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(jī)組的推力瓦部件，經(jīng)常出現(xiàn)瓦溫過(guò)高及磨損的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全、可靠運(yùn)行，現(xiàn)就推力瓦瓦溫過(guò)高及磨損的現(xiàn)象的一般原因進(jìn)行淺析，針對(duì)這些原因進(jìn)行相應(yīng)的處理，保證機(jī)組安全、可靠運(yùn)行。

推力瓦；周向偏心率；熱變形；機(jī)械變形；軸線處理；運(yùn)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(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量以及水輪機(jī)的軸向水推力，并將這些力傳遞給水輪發(fā)電機(jī)的荷重機(jī)架及基礎(chǔ)混凝土。其工作性能的好壞，將直接關(guān)系到機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

2 分類及優(yōu)缺點(diǎn)

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(duì)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(zhǎng)危害時(shí)間長(zhǎng)，易擴(kuò)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(diǎn)：承載能力強(qiáng)、耐高溫、變形小、摩擦系數(shù)小、維修簡(jiǎn)單等，并正在逐步取代巴氏合金瓦。氟塑料瓦在檢查、處理過(guò)程中免去了研刮，但由于本身的特點(diǎn)決定一旦出項(xiàng)下列問(wèn)題就必須更換：瓦溫過(guò)高燒瓦、軸瓦金屬層與氟塑料層脫層。

3 推力瓦瓦溫過(guò)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(guò)高及磨損主要存在以下幾個(gè)方面：一是推力軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(rùn)滑油的循環(huán)和冷卻；四是安裝和運(yùn)行管理；五是機(jī)組運(yùn)行特性不良；六是推力軸承甩油。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選型不合理

推力軸承設(shè)計(jì)及選型根據(jù)設(shè)計(jì)機(jī)組給定的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速等參數(shù)，計(jì)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(jì)及選型不合理主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：

推力瓦的熱變形和機(jī)械變形。在這兩種變形中，熱變形更難控制。對(duì)于傳統(tǒng)扇形瓦，熱變形量往往為設(shè)計(jì)最小油膜厚度的幾倍，推力瓦周向熱變形量往往是周向機(jī)械變形量的2-3倍，推力瓦徑向熱變形量與徑向機(jī)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(jī)械變形隨著機(jī)組負(fù)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(guò)推力瓦周向偏心率增大，比原有設(shè)計(jì)值提高1/3-1/2以上，獲得了明顯的效果。這使人們認(rèn)識(shí)到，單位壓力較大推力軸承，適當(dāng)增加偏心率，對(duì)改善其啟動(dòng)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(guò)大。鏡板不平度過(guò)大系指鏡板波浪度及粗糙度超過(guò)允許范圍，由于鏡板不平度過(guò)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(jī)械性能問(wèn)題。推力軸承支撐機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中異變，個(gè)別支撐球面和鉻鋼墊塊表現(xiàn)出深淺不一的壓痕；個(gè)別平衡塊蠕動(dòng)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(gè)別推力瓦超過(guò)最大承載發(fā)生磨損，進(jìn)而造成所有推力瓦磨損。

3.3 潤(rùn)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(huì)造成熱油短路，使瓦溫升高；有的外循環(huán)推力軸承對(duì)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(guò)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(jìn)油邊形狀不好。推力瓦進(jìn)油邊形狀不好，對(duì)推力軸承在機(jī)組啟動(dòng)瞬間油膜形成速度產(chǎn)生一定影響。油的循環(huán)動(dòng)力不足（油的流速過(guò)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(jìn)出水壓力不足、擋油板位置及結(jié)構(gòu)不當(dāng)以及過(guò)油面積不足等，均會(huì)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(yùn)行管理

（1）推力瓦受力調(diào)整。機(jī)組安裝及檢修期間，應(yīng)認(rèn)真、嚴(yán)格的進(jìn)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(gè)別推力瓦負(fù)荷過(guò)大，在運(yùn)行中發(fā)生過(guò)熱而加劇磨損。

（2）推力瓦的殘余變形。在新安裝機(jī)組或老機(jī)組大修過(guò)程中更換個(gè)別新瓦，由于新瓦內(nèi)存在一定的殘余應(yīng)力，在機(jī)組運(yùn)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(lái)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(guò)大，鏡板和推力頭水平超過(guò)規(guī)定范圍的等，加劇了推力軸承運(yùn)行條件惡化，引起運(yùn)行中鏡板的顫動(dòng)，在軸承中出現(xiàn)脈動(dòng)力，導(dǎo)致推力瓦的分離脫層現(xiàn)象。

（4）運(yùn)行管理不善。機(jī)組開停機(jī)頻繁，啟動(dòng)時(shí)推力瓦單位負(fù)荷增大，甩負(fù)荷過(guò)多，造成推力軸承運(yùn)行自然老化；潤(rùn)滑油變質(zhì)，含有水分、油污等雜物進(jìn)入，造成鏡板鏡面粗糙度增大，嚴(yán)重時(shí)，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(yán)重磨損。

3.5 機(jī)組運(yùn)行特性不良

機(jī)組振動(dòng)、穩(wěn)定性較差。由于轉(zhuǎn)輪氣蝕及沖刷，嚴(yán)重時(shí)往往引起水輪機(jī)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(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定變差；由于水力不平衡、磁拉力不平衡、機(jī)械受力不平衡力及壓力脈動(dòng)等，使運(yùn)行機(jī)組產(chǎn)生受迫振動(dòng)及共振，機(jī)組的動(dòng)負(fù)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(jī)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(jī)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(yùn)行油位降低引起推力瓦溫升，過(guò)高可能引起研瓦現(xiàn)象。

4 推力瓦瓦溫過(guò)高及磨損的通常處理方法

（1）當(dāng)推力瓦進(jìn)油邊及中部大面積磨損時(shí)，說(shuō)明推力瓦啟動(dòng)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(jì)值及實(shí)際值后，根據(jù)計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)可酌情提高推力瓦偏心率。

（2）除了在設(shè)計(jì)、制造上針對(duì)推力瓦熱變形及機(jī)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(jī)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(guò)墊環(huán)間接平放彈性油箱，這樣改進(jìn)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(jiǎn)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(gè)環(huán)油室，其中心距大小選擇合理與否，對(duì)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(jìn)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(jìn)冷卻器結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)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(jìn)油邊的瓦背倒角，托瓦設(shè)計(jì)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(duì)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(jī)械受力不平衡力及壓力脈動(dòng)等引起的機(jī)組受迫振動(dòng)及共振。

（8）解決推力軸承甩油問(wèn)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(duì)外甩油采取加強(qiáng)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(guò)呼吸孔使內(nèi)外壓力趨于平衡。

結(jié)語(yǔ)

推力瓦工作性能的好壞，將直接關(guān)系到機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)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(píng)定，通過(guò)對(duì)推力瓦瓦溫過(guò)高及磨損的一般原因及通常處理方法介紹，希望對(duì)解決推力瓦溫過(guò)高起到一定作用，文中疏漏及不足請(qǐng)專家、同仁指正。

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

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