Babbitt: Bôi trơn vòng bi khác

Babbitt: Bôi trơn vòng bi khác .Vòng bi đóng một vai trò quan trọng trong thiết bị có các thành phần quay lớn và tốc độ cao. Chúng chủ yếu được sử dụng trong các máy có công suất hơn 500 mã lực và hoạt động ở tốc độ hơn 3.000 vòng / phút (vòng / phút).

Trước đây, công việc quan trọng nhất của họ là giảm ma sát giữa hai bề mặt trong chuyển động tương đối. Giờ đây, vòng bi tạp chí không chỉ giảm ma sát mà còn cung cấp phương tiện để loại bỏ nhiệt và các mảnh vụn đồng thời bảo vệ các bộ phận đắt tiền hơn như trục và rôto.

Hầu hết các ổ trục tạp chí được tìm thấy trong các thiết bị công nghiệp hiện đại được chế tạo với bề mặt bằng vật liệu Babbitt. Vật liệu này có bề mặt trơn, bóng, dễ bị thấm ướt bởi chất lỏng. Vật liệu mềm có khả năng chống thấm nước nhưng dễ bị mài mòn, bảo vệ bề mặt cứng hơn của trục thép thường.

Bề mặt ổ trục bị hy sinh, với Babbitt thực sự trở thành chất bôi trơn, và bề mặt trục được bảo toàn trong trường hợp mất chất bôi trơn hoặc hoạt động bất thường khác.

Vào thế kỷ 17, Robert Hooke bắt đầu sử dụng kim loại “chuông” làm vật liệu bề mặt chịu lực. Chuông thường được tạo ra bằng hợp kim đồng thường bao gồm hỗn hợp 4-1 giữa đồng và thiếc. Năm 1839, Isaac Babbitt được cấp bằng sáng chế cho một hợp kim chịu lực tương tự như vật liệu được sử dụng ngày nay. Các công thức hợp kim này trở nên phổ biến đến mức cái tên “Babbitt” đã trở thành đồng nghĩa với vật liệu.

Hợp kim Babbitt tiêu chuẩn được bao gồm chủ yếu từ một ma trận rắn của thiếc với nhiều lượng khác nhau của khối antimon và / hoặc sợi đồng. Bảng 1 cho thấy một số tính chất vật lý của các dạng phân loại Babbitt phổ biến nhất trong công nghiệp.

Mặc dù thiếc đi vào pha lỏng gần 450 độ F, pha lỏng đối với vi cấu trúc hợp kim Babbitt không xảy ra cho đến khi nhiệt độ vượt quá 600 độ F. Điều này cho phép máy hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, thường là do tải nặng hơn và tốc độ nhanh hơn.

Vòng bi tạp chí khá bền và có thể mang tải nặng miễn là chúng được bôi trơn đúng cách. Bôi trơn tạo thành một hàng rào bảo vệ giữa trục và bề mặt Babbitt đồng thời loại bỏ nhiệt và các mảnh vụn do ma sát sinh ra khỏi ổ trục.

Về mặt lý thuyết, một vòng bi có thể có tuổi thọ vô hạn vì không có sự tiếp xúc giữa bề mặt vòng bi và tạp chí. Rào cản bôi trơn này cũng cung cấp các đặc tính giảm chấn khi đi qua các tốc độ tới hạn của rôto, cho phép thiết bị hoạt động ổn định.

Vòng bi tạp chí dễ tháo lắp và sửa chữa hơn nhờ thiết kế tách rời. Nó thường tạo ra ít tiếng ồn hơn so với vòng bi chống ma sát và có đặc tính cách ly điện tự nhiên.

Một trong những vấn đề chính đối với vòng bi tạp chí là yêu cầu bôi trơn liên tục sạch và làm mát. Ô nhiễm là nguyên nhân chính gây ra nhiều hỏng hóc trong công nghiệp. Đặc tính mềm của vật liệu Babbitt khiến nó dễ bị hư hại trong quá trình lắp đặt. Điều này cũng có nghĩa là Babbitt có thể dễ dàng bị phá hủy nếu chịu tải động đáng kể trong thời gian dài. Babbitt cuối cùng sẽ bị nứt và vỡ ra, để lại khoảng trống, như trong Hình 2.

Hình 2. Nứt mỏi do lực thủy động quá mức gây ra

Một nguyên nhân phổ biến khác của hỏng ổ trục là máy hoạt động ở tốc độ chậm trong khi khởi động hoặc tắt máy. Để ổ trục hoạt động tốt, bề mặt trục phải di chuyển với tốc độ đủ để hút chất bôi trơn nguội vào, tạo áp suất để tạo thành lớp thủy động và loại bỏ nó cùng với bất kỳ mảnh vụn nào hình thành trong quá trình này.

Hình 1 minh họa cách các hạt cứng có thể dẫn đến hư hỏng ổ trục. Điều này có thể xảy ra với các hạt nhỏ ở tốc độ cuộn chậm khi bề mặt trục và ổ trục gần nhau hoặc với các hạt lớn hơn trong quá trình hoạt động bình thường. Hình 3 cho thấy một ổ trục đã bị hỏng trong quá trình tắt máy khi tốc độ giảm xuống dưới 200 vòng / phút.

