淺談推力瓦的常見故障原因及處理

（映秀灣水力發(fā)電總廠，四川 都江堰 611830）

淺談推力瓦的常見故障原因及處理

鄭海軍

（映秀灣水力發(fā)電總廠，四川 都江堰 611830）

水輪發(fā)電機組的推力瓦部件，經(jīng)常出現(xiàn)瓦溫過高及磨損的現(xiàn)象，嚴重影響機組的安全、可靠運行，現(xiàn)就推力瓦瓦溫過高及磨損的現(xiàn)象的一般原因進行淺析，針對這些原因進行相應(yīng)的處理，保證機組安全、可靠運行。

推力瓦；周向偏心率；熱變形；機械變形；軸線處理；運行特性

1 引言

推力瓦是水輪發(fā)電的重要部件之一，作用是承受機組轉(zhuǎn)動部分的重量以及水輪機的軸向水推力，并將這些力傳遞給水輪發(fā)電機的荷重機架及基礎(chǔ)混凝土。其工作性能的好壞，將直接關(guān)系到機組的安全和穩(wěn)定運行。

2 分類及優(yōu)缺點

推力軸瓦分巴氏合金瓦和彈性金屬塑料瓦（氟塑料瓦）兩大類。巴氏合金瓦溫升反應(yīng)速度快，相對危害輕，并且溫升引起燒瓦不易損傷鏡板；氟塑料瓦溫升反應(yīng)速度慢，延長危害時間長，易擴大事故，溫升熔化氟塑料層，青銅絲外漏易造成鏡板損傷。但氟塑料瓦與巴氏合金相比較具有特殊優(yōu)點：承載能力強、耐高溫、變形小、摩擦系數(shù)小、維修簡單等，并正在逐步取代巴氏合金瓦。氟塑料瓦在檢查、處理過程中免去了研刮，但由于本身的特點決定一旦出項下列問題就必須更換：瓦溫過高燒瓦、軸瓦金屬層與氟塑料層脫層。

3 推力瓦瓦溫過高及磨損的一般原因

眾多調(diào)研資料表明，造成推力瓦溫瓦溫過高及磨損主要存在以下幾個方面：一是推力軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計及選型不合理；二是推力軸承加工制造工藝質(zhì)量較差；三是潤滑油的循環(huán)和冷卻；四是安裝和運行管理；五是機組運行特性不良；六是推力軸承甩油。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計及選型不合理

推力軸承設(shè)計及選型根據(jù)設(shè)計機組給定的負荷和轉(zhuǎn)速等參數(shù)，計算推力軸承主要數(shù)據(jù)，從而確定推力軸承扇形瓦的塊數(shù)、尺寸以及軸承其他附件結(jié)構(gòu)、尺寸。結(jié)構(gòu)設(shè)計及選型不合理主要表現(xiàn)以下幾個方面：

推力瓦的熱變形和機械變形。在這兩種變形中，熱變形更難控制。對于傳統(tǒng)扇形瓦，熱變形量往往為設(shè)計最小油膜厚度的幾倍，推力瓦周向熱變形量往往是周向機械變形量的2-3倍，推力瓦徑向熱變形量與徑向機械變形量相接近，徑向變形總量比周向變形總量大2-3倍。正是由于推力瓦熱變形和機械變形隨著機組負荷增加而增加，促使油膜厚度被破壞而造成研瓦事故。

推力瓦的周向偏心率。通過推力瓦周向偏心率增大，比原有設(shè)計值提高1/3-1/2以上，獲得了明顯的效果。這使人們認識到，單位壓力較大推力軸承，適當(dāng)增加偏心率，對改善其啟動性能，提高承載能力，增加油膜厚度等是有利的。

