泵站應用彈性金屬塑料瓦存在問題及對策

張家明

（山東省膠東調水工程棘洪灘水庫管理處，山東 青島 266100）

山東省引黃濟青工程棘洪灘泵站自1989年建成以來，一直不能很好解決機組長期運行引起電機導軸瓦溫升過高造成的燒瓦問題。本文結合多年運行管理經驗和工作實際情況，分析問題原因，不斷優化解決方案，最終取得良好效果。

1　彈性金屬塑料瓦的應用

棘洪灘泵站的大型立式混流泵配用TL800-24/2150型立式同步電動機，在1989年建站伊始，電動機采用巴氏合金瓦作為導軸瓦。隨著近幾年引水量急劇增加以及機電設備的老舊，電機導軸瓦溫度常常超過60℃的報警溫度，機組被迫停機降溫，嚴重影響調水安全和效率。為解決該問題，本泵站借鑒上游泵站的成功經驗，自2013年開始，陸續對所有機組替換巴氏合金瓦為彈性金屬塑料瓦。

彈性金屬塑料瓦是由低合金鋼瓦坯、青銅合金彈性墊、聚四氟乙烯瓦面經過160℃高溫、8～10 MPa高壓焊接而成，聚四氟乙烯瓦面耐熱性較好，最高工作溫度為150℃，摩擦系數在0.025～0.05之間。彈性金屬塑料瓦在前期使用中發現諸多優點：節省人力成本，由于該瓦摩擦系數小，磨損比巴氏合金瓦小，所以使用壽命長，且因其摩擦力小，產生熱量少，溫升低。彈性金屬塑料瓦的青銅合金彈性墊，具有一定的彈性，在受壓時可以改變瓦面的壓力分布，起到緩沖作用，所以有減震作用。在本站已經更換為彈性金屬塑料瓦的機組，噪音和振動明顯降低。

2　實際應用中存在的問題及改進措施

2.1　對彈性金屬塑料瓦的認識存在片面性

過分強調彈性金屬塑料瓦摩擦系數小優點，做出一些違反規程的操作，如在機組大修中盤車不加透平油潤滑、在長期停機后推力瓦與鏡板之間油膜消失，而再次開機前不頂轉子，這些操作均導致彈性金屬塑料瓦的聚四氟乙烯瓦面嚴重磨損。本站在2013年初次更換彈性金屬塑料瓦時，在沒有透平油潤滑的情況下，干磨推力瓦盤車10圈后，聚四氟乙烯瓦面磨損0.09 mm，技術人員意識到不能麻痹大意，仍要嚴格執行操作規程和技術規范。

2.2　聚四氟乙烯瓦面導熱率差

在實際應用中，過分依賴彈性金屬塑料瓦耐高溫特性，而忽略了導熱率差的缺點。由于監測瓦溫的銅熱敏電阻安裝在低合金鋼瓦坯上、瓦面的聚四氟乙烯導熱率差、機組運行中轉子散熱片持續給瓦坯降溫等因素，所以通過溫度巡檢儀得到的瓦坯溫度與瓦面實際溫度有一定的差值，而且瓦面和瓦坯的溫差并不存在線性關系，隨運行工況和環境溫度變化而變化，導致瓦面溫度的異常升高不能立即反映在瓦坯上。本站在更換彈性金屬塑料瓦初期，3#機組冷卻水意外中斷，未及時發現，導致機組上導瓦在運行中溫度接近60℃的報警溫度，立即停機處理。由于聚四氟乙烯瓦面導熱率差，導致的溫度標識滯后性，在緊急停機30 min后，該機組的溫度巡檢儀顯示的溫度才逐漸上升到115℃，最后打開上油缸蓋發現燒瓦。所以，針對彈性金屬塑料瓦的這個特性，不能按傳統巴氏合金瓦模式，簡單的標定60℃為報警溫度，65℃為停機溫度。在實際運行中，本站提出了瓦溫動態整定監測模式，值班人員依據環境溫度測定出正常運行時瓦溫，然后增加4～6℃作為報警溫度，再增加10～12℃作為停機溫度，在后續的運行中有效避免燒瓦事故的發生。

