Bạc Babit

Ổ đỡ trục chân vịt bằng hợp kim Babbitt, thường được gọi là ổ bạc trắng (White Metal Bearing), là loại ổ trượt (sliding bearing) có lịch sử ứng dụng lâu đời trong hệ trục tàu thủy. Cấu tạo cốt lõi của ổ sử dụng thiết kế composite gồm lớp nền thép/đồng kết hợp với lớp hợp kim Babbitt chống ma sát.

Ổ được lắp đặt bên trong ống bao trục (stern tube), có chức năng chính là đỡ vững trục chân vịt và kiểm soát ma sát trong quá trình quay. Là bộ phận chịu tải quan trọng trong hệ thống truyền động của hệ trục, độ tin cậy khi vận hành của ổ đỡ ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn hàng hải cũng như hiệu suất của hệ thống đẩy tàu.

I. Cấu tạo và vật liệu

1. Cấu tạo

Ổ đỡ trục chân vịt hợp kim Babbitt thường có dạng hình trụ, gồm hai bộ phận chính:

Lớp nền chịu lực (Backing/Shell)

Lớp lót chống ma sát bằng hợp kim Babbitt (Bearing Lining)

Vỏ ổ đỡ thường được chế tạo bằng đồng đúc hoặc gang đúc, nhằm đảm bảo độ cứng vững và độ ổn định khi lắp đặt.

Lớp hợp kim Babbitt đóng vai trò là bề mặt làm việc chống ma sát. Để tránh hiện tượng lớp hợp kim bị bong khỏi vỏ trong quá trình làm việc, mặt trong của vỏ được gia công rãnh đuôi én (Dovetail Groove) nhằm tăng khả năng liên kết cơ học.

Sau đó, lớp hợp kim được đúc bằng phương pháp đúc ly tâm (Centrifugal Casting) để tạo liên kết luyện kim (Metallurgical Bonding) giữa hợp kim Babbitt và lớp nền, hình thành kết cấu composite có độ bền cao.

2. Vật liệu chính – Hợp kim Babbitt

Hợp kim Babbitt (hay hợp kim ổ trượt – Bearing Alloy) là vật liệu chống ma sát có nền thiếc hoặc chì, được hợp kim hóa với antimon (Sb) và đồng (Cu).

Theo thành phần nền, hợp kim Babbitt dùng trong ngành hàng hải được chia thành hai nhóm chính:

● Hợp kim Babbitt nền thiếc (Tin-based Babbitt)

Đại diện tiêu biểu là ZChSnSb11-6.

Đặc điểm:

Khả năng chống mài mòn rất tốt

Khả năng chống bó kẹt (Anti-seizure) cao

Chống ăn mòn nước biển tốt

Khả năng rà khít (Running-in) rất tốt, nhanh chóng tạo bề mặt tiếp xúc ổn định với cổ trục

Đây là vật liệu được ưu tiên sử dụng cho ổ đỡ trục chân vịt chính của tàu cỡ trung và lớn, đặc biệt trong các hệ thống đẩy công suất lớn.

● Hợp kim Babbitt nền chì (Lead-based Babbitt)

Sử dụng chì làm nền hợp kim.

Chi phí nguyên liệu thấp hơn khoảng 30% so với hợp kim nền thiếc.

Tuy nhiên:

• Hệ số ma sát cao hơn
• Khả năng chống ăn mòn kém hơn
• Độ ổn định ở nhiệt độ cao thấp hơn
• Khả năng chịu tải chỉ bằng khoảng 60–70% so với hợp kim nền thiếc

Do đó, loại vật liệu này thường được sử dụng cho:

• Tàu công suất nhỏ
• Ổ đỡ chịu tải nhẹ
• Thiết bị phụ trợ trên tàu

II. Đặc tính làm việc

Ưu điểm của hợp kim Babbitt đến từ cấu trúc vi mô đặc biệt gồm:

Nền mềm (thiếc hoặc chì)

Các hạt cứng chứa hợp chất đồng – antimon

Trong đó:

Nền mềm nhanh chóng thích nghi với bề mặt cổ trục.

Các hạt cứng chịu phần lớn tải trọng.

Nhờ cấu trúc này, ổ đỡ vừa có đặc tính chống ma sát rất tốt, vừa tồn tại một số giới hạn sử dụng.

Các ưu điểm chính

1. Khả năng rà khít (Running-in) rất tốt

Sau khi lắp đặt, ổ đỡ nhanh chóng tạo được bề mặt tiếp xúc đồng đều với cổ trục.

Thời gian rà khít giảm trên 50% so với nhiều loại ổ trượt khác, giúp hạn chế mài mòn ban đầu.

2. Khả năng giữ tạp chất

Lớp hợp kim có thể hấp thụ các hạt tạp chất trong dầu bôi trơn có kích thước tới 0,05 mm, ngăn không cho các hạt cứng làm xước cổ trục và bảo vệ bề mặt làm việc có độ chính xác cao.

3. Khả năng chống bó kẹt

Hệ số ma sát duy trì ổn định trong khoảng:

0,005 – 0,01

Ngay cả khi hệ thống bôi trơn bị dao động tạm thời, ổ vẫn có thể hạn chế hiện tượng dính bám và bó kẹt giữa ổ đỡ và cổ trục.

4. Khả năng dẫn nhiệt cao

Độ dẫn nhiệt đạt:

35–45 W/(m·K)

Giúp tản nhiệt nhanh, hạn chế nguy cơ cháy ổ (Bearing Burn) do nhiệt độ cục bộ tăng đột ngột.

