大型泵站立式同步電動機推力瓦燒損原因及預防措施

黃良夏

（安徽省駟馬山引江工程管理處，安徽 和縣238200）

0 引言

推力瓦是大型泵站立式同步電動機的關鍵部件之一，且大都采用巴氏合金瓦。其在運行過程中，因推力瓦產品缺陷、設備安裝質量和管理水平等因素造成推力瓦燒損，而不得不被迫停機，嚴重影響抗旱與排澇運行。其燒損及發(fā)展過程：電機運轉時，推力瓦與鏡板之間須有0.04～0.10mm厚度的均勻油膜，一旦某塊瓦某處油膜厚度遭到破壞，瓦面及與之接觸的鏡板面得不到潤滑，出現(xiàn)干磨擦或半液磨擦，瓦溫急驟上升，油膜粘度下降，運行條件惡化。當該處瓦溫超過巴氏合金的熔點時，推力瓦燒損便從該處開始，熱量經旋轉的鏡板傳遞，如此惡性循環(huán)，波及到臨近的瓦，甚至于全部瓦塊。作者從設備制造缺陷、安裝質量、運行管理角度分析了巴氏合金推力瓦燒瓦原因，以供同行們參考。

1 設備制造缺陷

1.1 抗重螺栓晃度大

抗重螺栓與推力盤配合應緊密，若松動較大，運行后抗重螺栓將產生徑向或軸向晃動，必然會引起推力瓦的升高或下降，破壞了安裝時已調整好的各瓦均勻受力度。因此，要求抗重螺栓軸向晃度小于0.01～0.02mm，徑向晃度小于 0.02～0.03mm。

1.2 推力瓦支承凹孔直徑過大、凹孔平面錐孔缺陷

推力軸承由推力瓦塊、磷銅墊片、抗重螺栓、限位螺栓、推力盤組成。受加工工藝限制，推力瓦背面支承凹孔存在直徑過大，凹孔底面有直徑和深度大小不一的錐孔缺陷。如安徽省駟馬山引江工程烏江抽水站6臺TDL1600-40/3250電機均為70年代初制造，其推力瓦背面支承凹孔均存在錐孔。在歷次機組檢修中發(fā)現(xiàn)，磷銅墊片都有不同程度的變形，有的甚至呈碗形，中間壓痕明顯。作者分析認為：支承磷銅墊片在凹孔底與抗重螺栓之間，由于孔底錐孔的存在，受抗重螺栓弧形面頂托，受力承重后出現(xiàn)不同程度的變形，荷載越大變形越大。運行時，由于瓦的游擺，抗重螺栓與墊片之間會發(fā)生輕微位移。而當機組振動增大，位移量就越大。由于磷銅墊片與支承凹孔底面存在加工不平行偏差，加之磷銅墊片變形量不一樣，接觸厚度發(fā)生改變，必然會造成推力瓦承載面上升或下降，破壞了推力瓦受力均勻度，受力最大的瓦磨損大甚至可能發(fā)生燒損。

1.3 鏡板表面不平

引起鏡板不平的原因：①自身加工精度不高，平面度超過0.03mm；②受推力頭與鏡板、絕緣墊組裝時螺栓擰緊力大小不一影響；③在調整機組軸線擺動分區(qū)刮削處理絕緣墊時，沿周向界線研磨不平順，即存在所謂的“棱臺”造成。鏡板不平，會造成推力瓦受力不均，受力大的推力瓦呈周期改變。在調整推力瓦受力時，能明顯感到始終有一些瓦松動、不受力，有些瓦受力很大。聯(lián)合盤車時，凈擺度測量值不符合正弦曲線規(guī)律，而呈現(xiàn)梅花狀跳躍。

1.4 推力瓦變形影響

受抗重螺栓集中力和鏡板面荷載作用，推力瓦四周必然產生較大撓度，中部相對凸起。另一方面，因瓦面合金與瓦基鋼坯為2種不同材質，熱線脹變化量不同，巴氏合金瓦面的熱線脹系數是瓦基坯體的2倍。運行時，隨著軸瓦溫度升高，瓦面膨脹量大于坯體膨脹量，造成推力瓦變形上凸，且瓦面中部為凸起最高處。造成該處油膜厚度減小，該區(qū)域就會出現(xiàn)干摩擦或半液摩擦，也最易發(fā)生磨損、燒熔。

