彈性金屬塑料推力軸瓦磨損過(guò)快的原因分析及對(duì)策

陳芬環(huán)

（安康水力發(fā)電廠，陜西 安康 725000）

0 情況介紹

安康水電廠自1994年開(kāi)始引進(jìn)由前蘇聯(lián)生產(chǎn)的彈性金屬塑料推力軸瓦，并于1994年至1996年期間先后將4臺(tái)單機(jī)容量為200 MW水輪發(fā)電機(jī)組的推力軸瓦全部更換為彈性金屬塑料瓦。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行證明：彈性金屬塑料瓦具有檢修工作量小、機(jī)組盤車力矩小、不需要高壓油頂起裝置等優(yōu)點(diǎn)。然而，安康水電廠彈性金屬塑料推力軸承瓦的磨損比較嚴(yán)重，每年的磨損量超過(guò)了0.10 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.02 mm/年的要求。嚴(yán)重影響了推力軸承瓦的使用壽命，影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)務(wù)之急就是要分析推力軸瓦磨損過(guò)快的原因，制定切實(shí)可行的解決方法，確保推力軸承安全可靠運(yùn)行。

1 推力軸承主要技術(shù)參數(shù)

安康水電廠安裝有4臺(tái)由東方電機(jī)廠生產(chǎn)的單機(jī)容量為200 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組推力軸承支撐形式為液壓支柱式，彈性油箱為三波紋式，推力軸承瓦采用雙層瓦結(jié)構(gòu)，下層托瓦帶內(nèi)嵌式托盤。瓦面材料為聚四氟乙烯，1994年由前蘇聯(lián)引進(jìn)，推力軸承為外加泵外循環(huán)冷卻方式。

1.1 推力軸承主要參數(shù)

型式：雙層瓦液壓支柱式

最大推力負(fù)荷：16 000 kN

瓦塊數(shù)：12

單位壓力：4.24 MPa

推力冷卻方式：外加泵外循環(huán)

推力瓦尺寸：635.4×600×60(mm)

瓦面材質(zhì)：聚四氟乙烯

推力瓦夾角：22°

推力瓦內(nèi)外直徑：2 130/3 330(mm)

推力瓦長(zhǎng)寬比：0.868

平均周速：15.3 m/s

推力PV 值：649 kg.m/s.cm2

1.2 運(yùn)行情況介紹

1.2.1 彈性金屬塑料瓦的優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)機(jī)組多年的運(yùn)行證明彈性金屬塑料瓦具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）取消了原來(lái)的高壓油頂起裝置，簡(jiǎn)化了推力軸承結(jié)構(gòu)；

（2）機(jī)組頂轉(zhuǎn)子時(shí)間間隔延長(zhǎng)至30 天，簡(jiǎn)化了機(jī)組啟動(dòng)程序；

（3）機(jī)組加閘轉(zhuǎn)速可降低為25%額定轉(zhuǎn)速以下，延長(zhǎng)了機(jī)組制動(dòng)器的使用壽命；

（4）機(jī)組大修時(shí)不必進(jìn)行推力瓦的研刮，大大減小機(jī)組檢修工作量，節(jié)約人力、物力和財(cái)力；

（5）機(jī)組盤車力矩小，無(wú)需在瓦面涂上動(dòng)物油脂只要涂上透平油即可；

（6）解決了鎢金瓦因運(yùn)行瓦溫過(guò)高而夏季限負(fù)荷運(yùn)行的問(wèn)題，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.2 彈性金屬塑料瓦的缺點(diǎn)

前蘇聯(lián)生產(chǎn)的彈性金屬塑料瓦具備諸多的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在瓦面磨損快的缺點(diǎn)，年平均磨損量超過(guò)0.10 mm，大大縮短了推力瓦的使用壽命，影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 推力瓦磨損快的原因分析

2.1 瓦面形狀的原因

柱面瓦具有較高的承載能力。柱面曲率半徑的大小需根據(jù)軸瓦的PV 值、瓦面長(zhǎng)寬比、支撐偏心值等因素來(lái)決定，考慮軸瓦的機(jī)械變形、溫度變形、彈性變形及蠕變形之間的關(guān)系來(lái)計(jì)算決定。合理的瓦面形狀設(shè)計(jì)可以降低推力瓦的磨損。

2.2 鏡板粗造度的原因

鏡板是推力軸承安全運(yùn)行的關(guān)鍵部件之一。當(dāng)推力軸承運(yùn)行時(shí)油膜厚度只有0.03～0.07 mm，因此要求鏡板要有較高的光潔度和精度。鏡板的光潔度低，軸承的損耗會(huì)增加，鏡板如有傷痕硬點(diǎn)等缺陷，則可能破壞油膜，進(jìn)一步增加磨損，甚至造成燒瓦事故。在2000年11月至2001年元月進(jìn)行的3號(hào)機(jī)組大修過(guò)程中，對(duì)推力瓦進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)12 塊軸瓦瓦面在同一部位都有深度幾乎相同的唱片紋，懷疑是鏡板上有硬點(diǎn)所造成。所以鏡板的粗糙度不合格也是引起推力瓦磨損的原因之一。