5. Giảm rung động

Nhờ nền hợp kim mềm, ổ có khả năng hấp thụ dao động tần số cao sinh ra trong quá trình quay của hệ trục, từ đó giảm tải va đập lên ống bao trục.

III. Ứng dụng và yêu cầu lắp đặt

1. Ứng dụng

Nhờ đặc tính chống ma sát ổn định và độ tin cậy cao, ổ đỡ Babbitt chủ yếu được sử dụng trong hệ thống ống bao trục bôi trơn bằng dầu của các tàu cỡ trung và lớn.

Đặc biệt phù hợp với:

Tàu hàng rời (Bulk Carrier)

Tàu chở dầu thô (Crude Oil Tanker)

Tàu container được trang bị động cơ diesel tốc độ thấp của các hãng như:

• MAN B&W
• WinGD

Các tàu này thường có công suất hệ thống đẩy trên 10.000 kW, nơi ổ đỡ Babbitt đáp ứng tốt yêu cầu chịu tải lớn và vận hành liên tục trong thời gian dài.

Đối với tàu có công suất ≤ 2.000 kW, một số hệ trục phụ sử dụng ổ đỡ Babbitt nền chì để giảm chi phí.

2. Yêu cầu lắp đặt

Ổ đỡ Babbitt yêu cầu độ chính xác lắp đặt rất cao.

Thông số quan trọng nhất là khe hở làm việc giữa ổ đỡ và cổ trục.

Khe hở này quyết định:

• Khả năng hình thành màng dầu,
• Khả năng chịu tải
• Độ ổn định của hệ trục.

Nếu khe hở quá lớn:

• Hệ trục dễ rung
• Lớp hợp kim chịu ứng suất tập trung.

Nếu khe hở quá nhỏ:

• Màng dầu bị phá hủy
• Phát sinh ma sát khô,
• Tăng tốc độ mài mòn.

Ví dụ:

Đối với ổ có đường kính cổ trục φ100 mm, khe hở hướng kính khi lắp đặt phải được khống chế trong khoảng:

0,55–0,65 mm (theo tiêu chuẩn GB/T 18325.1).

Giới hạn mòn cho phép trong quá trình sử dụng là: 3,60 mm

Khi vượt quá giá trị này, ổ đỡ phải được thay thế.

Ngoài ra:

Độ đồng tâm giữa ống bao trục và lỗ lắp ổ phải ≤ 0,05 mm/m

Độ vuông góc của mặt đầu ≤ 0,02 mm để tránh mômen uốn bổ sung gây nứt hoặc bong lớp hợp kim.

IV. Bảo dưỡng

Để ổ đỡ Babbitt đạt tuổi thọ thiết kế và giảm nguy cơ hỏng hóc đột xuất, cần xây dựng quy trình bảo dưỡng trong suốt vòng đời sử dụng.

1. Đảm bảo hệ thống bôi trơn

Duy trì màng dầu bôi trơn là yêu cầu quan trọng nhất.

Cần đảm bảo:

Áp suất dầu luôn ổn định trong khoảng 0,2–0,3 MPa

Lưu lượng dầu tối thiểu 5 L/phút cho mỗi 100 mm đường kính cổ trục

Định kỳ (thường 6 tháng/lần đối với tàu thương mại) kiểm tra:

Hàm lượng nước ≤ 0,1%

Độ nhớt (mức thay đổi ≤ 10%)

Độ sạch dầu đạt dưới NAS Class 8

Nếu các chỉ tiêu vượt giới hạn, cần lọc hoặc thay dầu kịp thời để tránh cháy lớp hợp kim do mất bôi trơn.

2. Ngăn ngừa tạp chất xâm nhập

Cần chú trọng bảo dưỡng hệ thống làm kín ống bao trục.

Kiểm tra phớt môi (Lip Seal) mỗi 1,5 năm

Định kỳ bổ sung mỡ bôi trơn cho phớt chữ V (V-ring Seal)

Nếu phát hiện rò rỉ trong quá trình khai thác, cần sửa chữa tại cảng gần nhất nhằm ngăn nước biển và cặn bẩn xâm nhập, tránh gây mài mòn hoặc ăn mòn điện hóa lớp hợp kim.

3. Giám sát nhiệt độ

Nên lắp cảm biến nhiệt điện trở bạch kim (Pt100) trên vỏ ổ đỡ để theo dõi liên tục.

Nhiệt độ vận hành bình thường: ≤ 70°C

Nếu:

nhiệt độ tăng từ 10°C/giờ trở lên hoặc vượt 80°C, cần: khởi động ngay hệ thống bôi trơn dự phòng; giảm tải động cơ chính.

Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, phải dừng máy để kiểm tra nhằm tránh hiện tượng lớp hợp kim bị mềm hóa và bong tróc do quá nhiệt.

4. Kiểm tra định kỳ

Kết hợp với các đợt lên đà hoặc sửa chữa định kỳ của tàu (thường khoảng 2,5 năm/lần), cần:

Kiểm tra liên kết giữa lớp hợp kim và lớp nền bằng siêu âm (Ultrasonic Testing).

Phát hiện các khuyết tật như:

• Bong lớp (Shelling)
• Nứt (Cracking)

Đo khe hở ổ đỡ bằng căn lá hoặc thiết bị đo chuyên dụng.

Lập hồ sơ theo dõi tốc độ mài mòn để xây dựng kế hoạch thay thế trước khi xảy ra sự cố trong quá trình khai thác.