2 安裝質量問題

2.1 調整推力瓦受力方法缺陷

推力瓦調水平，通常是先調平3塊基準瓦，再升起其余5塊瓦的方法。調整時通常由經驗豐富的老師傅采用人工錘擊方式松緊抗重螺栓，從而升降瓦面。調整推力瓦受力靠手感，無法保證8塊瓦均勻受力，往往使軸瓦間溫差可達到5～8℃。

2.2 一字形限位螺栓工作位置不正確

推力瓦屬擺動瓦，瓦的游擺有利于進油油楔的形成。安裝時，相鄰瓦卡槽間的限位螺栓偏高或偏低，高度不適中，推力瓦在運行中的自由擺動受限，進油油楔受到破壞，油膜厚度難以形成，從而導致推力瓦磨損、燒損。

2.3 推力瓦瓦面加工精度低

推力瓦的加工精度高低，直接影響瓦面潤滑條件。受加工工藝限制，合金瓦在鑄造中瓦面難免會有夾渣、氣孔等質量缺陷。對存在夾渣、大的氣孔的瓦塊，可送專業(yè)廠家進行剔除、修補處理，小氣孔可將周圍刮削成斜坡。巴氏合金推力瓦的研刮一般按研磨、刮削兩道工序進行，要求與鏡板面按機組旋轉方向人工研磨，然后對研磨顯現(xiàn)的高點、大點進行粗刮、精刮，反復數次，直至每瓦面每1cm2至少要有不少于2個接觸點。最后對中間部位進行刮低，以降低瓦面中部受力上凸變形影響。

2.4 鏡板翹起

鏡板翹起，與推力瓦承載面不平行，導致瓦面油膜厚薄不均。油膜最薄處，容易出現(xiàn)干摩擦，導致磨損、燒瓦。引起鏡板翹起，最主要原因是機組導軸承間隙偏大，機組轉動部分擺度超標，軸線傾斜。而出現(xiàn)導軸承間隙大的情況：①安裝時質量控制不到位；②受轉動部件偏離轉動中心的質量慣性離心力、定轉子磁場偏心引起的不平衡磁拉力、作用于葉輪的橫向水力不平衡力、水泵汽蝕振動等因素影響，導軸承出現(xiàn)磨損，特別是水導軸承磨損最為嚴重，而間隙增大又加劇了機組擺動。如此發(fā)展，不僅導軸瓦、泵軸磨損，進而使推力瓦受損。

2.5 電機轉子磁極高差偏大

大型同步電動機轉子磁極一般在生產廠家已掛裝好，新電機安裝前、老機組檢修時都要復核磁極高度偏差。如果偏差過大，轉子的磁場中心就像一條不規(guī)則的波浪線，電動機運轉時，定子的交流旋轉磁場牽引著轉子勵磁磁場作波浪形瞬間變化，磁場力脈動變化。既可能影響機組運行擺度，又可能給推力瓦增加一個附加荷載。情況嚴重時，造成推力瓦燒損。江蘇泗洪二站就曾發(fā)生過1臺機組在試運行時因轉子磁極高差超過10mm，導致多次燒瓦的事故，后經檢查處理，把轉子磁極高差調整到3mm，消除了事故。因此《SL317-2015泵站設備安裝及驗收規(guī)范》第3.3.3條規(guī)定“轉子磁極高度允許偏差為±1.5mm，轉子磁極中心掛裝高程允許偏差為±1.0mm”。

3 運行管理

3.1 運行工況惡化

隨著生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境的變化，泵站運行工況發(fā)生了改變。如安徽省駟馬山引江工程烏江抽水泵站，近年來進水池平均最低水位降至2.55m（水泵最低運行水位2.8m），機組汽蝕振動強烈，為防止發(fā)生燒瓦等事故而有時不得不停機。進水池攔污柵堵塞未及時清除，過柵水頭差大，水流夾帶著大量空氣，進水流道嚴重淤積，進水流態(tài)紊亂等工況也都會導致機組汽蝕振動的發(fā)生。另外，機組在極端高揚程下運行，會增大軸向水推力，增加推力瓦的工作荷載。而推力軸承荷載系數ε＞0.9，滿負荷運行的機組是最容易發(fā)生燒瓦的。

3.2 潤滑油變質

潤滑油的變質原因：①因長期運行自然劣化；②冷卻水銅管接頭可能發(fā)生滲漏；③軸電流的長期電解作用，降低油質潤滑性能。電機正常運行時，主軸不可避免地處于不對稱的脈沖磁場中運轉，在主軸上會產生一定數量的電壓。若推力頭與鏡板、導軸瓦架與機架之間絕緣電阻較低或潤滑油含水分較大，軸電流通過主軸、軸承、機座就形成了通路，軸電流的存在，不僅會影響油質潤滑性能，還會侵蝕鏡板和推力瓦表面。所以在電機檢修中，必須檢測絕緣墊、導軸瓦與瓦背絕緣電阻值。

