轴承巴氏合金磨损试验的优化设计

42I圣言乞扮坎IDONGFANGTURBINLE黄菊周斌孙东方汽轮机有限公司，敏张邦强范华四川德阳，618000摘要在MG一2000摩擦磨损试验机上采用改进的环环试验方法进行巴氏合金与轴颈材料对磨试验，通过对试样优化设计，确定了试样的最佳尺寸和形状，改进了试验方法。试验结果与工程实际情况相吻合，该试验方法和所确定的试样形式和尺寸适合用于汽轮机大型滑动轴承边界润滑状态下的巴氏合金磨损试验。关键词滑动轴承巴氏合金磨损试验OPTIMALDESIGNOFWEARTESTINGOFBEARINGBABBITMETALHUANGJU，ZHOUBIN，SUNMIN，ZHANGBANGQIANG，FANHUADONGFANGTURBINECO，LTDDEYANGSICHUAN618000ABSTRACTINTHISPAPER,ANIMPROVEDRINGRINGTESTMETHODWASUSEDONMG2000FRICTIONANDWEARTESTMACHINETOCONDUCTTHEMILLTESTBETWEENBABBITANDJOURNALMATERIA1BYOPTIMIZINGTHESAMPLEDESIGN，THEBESTSIZEANDSHAPEOFTHESAMPLEWEREDETERMINED，ANDTHETESTMETHODWASREFORMEDTHERESULTSFROMTHENEWTESTMETHODWERECONSISTENTWITHTHEBEARINGACTUALOPERATIONCONDITIONTHEIMPROVEDTESTMETHODANDTHESAMPLEFORMANDSIZEWERESUITABLEFORBABBITTWEARTESTINGUNDERBOUNDARYLUBRICATIONOFALARGESTEAMTURBINESLIDINGBEARINGSKEYWORDSSLIDINGBEARING，BABBITTMETAL，WEARTESTING0I言滑动轴承是大型汽轮机、燃气轮机组的关键部件之一，起到支撑转子重量，保证转子高速、稳定运转的作用。电站汽轮机、燃气轮机在正常运行过程中，润滑油压稳定、动压油膜形成良好。但在机组盘车、启动和滑停至低转速时，轴承润滑条件处边界润滑状态，容易产生摩擦甚至发生碾瓦、导致轴颈拉毛事故发生。轴承合金的磨损试验有两种形式一是在专用的模拟台架上进行等尺寸模拟件的摩擦磨损试验；二是在试验机上采用标准试样进行摩擦磨损模拟试验。模拟件的台架试验不仅有试验周期长和试验成本高的缺点，而且取得的测试数据重现性和规律性较差，不便研究摩擦磨损的规律性，也难以进行单项因素对摩擦磨损影响的观察。对于采用试验机进行摩擦磨损试验，现有环块法、销盘法、环环法、环盘法等不同的试样加工形式和试验方法。袁成清等采用销盘式试验方法研究了40钢与轴承合金磨粒和磨损表面特征及对应关系，得出了根据磨粒信息来判断轴承磨损情况的结论，李富强等研究了合金表面处理方式对滑动轴承性能的影响。李宝民等采用MPX一2000型摩擦试验机对比研究了不同轴承合金的耐磨性能。但国内外还没有开展针对大型电站用汽轮机转子支撑轴承材料的摩擦磨损性能试验研究，也没有采用摩擦磨损试验机近似模拟汽轮机轴承运行工况的作者简介黄菊1982一，女，2008年毕业于西南交通大学材料科学与工程专业，工学硕士，助理程师，主要从事材料研究工作。试验方法。本文根据汽轮机滑动轴承在边界润滑状态下工况特点以及巴氏合金材料本身特性，在MG一2000摩擦磨损试验机上以环环试验方法为基础，进行了试样设计优化，取得了能够反映汽轮机滑动轴承实际运行特点的试验结果。1试验设备及原始标准试环试验设备选用的是宣化北伦平衡机制造有限公司生产的MG一2000高温高速摩擦磨损试验机。该型试验机转速范围为3203200RMIN，最大负荷为2000N，该试验机工作原理如图1所示，其标准双环试样如图2所示。润滑油选择IS0VG32。进油温度4045。图1摩擦磨损试验机原理图图2原标准试环DONCFANTUL43CGRBINEI。一B下试环WJ2B巴氏合金图3标准的双环试样2影响因素分析及试验方法改进辩21巴氏合金显微组织的影响汽轮机转予支撑轴承属于重载高速滑动承，所用的轴承瓦衬材料为摩擦系数小、抗磨1好并有足够高的抗压强度的铸造锡基巴氏合金正常的金相组织为较软的。固溶相基体中均匀布着高硬度的方块形或三角形13相SNSB及色针状相CU6SN5。如果存在相粗大JE相过度聚集现象，会大大降低巴氏合金的性，从而降低其使用过程中的疲劳寿命，降低耐磨性。