2.3 潤(rùn)滑油質(zhì)的原因

彈性金屬塑料瓦表面層采取的氟塑料質(zhì)軟，對(duì)雜質(zhì)十分敏感。油中如有雜質(zhì)進(jìn)入瓦的摩擦面處會(huì)很快將塑料瓦劃出溝痕產(chǎn)生磨損影響瓦的壽命。因此彈性金屬塑料瓦對(duì)油質(zhì)的清潔度要求很高。推力油槽內(nèi)或管道內(nèi)油的潔凈度無(wú)論對(duì)鎢金瓦還是塑料瓦都非常重要，但對(duì)塑料瓦就更加重要。因?yàn)橛蛢?nèi)的硬粒雜質(zhì)，塑料瓦面比鎢金瓦面更易受到損害。安康水電廠公共供、排油系統(tǒng)系電廠籌建時(shí)水電三局安裝的，許多管路從未進(jìn)行過(guò)清掃，管路中的雜質(zhì)進(jìn)入油槽，引起推力瓦的磨損。另外，機(jī)組大修對(duì)推力油槽清掃時(shí)，擋油筒也不分解，這樣推力油槽就無(wú)法徹底清掃干凈，只進(jìn)行油質(zhì)的過(guò)濾化驗(yàn)也無(wú)法保證整個(gè)油槽中透平油的潔凈度。

2.4 活動(dòng)導(dǎo)葉漏水量大的原因

由于彈性金屬塑料瓦磨擦系數(shù)低，在機(jī)組停機(jī)后如果導(dǎo)葉漏水量過(guò)大引起機(jī)組慢轉(zhuǎn)現(xiàn)象，安康水電廠4臺(tái)機(jī)組都存在高水頭時(shí)機(jī)組慢轉(zhuǎn)的情況。活動(dòng)導(dǎo)葉漏水量大還能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)過(guò)程長(zhǎng)，推力瓦在低轉(zhuǎn)速下慢轉(zhuǎn)引起瓦面磨損。

工程制圖課程具有工程圖形技術(shù)的基礎(chǔ)性與圖形性、工程性，是其他課程所不可替代的。圖形性與基礎(chǔ)性體現(xiàn)在：投影理論；形體造型方法；表達(dá)技術(shù)（視圖、剖視等的表達(dá)，軸測(cè)圖等）；繪圖基礎(chǔ)（徒手、尺規(guī)、計(jì)算機(jī)繪制）。工程性具體體現(xiàn)在：貫徹相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范；學(xué)習(xí)專業(yè)圖樣的繪制（如機(jī)械圖、土木圖、水利圖等）。

2.5 潤(rùn)滑油溫過(guò)低的原因

彈性金屬塑料瓦仍沿用原巴士合金瓦的溫度測(cè)量裝置，由于塑料瓦瓦面塑料層導(dǎo)熱不良，所以測(cè)量的溫度和實(shí)際瓦面的油膜溫度有一定的差距。但塑料瓦的油溫允許比鎢金瓦高15～20℃。安康電廠四臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)推力瓦溫不超過(guò)40℃，油溫也只有27～29℃。原鎢金瓦更換為塑料瓦后，推力外循環(huán)系統(tǒng)并未更換，冷卻水壓也未改變。機(jī)組的推力油溫、瓦溫都偏低。油的粘度對(duì)推力軸承潤(rùn)滑性能有大的影響，這可以從推力軸承摩擦損耗公式可以看出：

N=k(ucp×s×u2×hcp)

式中：

ucp－油膜中油的動(dòng)力粘度的平均值

u－塑料瓦平均半徑的圓周速度（相對(duì)線速度）

hcp－油膜平均厚度

s－軸瓦面積

由上式可以看出，在油膜厚度、軸瓦面積、速度不變的情況下，塑料瓦的摩擦損耗和油的動(dòng)力粘度成正比。也就是說(shuō)，油的粘度越大，磨擦損耗越大。要降低摩擦損耗就要適當(dāng)降低油的動(dòng)力粘度。而潤(rùn)滑油粘度減小的方法之一就是適當(dāng)?shù)靥岣咚芰贤叩倪\(yùn)行溫度。提高塑料瓦運(yùn)行溫度的方法是減小冷卻器的冷卻水量。

綜上所述，造成安康水電廠推力軸承塑料軸瓦磨損快的原因有設(shè)計(jì)制造的原因，也有運(yùn)行、檢修方面的原因，要解決這一問(wèn)題就要從這幾個(gè)方面著手解決。

3 解決方法和對(duì)策

針對(duì)以上原因我們采取了以下方法和對(duì)策：

（1）自2007年開(kāi)始，我們選擇由新安江水力發(fā)電廠修配分場(chǎng)生產(chǎn)的彈性金屬塑料瓦，該瓦的瓦面材質(zhì)是在原純聚四氟乙烯的基礎(chǔ)上加入耐磨材質(zhì)，耐磨性大大提高；

（2）訂貨時(shí)對(duì)瓦面形狀專門提出了要求，避免因瓦面形狀缺陷產(chǎn)生的磨損；

（3）機(jī)組運(yùn)行時(shí)根據(jù)潤(rùn)滑水溫適當(dāng)降低推力軸承的冷卻水壓，保證推力軸承瓦溫、油溫在合適的范圍內(nèi)；

（4）機(jī)組檢修時(shí)將推力油槽全面進(jìn)行清掃，潤(rùn)滑油全部進(jìn)行更換，油質(zhì)化驗(yàn)合格，保證潤(rùn)滑油的油質(zhì)。

（5）更換了水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉的軸套，降低導(dǎo)葉的漏水量，避免機(jī)組停機(jī)過(guò)程太長(zhǎng)，推力瓦在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運(yùn)行產(chǎn)生的磨損。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上處理后，徹底解決了安康水電廠推力軸承瓦磨損過(guò)快的問(wèn)題，自2007年更換以來(lái)，瓦面基本沒(méi)有磨損，達(dá)到了預(yù)期的效果。