彈性金屬塑料推力軸瓦磨損過快的原因分析及對策

2012-04-14 18:08:23陳芬環

水電站機電技術 2012年3期

陳芬環

（安康水力發電廠，陜西安康 725000）

0 情況介紹

安康水電廠自1994年開始引進由前蘇聯生產的彈性金屬塑料推力軸瓦，并于1994年至1996年期間先后將4臺單機容量為200 MW水輪發電機組的推力軸瓦全部更換為彈性金屬塑料瓦。經過多年的運行證明：彈性金屬塑料瓦具有檢修工作量小、機組盤車力矩小、不需要高壓油頂起裝置等優點。然而，安康水電廠彈性金屬塑料推力軸承瓦的磨損比較嚴重，每年的磨損量超過了0.10 mm，遠遠超過國家標準0.02 mm/年的要求。嚴重影響了推力軸承瓦的使用壽命，影響了機組的安全穩定運行。當務之急就是要分析推力軸瓦磨損過快的原因，制定切實可行的解決方法，確保推力軸承安全可靠運行。

1 推力軸承主要技術參數

安康水電廠安裝有4臺由東方電機廠生產的單機容量為200 MW的水輪發電機組，該機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構，下層托瓦帶內嵌式托盤。瓦面材料為聚四氟乙烯，1994年由前蘇聯引進，推力軸承為外加泵外循環冷卻方式。

1.1 推力軸承主要參數

型式：雙層瓦液壓支柱式

最大推力負荷：16 000 kN

瓦塊數：12

單位壓力：4.24 MPa

推力冷卻方式：外加泵外循環

推力瓦尺寸：635.4×600×60(mm)

瓦面材質：聚四氟乙烯

推力瓦夾角：22°

推力瓦內外直徑：2 130/3 330(mm)

推力瓦長寬比：0.868

平均周速：15.3 m/s

推力PV 值：649 kg.m/s.cm2

1.2 運行情況介紹

1.2.1 彈性金屬塑料瓦的優點

通過機組多年的運行證明彈性金屬塑料瓦具備以下優點：

（1）取消了原來的高壓油頂起裝置，簡化了推力軸承結構；

（2）機組頂轉子時間間隔延長至30 天，簡化了機組啟動程序；

（3）機組加閘轉速可降低為25%額定轉速以下，延長了機組制動器的使用壽命；

（4）機組大修時不必進行推力瓦的研刮，大大減小機組檢修工作量，節約人力、物力和財力；

（5）機組盤車力矩小，無需在瓦面涂上動物油脂只要涂上透平油即可；

（6）解決了鎢金瓦因運行瓦溫過高而夏季限負荷運行的問題，提高了經濟效益。

1.2.2 彈性金屬塑料瓦的缺點

前蘇聯生產的彈性金屬塑料瓦具備諸多的優點，但同時存在瓦面磨損快的缺點，年平均磨損量超過0.10 mm，大大縮短了推力瓦的使用壽命，影響了機組的安全穩定運行。

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軸瓦的PV 值、瓦面長寬比、支撐偏心值等因素來決定，考慮軸瓦的機械變形、溫度變形、彈性變形及蠕變形之間的關系來計算決定。合理的瓦面形狀設計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行的關鍵部件之一。當推力軸承運行時油膜厚度只有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，軸承的損耗會增加，鏡板如有傷痕硬點等缺陷，則可能破壞油膜，進一步增加磨損，甚至造成燒瓦事故。在2000年11月至2001年元月進行的3號機組大修過程中，對推力瓦進行檢查時發現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 潤滑油質的原因

彈性金屬塑料瓦表面層采取的氟塑料質軟，對雜質十分敏感。油中如有雜質進入瓦的摩擦面處會很快將塑料瓦劃出溝痕產生磨損影響瓦的壽命。因此彈性金屬塑料瓦對油質的清潔度要求很高。推力油槽內或管道內油的潔凈度無論對鎢金瓦還是塑料瓦都非常重要，但對塑料瓦就更加重要。因為油內的硬粒雜質，塑料瓦面比鎢金瓦面更易受到損害。安康水電廠公共供、排油系統系電廠籌建時水電三局安裝的，許多管路從未進行過清掃，管路中的雜質進入油槽，引起推力瓦的磨損。另外，機組大修對推力油槽清掃時，擋油筒也不分解，這樣推力油槽就無法徹底清掃干凈，只進行油質的過濾化驗也無法保證整個油槽中透平油的潔凈度。

2.4 活動導葉漏水量大的原因

由于彈性金屬塑料瓦磨擦系數低，在機組停機后如果導葉漏水量過大引起機組慢轉現象，安康水電廠4臺機組都存在高水頭時機組慢轉的情況。活動導葉漏水量大還能導致機組停機過程長，推力瓦在低轉速下慢轉引起瓦面磨損。

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2.5 潤滑油溫過低的原因

彈性金屬塑料瓦仍沿用原巴士合金瓦的溫度測量裝置，由于塑料瓦瓦面塑料層導熱不良，所以測量的溫度和實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℃。安康電廠四臺機組正常運行時推力瓦溫不超過40℃，油溫也只有27～29℃。原鎢金瓦更換為塑料瓦后，推力外循環系統并未更換，冷卻水壓也未改變。機組的推力油溫、瓦溫都偏低。油的粘度對推力軸承潤滑性能有大的影響，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－油膜中油的動力粘度的平均值

u－塑料瓦平均半徑的圓周速度（相對線速度）

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力粘度成正比。也就是說，油的粘度越大，磨擦損耗越大。要降低摩擦損耗就要適當降低油的動力粘度。而潤滑油粘度減小的方法之一就是適當地提高塑料瓦的運行溫度。提高塑料瓦運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計制造的原因，也有運行、檢修方面的原因，要解決這一問題就要從這幾個方面著手解決。