粒被软合金层嵌住,周围形成凹坑和拖尾;颗粒过大或过多时在轴瓦和轴颈上划出周向沟槽。
润滑油氧化变酸会腐蚀含铅合金;锡基合金在含水油中可生成硬而脆的深色氧化层,使间隙变小、表面变硬。
油膜中气泡溃灭冲击合金层,形成蜂窝状凹坑,多见于油槽、油孔下游和动载荷变化剧烈的区域。
轴电流穿过油膜放电,在合金层和轴颈上留下密集细小的熔化凹坑,表面呈磨砂状,常见于汽轮发电机组和大型电机。
轴瓦在座孔中压紧不足,瓦背与座孔间微动,形成氧化磨痕,并可能使轴瓦转动或定位失效。
滑动轴承的损伤常常相互转化:疲劳剥落产生的碎片进入油膜会造成划伤,划伤破坏油膜后又引起擦伤和过热,所以要找出最早发生的那一种。判断时先看损伤所在的周向位置是否在承载区,再看合金层的形态和结合面。
| 观察到的损伤 | 更可能的原因 | 区分要点与建议核查 |
|---|---|---|
| 承载区合金层网状裂纹,局部成块剥落 | 动载荷引起的合金层疲劳 | 裂纹从表面向下扩展,在结合面附近转为平行;核查不平衡、不对中、合金层厚度和瓦温 |
| 大片合金脱落,钢背光滑几乎无残留 | 结合不良 | 用超声或敲击检查剩余合金结合情况,截面观察结合层 |
| 合金沿旋转方向被抹开,有流痕和堆积 | 油膜中断导致擦伤 | 核查供油压力和流量、启动时是否供油、间隙是否过小、对中与载荷 |
| 合金熔化、轴颈变色或粘有合金 | 严重断油或过载导致烧瓦 | 检查油泵和油路、顶轴油、事故前后的油压与瓦温记录 |
| 合金表面嵌有颗粒,周围凹坑,轴颈周向划痕 | 油液污染 | 分析嵌入物成分以追溯来源,检查滤网、油箱和检修清洁度 |
| 承载区一端损伤重,另一端完好 | 轴颈与轴瓦倾斜:不对中或轴挠曲 | 检查对中、轴承座水平和轴的弯曲 |
| 油槽或油孔下游蜂窝状凹坑 | 气蚀 | 检查油槽形状与位置、供油压力和油中含气 |
| 合金表面变暗变硬,间隙减小 | 锡基合金在含水油中氧化 | 检查油中含水量和冷却器、密封是否泄漏 |
| 合金和轴颈上密集细小熔坑 | 轴电流电蚀 | 测量轴电压,检查接地碳刷和轴承绝缘 |
| 瓦背有氧化磨痕或轴瓦转动 | 轴瓦压紧不足、座孔变形 | 测量瓦背过盈或紧力、座孔圆度 |
轻载、高速、间隙偏大或油黏度偏高的圆柱轴承中,油膜对轴颈的作用力会产生切向分量,推动轴颈在轴承内做涡动,称为油膜涡动。它在振动频谱中表现为频率略低于转频一半的分量,随转速升高而按比例升高。
如果转速继续升高,使涡动频率与转子的一阶固有频率重合,涡动频率会锁定在固有频率上不再随转速变化,振幅急剧增大,这就是油膜振荡。油膜振荡可在短时间内造成合金层擦伤、疲劳剥落,甚至损坏密封和叶片,转速回落时往往要降到更低才消失。
与之需要区分的还有转子与静止件的摩擦,它可能产生分数倍频和截头状的时域波形;以及不平衡、不对中引起的一倍、二倍频振动。对滑动轴承支承的转子,油膜会吸收一部分振动,机壳上的振动不一定能反映轴的真实运动,用电涡流位移传感器测量轴相对轴瓦的振动、轴心轨迹和轴心位置更为可靠。
间隙过小时油流量不足、温升高,易擦伤;间隙过大时承载油膜偏薄且稳定性下降,冲击增大,易引起涡动和疲劳。检修时应记录顶部和侧部间隙,以及上次测量的数值。
进油压力、温度、流量和油孔油槽位置都会影响油膜。油槽开在承载区会破坏承载油膜;启动前未建立油压或重型转子未投顶轴油,低速时最易擦伤。
油中的水、颗粒和氧化产物分别对应腐蚀、划伤与合金层腐蚀。油品黏度用错同样会改变油膜厚度和稳定性。
轴颈的圆度、粗糙度和硬度决定油膜能否均匀形成。轴颈拉伤、电蚀坑或锈蚀不处理就换新瓦,新瓦很快会重复损坏。
联轴器不对中、轴承座标高变化和热膨胀会改变各轴承的载荷分配,使某一个轴承过载而相邻轴承轻载失稳。
合金成分偏差、比重偏析、气孔夹渣、结合层不连续和合金层厚度不均,都会降低疲劳强度或导致脱壳。
北京团队负责现场调查、振动相关测试和综合分析;需要实验室仪器分析的部分,可由集团杭州实验室承接。具体由哪个实验室完成哪些项目、报告是否带 CMA、CNAS 标志,在方案和报价中写明。
不一定。测温元件故障、进油温度升高、油量减少或载荷重新分配都会使瓦温升高。应同时看回油温度、油压和轴振动是否变化,若瓦温与振动同时异常,应尽快安排检查。
需要看剥落形态。合金层有网状疲劳裂纹多与动载荷和温度有关;整片脱落且钢背光滑,多与结合不良有关。截面金相和超声检查可以把两者区分开。
常见原因是轴颈损伤没有修复、油系统没有彻底冲洗导致残留颗粒、间隙或对中没有调整到位。建议在换瓦前检查轴颈和油质,并分析旧瓦上的嵌入物来源。
不平衡以一倍转频为主,幅值随转速平稳变化;油膜涡动的频率略低于转频一半,油膜振荡则锁定在转子固有频率且振幅突然增大。用位移传感器采集频谱和轴心轨迹即可区分。
会。汽轮机、发电机和大型电机的轴上可能积累静电或产生感应电压,通过油膜放电,在轴瓦和轴颈上留下细密的熔坑。检查接地碳刷是否失效、测量轴电压可帮助确认。