3.3 其他因素

泵站同步電動機軸承主要冷卻介質是壓力冷卻水。軸承磨擦熱量經潤滑油，由油槽內冷卻器中泵送壓力冷卻水帶走。冷卻器內結垢、局部堵塞、進出水壓不足都會使冷卻水流量變小，熱量交換減少；另外電機在起動前必須先頂起機組轉子3～5mm，目的是給鏡板與推力瓦之間充油，未頂車、頂車高度不夠或頂車時間過短，推力瓦與鏡板間未形成油膜，起動時易發(fā)生燒瓦。

4 預防處理措施

發(fā)生推力瓦燒損可能是某一因素單獨作用，也可能是多種復雜因素相互關聯(lián)的結果。應結合機組各項運行參數、故障現(xiàn)象從最簡單的原因入手分析判斷。為有效地預防燒瓦事故，可采取以下預防和處理措施。

4.1 提高機組制造、安裝質量

保證定子磁場中心應高于轉子磁場中心-0.15%～+0.5%L，以減小軸承荷載；保證鏡板與推力頭組裝后的平面度符合要求，應防止多次刮削絕緣墊處理，周向分區(qū)界線“棱臺”造成鏡板周向呈波浪形；調整推力瓦受力，可采用兩只相互垂直的百分表進行調整，使8塊推力瓦受力均勻，瓦溫差可降到3～5℃；調整機組軸線擺度，保證符合《SL317-2015泵站設備安裝及驗收規(guī)范》第3.3.11條規(guī)定要求；在保證水導軸承潤滑液膜前提下，減小導軸承間隙和軸線偏斜，從而減小因鏡板翹起造成的推力瓦受力不均；保證推力瓦剛度，提高推力瓦的研刮質量，可有效的防止推力瓦的燒損。

4.2 抗重螺栓松動、推力瓦支承錐孔缺陷處理

對晃度過大的抗重螺栓要及時更換，對偏差相對較小的，應將抗重螺栓電鍍處理，使螺孔配合緊密，降低晃動量；推力瓦支承錐孔進行補焊后銑平，重新研刮瓦面。江蘇江都四站5號、7號機在1992年、1993年推力瓦燒損中就應用上述方法進行了處理，取得較好的效果。

4.3 改善機組運行特性

機組在制造安裝階段，保證電機定轉子磁場中心高度、轉子磁極高差符合規(guī)范要求，以減小軸承荷載及不平衡磁拉力。在投入運行階段，要避免機組在高揚程下運行，以免推力軸承過載。及時對柵前雜物清理，對進水流道清淤，改善進水流態(tài)；避免在低淹沒深度下運行，同時加大科研技改研究，對水泵進行改型，以適應運行工況變化要求。

4.4 嚴格執(zhí)行運行管理規(guī)程，杜絕人為因素造成的燒瓦事故

正常運行期間，要加強巡視觀察，如某塊瓦瓦溫驟然上升，達到報警限值，要立即停機檢查，查明原因并做好記錄。對經常發(fā)生燒瓦事故的機組，在未查明原因前，可適當降低報警限值；設備日常維護保養(yǎng)中，應定期對潤滑油進行檢驗，變質的潤滑油必須更換，含水分的潤滑油應過濾。如安徽省《DB34/T 2873-2017大型泵站設備維護保養(yǎng)規(guī)范》第6.2.2.14條規(guī)定“潤滑油2～3年化驗一次”。

4.5 推廣新材料、新工藝的應用

彈性金屬塑料瓦與傳統(tǒng)的巴氏合金瓦相比，具有承載能力強、耐高溫、變形小、摩擦系數小、維修簡單等優(yōu)點，目前已在大中型泵站中得到推廣使用。

5 結束語

造成推力瓦燒損的原因很多，其結果是造成推力瓦面與鏡板之間的油膜破壞，出現(xiàn)干摩擦或半液摩擦。因此要嚴格要求制造精度、安裝質量，不能有半點疏忽。同時要加強泵站機組的日常管理維護，通過科學合理的調度，避免在惡劣工況下運行。本文通過對推力瓦燒損的一般原因以及通常處理預防方法的介紹，希望對泵站技術管理人員能提供有益的幫助。