Để Babbitt hoạt động bình thường, một phần nhỏ của hộp thiếc dự kiến ​​sẽ tan chảy và bị rửa trôi bởi chất bôi trơn. Điều này tạo ra các kênh xung quanh các hạt cứng hơn của antimon và đồng, thực sự hỗ trợ trục và mang tải. Các kênh này cho phép dầu đi qua chúng, làm mát bề mặt và rửa sạch bất kỳ mảnh vụn nào được hình thành trong quá trình hoạt động bình thường.

Nghiên cứu điển hình số 1: Bơm cấp liệu cho lò hơi chạy bằng tuabin hơi

Một máy bơm lớn bị hỏng ổ trục trong quá trình hoạt động bình thường. Tạp chí trục là 5,75 inch, và khe hở ổ trục điển hình là 7 đến 9 mils. Một cuộc kiểm tra sau khi khám nghiệm tử thi đã được tiến hành để xác định nguyên nhân có thể gây ra hỏng hóc. Hình 4 cho thấy ổ trục khi nó được tháo ra khỏi máy bơm. Vòng bi bị mất đáng kể vật liệu phủ, như được thấy trong Hình 5.

Sự nóng chảy dọc theo các cạnh của vật liệu phủ có thể được nhìn thấy trong Hình 6. Điều này có thể là do sự gia nhiệt đáng kể, mặc dù không có dữ liệu nhiệt cho thấy một sự kiện đã xảy ra. Hình ảnh này cũng cho thấy sự lắng đọng lại của vật liệu nóng chảy trên bề mặt ổ trục.

Hình ảnh phóng đại cao của bề mặt ổ trục (Hình 7) từ kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy vi cấu trúc bề mặt của hợp kim Babbitt. Nó bao gồm kim đồng và khối antimon được nhúng trong hợp kim thiếc. Bề mặt trục thực sự bám trên các kim và hình khối cứng hơn, trong khi chất bôi trơn chảy xung quanh chúng theo các kênh bên trong thiếc. Điều này cho phép làm mát bề mặt ổ trục và loại bỏ bất kỳ mảnh vụn nào có thể xâm nhập vào ổ trục.

Nhân viên nhà máy tin rằng phóng điện là nguyên nhân gốc rễ của sự cố. Kết quả nghiên cứu không tìm thấy bằng chứng về phóng điện nhưng nguyên nhân chính là do quá nhiệt (có thể do mất chất bôi trơn). Vì vòng bi bị hư hại nghiêm trọng nên việc chẩn đoán chính xác rất khó khăn. Điều này cho phép khả năng xảy ra sự cố đơn giản trong liên kết giữa kim loại cơ bản và vật liệu Babbitt là nguyên nhân gốc.

Nghiên cứu điển hình số 2: Lỗi vòng bi của quạt

Một quạt ly tâm lớn (thể hiện trong Hình 8) đang hoạt động bình thường khi nhiệt độ kim loại ổ trục tăng đột biến lên đến 212 độ F. Điều này đã được hệ thống thiết bị và giám sát ghi lại, bắt đầu một tình trạng báo động quan trọng.

Kiểm tra quạt cho thấy nhiệt độ kim loại chịu lực tăng đột biến xảy ra sau xu hướng tăng nhiệt độ chung bắt đầu gần năm ngày trước khi hỏng hóc. Nhiệt độ tăng đột ngột dẫn đến rung động đột ngột và nhiệt độ ổ trục tăng cao ở cả hai đầu của quạt. Mức dầu bôi trơn trong bể chứa hệ thống cũng đã giảm xuống mức rất thấp.

Hình 9 cho thấy máy bơm làm mát bôi trơn được sử dụng để di chuyển dầu qua bộ tản nhiệt gắn với đầu vào của quạt. Một con dấu trên máy bơm đã bị hỏng và dầu bị rò rỉ ra ngoài trong quá trình hoạt động. Vị trí đặt máy bơm bị rò rỉ dầu hút vào quạt. Do đó, việc kiểm tra bằng mắt thường xuyên của nhân viên vận hành đã không phát hiện ra sự hình thành vũng. Điều này cho phép mực nước chứa dầu giảm với tốc độ ổn định mà không có dấu hiệu trực quan về vấn đề.

Sự cố xảy ra trong thời gian hoạt động với nhiệt độ lạnh kỷ lục. Thiết bị cần có sẵn để hoạt động đầy tải và phải chạy bất kể tình trạng ổ trục nghi ngờ. Để thực hiện điều này, bể chứa đã được đổ đầy dầu mới. Các xe lọc dầu bôi trơn được đặt trực tiếp trên cả hai cống rãnh và được giám sát liên tục.

Để xác định xem tình trạng ổ trục ổn định hay đang xấu đi, các thông số ô nhiễm dầu bôi trơn được theo dõi và theo dõi thường xuyên, như trong Hình 12. Điều này cho phép thiết bị hoạt động cho đến khi thời tiết khắc nghiệt qua đi.

Hình 12. Biểu đồ xu hướng ô nhiễm dầu bôi trơn cho ổ trục quạt

Khi thiết bị được tháo xuống để sửa chữa và nửa trên của ổ trục được tháo ra, hư hỏng rõ ràng, như được thấy trong Hình 11. Vật liệu Babbitt đã hoạt động như thiết kế, nóng chảy trong điều kiện không có dầu bôi trơn để bảo vệ trục.

Sau khi dầu được phục hồi vào ổ trục, Babbitt được làm mát và cải tiến, cho phép máy tiếp tục hoạt động cho đến khi có thể lên lịch ngắt điện. Các vòng bi đã được thay thế trong thời gian ngừng hoạt động theo lịch trình ngắn và máy trở lại hoạt động bình thường