而从冶金原理上看，在13相结晶范围L缓冷会导致其结晶粗大，而当局部CU含量过时，会呈现E相偏析和聚集现象。相反，如果相析过少，起不到栅栏阻碍作用，由于在合完全凝崮之前，相密度相对于液态13相密度44圣言乞鼢拔DONGFANGTURBINE小而上浮偏聚。总之，巴氏合金组织均匀性与其浇铸凝同条件密切相关。为了较为客观地揭示汽轮机轴承巴氏合金的摩擦磨损特性，避开微组纵的差异对试验结果的影响，本试验片J巴氏合金试环均为从离心浇铸的汽轮机支撑轴承轴产品实物上7JLJ上而成。22平均比压、线速度和试样尺寸平均比压是滑动轴承设计中重要的指标数据，指的是轴承所承受载荷与轴瓦在乖直于载荷方向上的投影面积的比值。由于比压与滑动摩擦线速度的乘积反映轴瓦位而秋的摩擦功耗，与摩擦发热量密相关。因此平均比、线速度的选择是巴氏合金摩擦磨损试验中天键的试验参数。根据大型汽轮机滑动轴承的设计制造验，平均比压般在1015MPA的范内选抒。为了使巴氏合金摩擦磨损试验条件符合1实际，根据标准双环的接触面积，可以推算出试验机应选载荷为1131N1696N，试验机的载荷范凼可以满足试验要求。由于巴氏合金较软布氏硬度仅为30左右，容易变形，因此巴氏合金下试样环的加1困难，现有机械加工手段无法保证试样的尺寸精度，尤其是与试环夹具相接触的装配面。从向造成了载荷分配不均，磨损不均匀，试验结果1够准确。23润滑与冷却条件汽轮机转子轴承需要大量润滑冷却JL油，通常供汕系统由汽轮机土轴直接驱动的“主油泉”、小汽轮机驱动的“汽动辅助油泵”以及电机拖动、发生事故时备用的“电动辅助油泵”组成，三泵联合确保了汽轮机轴承在常运转、启停时均有良好的润滑和冷却作用。温度是影响巴氏合金耐磨性的重要L大】素，温度升高会降低润滑汕的粘度，小利于油膜形成。另外，温度过高还会形成气蚀现象，加速磨损速率。而标准双环试样没有设计润滑油槽，1利磨损试验对实际的模拟。24试验改进根据22和23中提到的问题，对标准双环试验进行了设计改进。新设计的试样如图4PS示，不仪存巴氏合金试样摩擦而上开设了润滑汕槽和锲形，还在试样上设置了加强腹板，以提高试样刚度，改善_JU工性能。润滑汕槽及锲形面尺寸见图4C，在试样高速转动形成的离心力作用下，润滑油进入油槽，并经锲形而摩擦面J形成油膜。为了使润滑油起到循环冷却作，LJ，并在本试验中控试样温度，分别在上试样夹具上增设了沣油孔，并在I试样试验过程中保持静止靠近摩擦面的位置开设测温孔。此外，为了进行边界润滑条件下的材料磨损试验，对该试验机调速系统进行了改进，实现了转速从O3200RMIN范内的无级变速。试验设备和试样经改进之后不仅解决了巴氏合金试样力【1_困难的问题，而且实现了充分润滑和冷却。改进后的磨损试验机见图5B卜试样巴氏合金WJ2B、7一IF眉10个C试样汕槽技锲形山尺、J4改进设计的对脖试A试验机外观B认”及夹其5进后的磨损试验机采J改进后的试验机及试样设计，进行了225CR一1MOIX与WI2B巴氏合金埘磨试验，试验结果见6。根试验结果可以看出，摩擦力矩随转速升高略有下降，这是FF_F摩擦丰F1对线速度的提高，有利于润滑汕膜的形成。仍LTJ转迷N勺提高，摩擦功耗增加，温度上FT。温艘超过150。CH,I，摩擦力急剧上升。试验结果符合机组运行实际情况，能够客观反映巴氏合金住充足涧滑的条件F的磨损特性。言三善7R至二菱芝一一一Z三兰兰三E一生M6胯擦磨损试验F，LJI简讯3结语圣右艺_扮拔DONGFANGTURBINE【3145结合汽轮机转R涮动轴乐的实际运行工况特点，通过对试样结构设的改进，保了试样加精度，消除了形状尺寸误刈试验结果造成的影响，同时完成了对边界润滑状态和油膜润滑状态的磨损试验研究。通过对试验机进行调速系统、供油系统和测温系统的改进，实现了11滑油的充分润滑和冷作用，7R可以在试验过程。F监控磨损面实际温艘。试验结果表明，该试验方法客砚反映了汽轮机滑动轴承的实际磨损特性，可以用J轴承合金材料摩擦磨损特性试验研究。参考文献陈卓君，徐宝信，杨文通，等摩擦学试验方法的研究及进展机械设计与制造，1999，6026263L21袁成清，王志芳周志红，等滑动轴承磨损表面与磨粒信息映射模型研究武汉理S大学学报，2T，L261231263L李富强，朱礼进轴瓦合金表面不同处理方式对滑动轴承性能影响的试验研究润滑与密封，21F】4，2329341李宝民闫玉涛，徐成海几种滑动轴承合金在油润滑条件下的喜损行为的研究润滑与密封，2006，121216卜125刘显惠，