3.2 加工制造工藝質(zhì)量較差

（1）鏡板不平度過大。鏡板不平度過大系指鏡板波浪度及粗糙度超過允許范圍，由于鏡板不平度過大，使推力瓦瓦溫升高，鏡板鏡面劃傷磨損。通常巴氏合金瓦粗糙度控制在Ra≤0.2-0.4μm，氟塑料瓦Ra≤0.64μm，波浪度≤0.05mm。

（2）材料機械性能問題。推力軸承支撐機構(gòu)在運行中異變，個別支撐球面和鉻鋼墊塊表現(xiàn)出深淺不一的壓痕；個別平衡塊蠕動發(fā)卡；彈性油箱壓裂或漏油變剛性支撐等，都導(dǎo)致推力瓦受力不均，個別推力瓦超過最大承載發(fā)生磨損，進而造成所有推力瓦磨損。

3.3 潤滑油的循環(huán)和冷卻

推力軸承內(nèi)部油循環(huán)結(jié)構(gòu)不當(dāng)。軸承內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)不當(dāng)，會造成熱油短路，使瓦溫升高；有的外循環(huán)推力軸承對推力瓦的供油方向與鏡板旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的油流方向相反，使瓦間油流停滯，如瓦間不采取相應(yīng)措施，也是造成推力瓦過熱以致加速磨損的原因之一。因此，有的推力軸承采用刮油板，噴油管等措施。

推力瓦進油邊形狀不好。推力瓦進油邊形狀不好，對推力軸承在機組啟動瞬間油膜形成速度產(chǎn)生一定影響。油的循環(huán)動力不足（油的流速過低），還可能在推力瓦的出油邊產(chǎn)生滯流區(qū)或渦流區(qū)。

冷卻器銅管堵塞、進出水壓力不足、擋油板位置及結(jié)構(gòu)不當(dāng)以及過油面積不足等，均會降低冷卻器的冷卻效果而導(dǎo)致瓦溫的升高。

3.4 安裝及運行管理

（1）推力瓦受力調(diào)整。機組安裝及檢修期間，應(yīng)認真、嚴格的進行推力瓦的受力調(diào)整，盡管液壓支柱式推力軸承有一定自調(diào)節(jié)能力，但仍應(yīng)引以充分注意，防止個別推力瓦負荷過大，在運行中發(fā)生過熱而加劇磨損。

（2）推力瓦的殘余變形。在新安裝機組或老機組大修過程中更換個別新瓦，由于新瓦內(nèi)存在一定的殘余應(yīng)力，在機組運行中，這部分殘性應(yīng)力產(chǎn)生相應(yīng)的殘性變形，這種變形給油膜厚度及其分布帶來不同程度的影響。

（3）軸線處理、導(dǎo)軸承間隙調(diào)整等。導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整不良，軸線不垂直度過大，鏡板和推力頭水平超過規(guī)定范圍的等，加劇了推力軸承運行條件惡化，引起運行中鏡板的顫動，在軸承中出現(xiàn)脈動力，導(dǎo)致推力瓦的分離脫層現(xiàn)象。

（4）運行管理不善。機組開停機頻繁，啟動時推力瓦單位負荷增大，甩負荷過多，造成推力軸承運行自然老化；潤滑油變質(zhì)，含有水分、油污等雜物進入，造成鏡板鏡面粗糙度增大，嚴重時，高壓油頂起推軸瓦油室磨損，摩擦系數(shù)增大，油膜減少或破壞或推力瓦與鏡板嚴重磨損。

3.5 機組運行特性不良

機組振動、穩(wěn)定性較差。由于轉(zhuǎn)輪氣蝕及沖刷，嚴重時往往引起水輪機轉(zhuǎn)輪不均勻受力及導(dǎo)葉、蝸殼、尾水管水流分布不均，使機組運行穩(wěn)定變差；由于水力不平衡、磁拉力不平衡、機械受力不平衡力及壓力脈動等，使運行機組產(chǎn)生受迫振動及共振，機組的動負荷的分量增加，推力軸承受到脈振沖擊、干擾和破壞了推力瓦的正常壓力分布和油膜厚度。