2.3　聚四氟乙烯瓦面熱膨脹系數大

彈性金屬塑料瓦的瓦面聚四氟乙烯，這種材料的熱膨脹系數是鋼材的10倍，根據水利部頒發的泵站安裝技術規范規定電機導軸瓦上導瓦間隙0.06～0.08 mm，這個間隙是在巴氏合金瓦基礎上進行標定的，由于上導瓦是主要受力瓦，產生的較大熱量極易引起瓦面膨脹，使上導瓦間隙變小，增加上導瓦與推力頭軸頸面的摩擦力，不僅加速上導瓦磨損，而且出現溫升過高現象。本站在更換彈性金屬塑料瓦的機組中，多數出現上導瓦磨損嚴重、溫升過高問題，針對彈性金屬塑料瓦熱膨脹系數大的特性，在安裝上導瓦時增加0.02 mm的間隙，在后期運行中，發現效果良好。

2.4　對鏡板面和推力頭軸頸面粗糙度要求高

鏡板和推力頭都是電機軸承的轉動部件，推力瓦和上導瓦都是電機軸承的固定部件。推力瓦固定在上機架油缸底部，這樣鏡板覆壓在推力瓦上面，推力瓦承受整個轉子的軸向壓力，上導瓦固定在上機架上瓦架，直接與推力頭軸頸面接觸，承受整個轉子的徑向力，限制轉子的水平位移。鏡板面和推力頭軸頸面都與彈性金屬塑料瓦直接接觸，這對鏡板和推力頭軸頸面的粗糙度要求較高，傳統的巴氏合金瓦要求鏡板粗糙度小于0.8 μm，而彈性金屬塑料瓦要求鏡板粗糙度小于0.64 μm，否則加速瓦面聚四氟乙烯的磨損，降低瓦的使用壽命。這對鏡板和推力頭拋光工藝提出了新的要求，本站改進傳統的人工研磨拋光工藝流程，制作專用的機械研磨臺架，電機采用30～40 r/min的針式減速機，研磨時只需人工添加拋光膏和透平油的混合液即可，這樣研磨16 h左右，通過便攜式粗糙度儀測量其表面，是否達到要求。

正常情況下，瓦面聚四氟乙烯每5年磨損0.10 mm，不同廠家制作的聚四氟乙烯瓦面厚度不同，其使用壽命也不同，只要瓦面裸露出青銅合金彈性墊，表明該瓦已不能使用，所以聚四氟乙烯厚度也是購買彈性金屬塑料瓦的重要指標之一。

2.5　對潤滑油黏度要求高

彈性金屬塑料瓦對電機潤滑油的黏度要求很高，若潤滑油的黏度達不到要求，極易加速聚四氟乙烯瓦面的磨損。泵站常用的電機潤滑油通常是透平油，透平油的黏度是衡量油質的重要指標，黏度大的透平油能夠承受大的壓力負荷，不易從摩擦面擠出，而保持一定厚度的油膜，較好保持液體摩擦狀態，而黏度小的透平油不易保持良好的油膜，使摩擦面有損壞的危險。但是，黏度過大的透平油產生的阻力較大，增加摩擦損失和引起振動，散熱能力也較差，所以在保持液體摩擦條件下，選擇合適粘度的透平油至關重要，本站在使用巴氏合金瓦時采用L-TSA32透平油，在更換彈性金屬塑料瓦后，對潤滑油黏度沒有引起重視，依舊沿用該標號透平油，4#機組在運行1.2萬h后，打開電機上油缸蓋，有大量聚四氟乙烯粉末漂浮在油缸中，對導瓦逐一排查，發現推力瓦磨損嚴重。經分析認為，這與推力瓦壓力負荷大，推力瓦與鏡板之間的油膜被擠出有關，遂決定將透平油型號更換為黏度更大的L-TSA45，此后運行期間，一直注意觀察該機組透平油變化，最終透平油因為酸值超標而更換，不再出現粉末狀雜質。

總之，本文提出了瓦溫動態整定監測模式、加大上導瓦間隙、改進了傳統鏡板和推力頭拋光工藝、提高潤滑油標號等解決方案。通過對彈性金屬塑料瓦在實際應用中存在問題的不斷改進，可以更好的發揮這種新型材料的優勢，同時促進泵站安裝技術規范和行業標準不斷完善和提高。