水泵同步電動機推力瓦燒損原因及預防措施分析

龔元濤

（武漢市水務局，湖北 武漢 430119）

大軍山泵站位于湖北省武漢市經濟技術開發區軍山街大軍山前軍山大橋上游長江北岸，東南臨長江，水陸交通較為便利。1974 年開工建設，1976 年建成，水泵為立式混流泵，設計裝機容量10×1 000 kW，排水流量81 m3/s，屬于大型電力排水泵站。泵站主要擔負湖北省武漢市西南部的杜家臺分蓄洪區，一般年份服務于螞蟻河流域22 萬畝農田的排澇任務，受益面積846 km2。隨著武漢市新城區及沌口開發區的開發與發展，泵站在武漢市防洪排澇中的作用越顯重要。

1 水泵同步電動機推力瓦的作用

大軍山泵站二站已經處于在建狀態，目前水泵為10 臺1600HLB-9 大型立式混流泵，同步電動機為10 臺TL1000-20/2150 型號。水泵同步電動機推力瓦承受機組轉動部分的所有重量和水流作用在葉輪上的軸向力量，由此傳遞給荷重機架。推力頭、絕緣墊和鏡板組成一整體，壓套在主軸上，隨主軸旋轉（如圖1 所示）。

圖1 推力瓦剖面圖

推力瓦為鍛鋼件，大都采用巴氏合金瓦，做成扇形，一般共有8 塊，在扇形分塊表面上鑄有一層厚度為5 mm 的錫基軸承合金，具有減摩、適應性和壓入性，為軸承座所支撐，轉動部分的重量及水推力通過推力頭傳遞到推力瓦上，最后由軸承座傳導至電動機大梁上。底部裝有放抗重螺栓的圓孔，在孔與螺栓中間放有紫銅墊板，推力瓦及抗重螺栓為靜止部件，用細紋螺栓支承在上油槽底的瓦架上。推力瓦與鏡板緊密接觸，推力瓦的瓦面具有很好的平面性，與鏡板接觸點過少難以形成油膜，應保證有0.04~0.10 mm 厚度的均勻油膜。而接觸點過多會導致與鏡板的表面配合不緊密，每cm2至少有2~3 個接觸點，所有瓦要在同一水平面上，運行時在推力瓦面與鏡板之間形成一層厚度均勻的油膜，保證全部推力瓦受力均勻。上機架內裝設有油槽，油槽里面盛有透平油，這油既起潤滑作用，又是熱交換介質。水泵同步電動機在運行時，推力瓦與鏡板互相摩擦所產生的熱量通過油吸收，經過循環水冷卻，將油的熱量帶走，使水泵同步電動機推力瓦溫度保持在正常范圍內。

2 水泵同步電動機推力瓦燒損事故原因分析

大軍山泵站建成四十多年來，進行了幾次大規模更新改造，面對1998 年和2020 年汛期連續特大暴雨機組超負荷運行，泵站人一代代的辛苦堅守，有力的保障了排區范圍內廣大人民群眾生命和財產的安全。曾經檢修機組發現油槽有黑色不明固體和少量金屬碎屑，判斷可能出現推力瓦燒瓦情況，后續把油槽內的油抽出來后，對推力瓦進行檢查，觀察到推力瓦瓦邊有金屬拉絲擠壓條，則確定為推力瓦燒瓦。由于推力瓦本身、安裝檢修及運行管理等多方面的原因都會導致推力瓦瓦片或局部瓦面溫度升高，進而發展為燒損，分析水泵同步電動機推力瓦燒損事故原因主要有以下幾種[1-3]：

2.1 推力瓦剛度不夠，刮瓦加工質量差

推力瓦安裝時要進行研磨刮削成平面，由于推力瓦刮瓦加工質量，剛度不達標，水泵同步電動機運行后，底部抗重螺栓和面部鏡板雙重荷載作用，使推力瓦邊緣產生較大撓度，軸瓦溫度不斷升高膨脹，推力瓦瓦面中部逐步變形上凸，易造成推力瓦磨損、燒熔發生。

2.2 安裝檢修質量不達標

（1）限位螺釘或擋塊安裝不當。由于推力瓦的限位螺釘或擋塊安裝使推力瓦的靈活性受阻，易造成推力瓦瓦軸溫度過高而燒瓦。

（2）推力瓦受力不均。檢修安裝螺栓時，靠手感調整推力瓦受力，螺栓的擰緊拉力不均勻，抗重螺栓支承部位不平衡、支承部位脫焊和抗重螺栓松動等都容易造成推力瓦靜態受力不均。