3.6 機組推力軸承甩油

推力軸承甩油有兩種情況，一是油質(zhì)從旋轉(zhuǎn)件內(nèi)壁與擋油圈之間甩向發(fā)電機內(nèi)部，另一種是油質(zhì)從旋轉(zhuǎn)部件與蓋板間的縫隙甩向外部。甩油造成軸承運行油位降低引起推力瓦溫升，過高可能引起研瓦現(xiàn)象。

4 推力瓦瓦溫過高及磨損的通常處理方法

（1）當(dāng)推力瓦進油邊及中部大面積磨損時，說明推力瓦啟動性能不良或承載能力較低，不能很快形成油膜或沒有足夠的油膜厚度。在校核推力瓦周向偏心率設(shè)計值及實際值后，根據(jù)計算與經(jīng)驗可酌情提高推力瓦偏心率。

（2）除了在設(shè)計、制造上針對推力瓦熱變形及機械變形采取雙層瓦及水冷瓦結(jié)構(gòu)等措施外，采取在推力瓦“中間帶”特殊刮低0.02-0.03mm可以有效抵消推力瓦部分機械變形，提高推力瓦使用壽命。

（3）在液壓支柱式推力軸承上取消抗重螺栓，將推力瓦直接或通過墊環(huán)間接平放彈性油箱，這樣改進后，與原結(jié)構(gòu)比較，推力瓦最大變形量大幅減少，最小油膜厚度有所增加，承載能力有所提高，平均瓦溫及最高瓦溫有所降低，結(jié)構(gòu)得到簡化，便于安裝、檢修。

（4）有的具有高壓油頂起裝置的推力軸承，其瓦面有2個環(huán)油室，其中心距大小選擇合理與否，對推力軸承影響較大。油室中心距、油室深度適合，可增加油室中部進油量。

（5）提高油冷卻器的冷卻效果。在可能條件下，提高冷卻水壓力、增大水流量、改進冷卻器結(jié)構(gòu)、增強冷卻效果、改變油的循環(huán)。

（6）在雙層瓦結(jié)構(gòu)中，學(xué)習(xí)日立公司將薄瓦制成梯形斷面，將進油邊的瓦背倒角，托瓦設(shè)計冷卻油溝，使邊界層油引向托瓦周向冷卻油溝，冷卻托瓦的上表面，減少托瓦的熱變形，增加承載能力，減少變形摩擦。

（7）對軸線調(diào)整，調(diào)整導(dǎo)軸承瓦隙，消除水力不平衡、磁拉力不平衡、機械受力不平衡力及壓力脈動等引起的機組受迫振動及共振。

（8）解決推力軸承甩油問題。按采取措施的主導(dǎo)作用可分阻擋、均壓等。阻擋法如在推力頭內(nèi)壁加裝風(fēng)葉；在旋轉(zhuǎn)件內(nèi)壁加裝擋油環(huán)。對外甩油采取加強密封性能即旋轉(zhuǎn)件與蓋板間設(shè)迷宮槽加多層密封圈。均壓法是將轉(zhuǎn)子高壓區(qū)的氣流引向擋油管下部，使上下壓力均衡，外甩油可在推力油槽蓋板通過呼吸孔使內(nèi)外壓力趨于平衡。

結(jié)語

推力瓦工作性能的好壞，將直接關(guān)系到機組的安全和穩(wěn)定運行，而衡量推力軸承工作優(yōu)劣主要從推力瓦的平均溫度和最大溫差評定，通過對推力瓦瓦溫過高及磨損的一般原因及通常處理方法介紹，希望對解決推力瓦溫過高起到一定作用，文中疏漏及不足請專家、同仁指正。

[1]盧勝文.談電機推力瓦燒損的故障原因及檢修[J].機床與液壓ISTICPKU，2010，38（12）.

TM62

A