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推力轴承运行过热的原因有很多，例如负载和/或速度过大、供油不足或轴向间隙过小。通常，推力轴承运行过热的原因是，无论出于何种原因，负载增加了。可以花时间尝试解决问题的根本原因（负载增加，实际上该任务应该同时进行）或者可以安装重新设计的轴承来解决症状（热运行轴承）。本文讨论了可用于降低推力轴承工作温度的设计方案。首先，假设现有轴承的设计、制造和安装正确，以正确的速度运行并且有足够的润滑油供应。

增加安装在同一外壳内的推力轴承的负载能力的常见设计选项——因此不需要其他修改——包括：

1、从钢背垫升级为铜合金背垫

2、修改为偏移枢轴设计

3、升级到直接润滑设计

当然，这些设计更改假定轴承尚未包含它们，并且可以将它们组合起来以最大限度地提高升级潜力。这些中的每一个都将单独解决。

一、从钢背衬垫升级为铜合金衬垫

API 规范规定推力轴承为“钢背”。这可以追溯到早期版本，其原因可能是通过从钢衬垫升级为铜衬垫可以轻松提高给定轴承的负载能力。这种升级可以通过制造嵌入式铜垫并在机器停机时准备就绪来执行——然后可以执行简单的垫交换（应检查浮子和转子位置，可能需要调整）。

铜衬垫也属于“黄色金属”类别。过去，人们担心受污染的油可能会侵蚀铜。如今，大多数润滑油系统都相对清洁，油中夹带的加工产品不成问题。安装了铜合金垫的数千个轴承进一步加强了这一点。一些极压 (EP) 油添加剂包含有硫（活性或非活性），硫可能与铜相互作用。铜没有直接施加负载（没有接触应力），因此即使发生硫侵蚀对铜造成的损坏，也是微不足道的。如果有 EP 封装和担心受到攻击，可以考虑美国测试和材料协会 (ASTM) 测试 D130。

所用的铜背实际上是一种铜合金，含 99% 的铜和 1% 的铬。铬显着增加了衬垫的强度和刚度。铜的一个问题是它对锡有亲和力，当轴承采用巴氏合金时，会在贱金属和巴氏合金之间涂上一层锡（巴氏合金本身就是一种高锡材料）。通过在镀锡操作之前在铜上施加阻挡层来解决这个问题。该层将铜与锡隔离并消除了问题。使用铜是因为它具有高传热特性。它的导热性比钢高约 450%，并且这种导热性从巴氏合金表面吸收热量，从而降低焊盘温度。图 1 是在一组给定条件（例如速度和供油）下，最大轴瓦温度与轴承载荷的关系图。对于此图，仅更改了焊盘材料。

图 1. 最大轴瓦温度与轴承载荷的关系——轴瓦材料发生变化

在低负载条件下，焊盘温度下降是高负载条件下的一半。这是因为轴承运行得越热，铜的使用就越有效——与钢相比，可以最大程度地利用铜的导热性增加的优势。对于热运行轴承，温度降低 25 F (14 C) 并不罕见。 修改为偏移轴设计

大多数可倾瓦推力轴承都配有以瓦块圆周方向为中心的枢轴。这称为 50% 偏移，其中偏移是从焊盘的前缘开始测量的。通过使用 50% 的偏移量，活动轴承和非活动轴承（旋转方向相反）可以相同。

通过沿周向向下游移动枢轴（从前缘），促使轴瓦倾斜，打开前缘并允许更多的油进入轴瓦和止推环之间的区域。这种垫流的增加冷却了轴承。从某种意义上说，抵消越多，收益就越有效。根据具体的轴承配置，可能需要对轴承进行一些修改（不仅仅是轴瓦修改）才能升级到偏置枢轴设计。

最终用户可能会担心使用偏置枢轴时机器向后运行会损坏轴承。如果机器设计为在两个方向上以全速和负载运行，那么这是一个有效的问题。然而，在大多数过程机器中，反向旋转是针对机器关闭而设计的，并且通常会在机器关闭并且过程流体反向流过机器时发生。在发生这种情况的大多数情况下，负载和速度只是机器设计负载和速度的一小部分。偏置枢轴垫可以向后操作，但它们的负载能力会受到影响——枢轴偏置越大，反向负载能力就越小。从中心枢轴垫升级到带有偏移枢轴的垫时，有必要快速回顾一下反向操作的可能性。

图 2 是给定条件下轴瓦最高温度与轴承载荷的关系图。对于此图，仅更改了枢轴偏移量。

最大轴瓦温度与轴承载荷的关系——枢轴偏移发生变化 偏移量的好处在整个负载范围内均等地实现，因为它是垫油流量的函数。在这里，温度可能下降 40 F (22 C)。

二、升级到直接润滑设计

传统的“目录”瓦块推力轴承设计为在油浴中满液运行。这是通过让油进入轴承孔并允许其从外壳顶部排出，并在轴承下方的轴上使用密封件来防止油泄漏来实现的。问题是外壳中的所有油都受到轴和止推环旋转的影响。这会导致搅动损失，表现为寄生功率损失和进入推力瓦块前缘的高温。这被称为淹没式设计。

通过升级到抽空设计，可以减少轴承的总功率损耗，并降低轴承的最高工作温度。为确保油进入垫的前缘，通常使用定向润滑方案。这可以是某种喷杆或喷嘴装置，也可以是供油垫前面的凹槽或口袋。所有这些配置都可以称为定向润滑设计。

通常，直接润滑推力轴承通过让油在离开轴瓦时立即离开轴承箱来抽空运行。对于升级项目，这将需要对轴承箱进行修改（在轴环外径处的轴承箱底部增加大的排水孔）。

这种情况下的一个问题是，如果轴承没有被油淹没并且出现油流失，则没有储备油可以用来挽救轴承。事实上，这些布置中的止推环充当了一种效率惊人的离心泵，甚至由于轴环的泵送作用，在失油后不久，被淹没的轴承也会干转。图 3 是一组给定条件下轴瓦最高温度与轴承载荷的关系图。对于该图，仅更改了润滑方案。同样，抽空运行的好处在整个负载范围内均等地实现，因为它是油在给定速度和油流量下搅动的函数，因此油加热将保持恒定。这种类型的升级可以将垫温度降低高达 10 F (6 C)。

图 3. 最大轴瓦温度与轴承载荷的关系——润滑方案改变

三、结论

介绍了降低热运行可倾瓦止推轴承工作温度的三种技术。虽然使用所有三种方法可以实现最大收益，但收益潜力的数量不是累积的。咨询原始设备制造商或轴承供应商以分析给定情况。高级分析工具可用于预测每种特定情况下可能出现的温度降低。

四、联系我们

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