（3）鏡板表面安裝不平整。絕緣墊與推力頭、鏡板組合面不平，使鏡板表面頂推凸起，造成推力瓦受力不均，甚至還會引起波浪形鏡板轉動部分振擺。

（4）導軸瓦的間隙問題。間隙太小，破壞軸瓦的油膜。導軸承間隙過大，水泵同步電動機運行時，由于轉動部分橫向力使軸線在導軸承間隙內斜，鏡板被翹起，導致推力瓦所在平面不平行，使油膜最薄處推力瓦荷載增大而燒瓦。

2.3 推力瓦軸承過載

推力瓦[4]軸向力集中在少數瓦上，超過推力瓦本身允許承擔的總負載。同時，定子磁場中心低于轉子磁場中心，定子對轉子的磁拉力有向下的力，增加了軸承荷載。此外，泵站進、出水位落差太大，或攔污柵阻水嚴重，會引起水泵揚程增大，也會導致軸承過載而燒瓦。

2.4 潤滑油不合格或劣化

油槽內的油含有雜質或油變質，油位無油或偏低，導致潤滑性能降低，引起瓦溫的升高。同時，推力瓦與鏡板中間沒有形成油膜，推力瓦與鏡板形成干摩擦，造成瓦溫急劇升高而燒瓦。

2.5 循環水冷卻能力不夠

循環水水壓不夠，進出水有封堵現象，造成循環水冷卻能力不夠。同時，推力瓦油槽內的油體沒有充分混合換熱降溫，或冷卻器損壞，水進入油槽使油乳化，導致瓦溫偏高。

3 預防推力瓦燒損措施

水泵同步電動機燒瓦故障的發生不僅影響了機組正常運行，還增加了維護和檢修任務,重則帶來經濟損失和社會影響。水泵機組設計選型不合理，安裝檢修質量，運行管理等問題都可能造成水泵同步電動機推力瓦燒損，為有效預防電動機燒瓦事故的發生，應從以下方面采取對策[5]：

3.1 水泵同步電動機設計選型

推力瓦安裝時要進行研磨刮削成平面，推力瓦質量，剛度應達到規定要求，鏡板與推力頭組裝后所有推力瓦在同一水平面內，水泵同步電動機設計選型最大荷載系數不宜超過 0.9。

3.2 確保安裝檢修質量按規定要求

（1）在檢修安裝時，認真進行軸瓦間隙及推力瓦受力的調整，減小軸線偏斜值。

（2）安裝螺栓時，調整推力瓦受力，抗重螺栓支承部位要保持平衡，保證水泵導軸承有足夠的潤滑液膜，避免鏡板翹起造成推力瓦受力不均。

（3）安裝推力瓦時，絕緣墊與推力頭、鏡板組合面應做到平整。

3.3 避免推力瓦軸承過載

機組運行時，要及時清理攔污柵阻水現象，避免水泵揚程增大，避免機組在超高揚程下運行，縮短啟動的時間，軸承推力瓦軸向力超過推力瓦本身允許承擔的總負載，同時泵站進出水位差要保持在合理范圍，避免推力瓦軸導過載。

3.4 定期檢驗潤滑油和冷卻器

檢查油槽內的油牌號、粘度和油質符合設計規定，觀察油顏色是否清亮無雜質，油槽油位應有明顯的油位信號裝置。油冷卻器應定期檢查、清理、試驗，對油冷卻器的管道內要用30%的氫氧化鈉液洗滌，最后用清水沖洗干凈，防止管道淤積和堵塞，調整油冷卻器的供水壓力，防止冷卻器的銅管破裂。

3.5 保證技術供水系統的穩定

總水管的濾水器要定期清洗、檢查，防止淤積和雜物進入，避免泥沙淤積，必要時應對冷卻水循環系統作澄清處理，測量裝置應有預告信號和事故報警裝置。

3.6 嚴格執行運行操作規程

在開機之前會頂轉子，讓推力瓦與鏡板之間進油，形成油膜，杜絕人為因素造成燒瓦事故。同時，要在冷卻水管路上裝設壓力表和示流器，便于觀測故障信號。

4 結語

推力瓦是承受機組轉動部件重量的核心部件，燒瓦故障的產生輕則會產生振動、瓦溫升高，造成維護和檢修成本，重則會影響整個機組穩定運行，造成機組緊急停機，從而影響泵站排澇任務，影響轄區內人民生命安全和經濟損失。預防推力瓦燒損事故發生應在平時檢修與保養時，對推力瓦進行仔細檢查，不僅要從設備本身,還要從推力瓦安裝檢修質量、運行管理等方面入手，在確保運維工作正常開展的前提下，不斷優化預防推力瓦燒損處理措施。此外，長時間不運行后開機，應充分讓推力瓦與鏡板之間進油，保障水泵同步電動機的安全運行，確保安全度汛。