铜基自润滑轴承在故县3号水轮发电机组的应用

赵文军　郑志强

摘 要：本文将对JSF-5铜基镶嵌自润滑轴承的金相组织结构、自润滑特性及优点、机械性能和实际应用等做了详尽的描述。

关键词：铜基镶嵌自润滑轴承 尼龙轴套 导水机构 应用

一、概述

故县水电厂三台机组导水机构轴套均为尼龙1010轴套，该轴套存在以下缺陷：

1.耐磨性能和自润滑性能均较差，经过长期运行磨损较严重，导致轴套配合间隙增大，导叶间隙易发生改变。

2.尼龙轴套在水中易发生水胀现象，检修更换时加工尺寸不易控制，容易出现“抱轴”现象，导致油压增大或剪断销被破坏。因此在2009年底故县水电厂三号机组大修过程中，将水轮发电机导水机构导叶上、中、下轴套及双联臂轴套均更换为JSF-5铜基镶嵌自润滑轴承。

二、JSF-5铜基镶嵌自润滑轴承性能及优点

JSF-5铜基镶嵌自润滑轴承基本流程是：在轴承基体的金属摩擦面上开发大小合适且排列有序的孔穴，并嵌入二硫化钼、石墨等制成复合自润滑块镶嵌在金属套上（复合滑块耐280℃的高温）。这种制成的复合滑块有一个缺点就是容易变形，承载能力较弱.想要克服这个缺点就要把它镶嵌在金属孔槽内，这样复合滑块本身不用起承载作用，金属部分会承担承载作用，它自己起到润滑作用就可以.这种自润滑轴承的润滑机理是在轴与套的油动摩擦过程中，自润滑材料分子的一部分转移到轴的金属表面上，填平微小不平面，并形成了一层较稳定的固体润滑膜，造成体润滑之间对磨，防止轴与套的粘着磨损。自润滑块占面积比自润滑块占表面积的多少与运转速度、承压强度有关，运行速度低，承压强度大，金属所占面积应大一些。JSF-5铜基镶嵌自润滑轴承是利用自身的耐磨机理来工作的，而起决定性作用的是里面的石墨固体润滑剂。现有研究表明石墨本身是层状组织，其特点在于材料内相邻分子间、层之间的抗载强度低。当轴承工作的时候，铜基合金逐渐磨损，由于磨损的出现，配合表面出现起伏不平的现象，这个时候，石墨就会从轴承表面释放出来，并且机械的黏附在轴承接触的表面.这层石墨膜相当坚固，为轴承运转提供了低摩擦的表面，JSF-5轴承可以持续运转工作，使其磨损率很低.在这种工作状态下，只要这层石墨膜有损坏就会重复上面的过程，JSF-5轴承就是通过这种干耐磨机理实现其自润滑特性的。

其优点是：

1.使用时间长，这源于其摩擦系数小，耐磨性能高。2.适应性强，在实际的使用的中可以不保养或者少保养，在一些不方便加油保养的场所，可以更好的适用。3.产生的噪音少，能减少噪音污染，从而能改善劳动者的工作环境。4.它能将应力分布在较宽的接触面上，使轴承的承载能力提高。5.机械的工作精度高，因为其静动摩擦系数相近，能消除低速下的爬行。6.体积小，使用薄壁结构，质量轻。7.相关零件的加工难度低，因为其对于磨轴的硬度要求低，未经调理的轴都可使用。8.在运转过程中能形成转移膜，起到保护对磨轴的作用，无咬轴现象。9.范围应用广，由于衬套材质为黄铜，所以可在腐蚀介质中使用。

三、项目实施方法、步骤、工艺技术措施

由于水轮发电机组运行多年，轴及孔的磨损较大，因此各部尺寸不一，给改造工作带来了较大难度，更换时首先对个配合部位编号、对各配合部位的轴及孔尺寸进行详细测量，根据测量数据及配合间隙计算加工尺寸，后进行加工，测量及加工尺寸数据如下：

1.导水叶上轴套配合间隙为：0.45-0.5mm

轴颈实测尺寸：φ125-0.70-0.80 套筒实测尺寸：φ135-0.02-0.08

上轴套加工尺寸为：φ160-0.1-0.2-φ135+0.01-0.01×φ125-0.20-0.25×600-0.2

2.导水叶中轴套配合间隙为：0.3-0.35mm

轴颈实测尺寸：φ125-0.13-0.15 1、4、10、15号导叶 轴颈为：φ125+0.15+0.13

套筒实测尺寸：φ140-0.02-0.05

中轴套加工尺寸为：φ145-0.1-0.2-φ140+0.01-0.01×φ125+0.23+0.20×1200-0.2

其中：1、4、10、15号轴套内径为：φ125+0.50+0.47

3.导水叶下轴套配合间隙为：0.15-0.20mm

轴颈实测尺寸：φ95+0.13+0.10

4.双联臂轴套座孔及轴头配合间隙为：0.10-0.15mm

其他加工尺寸按图纸加工。到货后根据加工尺寸对各个部位尺寸逐一进行复测，合格后方可安装。安装时严格按照编号逐一安装，全部采用水平压力装配，不得直接敲击轴套，不得倾斜受力，以防止損坏轴承。

四、JSF-5铜基镶嵌自润滑轴承解决的主要技术难题

1.单位负载 。施加于JSF-5轴承上的最大单位负载，取决于合金类别和负载的类别。静负载条件下则单位负载大。在动负载条件下， 因为它使轴承产生疲劳应力， 因而允许的单位负载就要小。为评估轴承性能， 单位负载 用工作负载除以轴承投影面来确定 ，此值不应超过负载极限。最大负载值表现在轴承和接触表面之间的良好对中性上。

2.负载类别。如上所述，JSF-5金属的磨损性取决于施加负载的大小以及负载的性质。

3.静负载。在静载时，负载相对轴承来说， 其负载大小和作用位置是恒定的， 根据这样的条件，JSF-5合金给出最佳干磨损性。磨损集中在轴承表面，有利的弧形是在与轴接触的地方。

4.旋转负载。在旋转负载时， 负载的大小和运动是恒定的运动，是围着轴承成圆周运动。在这样的条件下，在轴承表面所有点发生磨耗， 引起轴承间隙增加，使磨损加速发展。

5.动负载。在动负载时， 负载相对轴承来说， 其大小和位置是变化的。在此条件下，JSF-5的性能还取决于材料的疲劳性能， 因此， 材料的负载能力降低。

6.滑动速度。在干运转条件下 ，JSF-5轴承尚能安全工作的最大滑动速度取决于合金成分。工作时产生的摩擦热， 通过接触表面和轴承材料散失到轴承座。间歇工作可把产生的摩擦热散失， 从而使轴承内的温度降低， 这样有利于延长轴承寿命。

五、结语

JSF-5轴承由于其诸多的优良性能，现在广泛运用在国外的大中型水力发电设备上.它的适应性强大的特点，也是其得到广泛应用的一个重要原因.JSF-5轴承可适应于高温、防污、无油、高负载、防蚀、低速度，强辐射环境中的运动幅，以及在水中或其它溶液浸润而根本无法加润滑油脂的特殊工况条件下的设备，此类轴承具有较广的推广价值。故县水电厂3号机组导水机构轴套更换为JSF-5铜基镶嵌自润滑轴承后，通过近两年来的运行，使用情况非常好，设备运行平稳，达到了预期的效果。

参考文献：

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