新材料新技術(shù)在大型混流泵維修中的應(yīng)用

張家明，姜守尚，董金龍

（1.山東省膠東調(diào)水工程棘洪灘水庫管理處，山東 青島 266100；2.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200）

新材料新技術(shù)在大型混流泵維修中的應(yīng)用

張家明1，姜守尚1，董金龍2

（1.山東省膠東調(diào)水工程棘洪灘水庫管理處，山東 青島 266100；2.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200）

針對在膠東調(diào)水工程棘洪灘泵站大修中存在的問題，結(jié)合工作實(shí)際將新型填料、新型水導(dǎo)軸瓦等材料應(yīng)用到機(jī)組大修中；利用光學(xué)合像水平儀調(diào)整轉(zhuǎn)子水平、采用局部加熱校正轉(zhuǎn)子軸線擺度等新技術(shù)應(yīng)用，改進(jìn)了傳統(tǒng)施工工藝和流程，效果較好。

混流泵；填料；軸瓦；轉(zhuǎn)子水平

山東省膠東調(diào)水工程是國內(nèi)較早采用梯級泵站引水項(xiàng)目，棘洪灘泵站作為入庫泵站自1989年建成以來，經(jīng)過近30年運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備陳舊老化，在急需大規(guī)模整體性改造升級同時(shí)，又面臨自2013年以來膠東半島持續(xù)干旱，泵站引水任務(wù)繁重與工程改擴(kuò)建的矛盾，期間設(shè)備大修的頻次和強(qiáng)度大幅增加。這迫切需要在機(jī)組大修中應(yīng)用新工藝、新技術(shù)以及新型材料，延長大修周期，縮短大修工期，滿足當(dāng)前泵站的引水需要。

1 新材料的應(yīng)用

1.1 新型填料

大型立式混流泵的密封填料在60°出水彎管上方的軸孔處，具有防止泵體內(nèi)水外溢的作用，通常采用分半式結(jié)構(gòu)，由填料盒、填料壓環(huán)組成。近年來，由聚四氟乙烯制作的填料，在棘洪灘泵站應(yīng)用取得良好效果。該填料具有止水效果好、摩擦系數(shù)低、軸頸磨損小的優(yōu)勢，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好以及硬度低等特點(diǎn)，這種材料也是在電機(jī)中廣泛使用的彈性金屬塑料導(dǎo)瓦主要成份。聚四氟乙烯是典型的軟而弱聚合物，大分子間的相互引力較小，在外界應(yīng)力作用下會變形，可減小泵軸起動(dòng)阻力，使之從起動(dòng)到運(yùn)轉(zhuǎn)都十分平穩(wěn)。在本站運(yùn)行2萬小時(shí)后發(fā)現(xiàn)對軸頸磨損小于0.05 mm，這樣可以有效避免對泵軸的磨損，減少維修工作量，降低大修費(fèi)用。當(dāng)然也存在填料自身磨損率高、造價(jià)高等缺點(diǎn)，需要定期更換。

1.2 新型水導(dǎo)軸瓦

水導(dǎo)軸瓦在大型立式混流泵中通常由上水導(dǎo)和下水導(dǎo)兩部分組成，是承受水泵轉(zhuǎn)動(dòng)部分徑向力、減小擺度、減低機(jī)組震動(dòng)幅度的重要部件，可以有效避免發(fā)生葉輪碰殼事故。在大型混流泵中水導(dǎo)軸瓦通常是普通橡膠軸瓦，運(yùn)行一段時(shí)間后，橡膠面會出現(xiàn)硬化、龜裂等裂縫現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)橡膠面的局部脫落。水利部頒布的泵站安裝技術(shù)規(guī)范規(guī)定水導(dǎo)軸承軸瓦單邊間隙0.05～0.25 mm，由于橡膠的磨損，間隙會超過0.25 mm上限，水導(dǎo)軸承喪失支撐、穩(wěn)定泵軸作用，使機(jī)組震動(dòng)幅度增大。橡膠軸瓦的耐磨性能較差，一般運(yùn)行1萬小時(shí)左右，軸瓦與軸頸磨損嚴(yán)重，需進(jìn)行大修，軸頸要進(jìn)行噴鍍，軸瓦要更換。

目前包括本泵站在內(nèi)的多個(gè)泵站使用的各種材料軸瓦，如聚氨酯合成橡膠、彈性金屬塑料（聚四氟乙烯塑料）、賽龍材料、陶瓷材料，可以有效避免軸瓦耐磨性能差的劣勢。普通橡膠軸瓦運(yùn)行時(shí)間通常在1萬～1.5萬小時(shí)；聚氨酯合成橡膠軸瓦運(yùn)行時(shí)間通常在3萬～4萬小時(shí)；賽龍材料和彈性金屬塑料運(yùn)行時(shí)間通常在5萬小時(shí)以上。

從經(jīng)濟(jì)成本和使用壽命以及后期維護(hù)管理等方面綜合考慮，本站采用賽龍軸瓦進(jìn)行改造，賽龍軸瓦具有良好的自恢復(fù)性，具有耐沖擊的特性，并且加工工藝簡便。在使用賽龍材料軸瓦時(shí)需要特別注意水導(dǎo)軸承的密封防漏，由于在水壓作用下，泥沙會隨著河水滲進(jìn)軸承內(nèi)部造成磨損，這可以在周期性中修中更換水導(dǎo)軸承的止水密封圈解決。需要注意的是，由于賽龍材料水膨脹系數(shù)大，在安裝水導(dǎo)軸承時(shí)，軸瓦單邊間隙以泵軸直徑的0.3%為宜，否則會出現(xiàn)抱死泵軸現(xiàn)象，電機(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致過負(fù)荷跳閘。

2 新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 利用光學(xué)合像水平儀調(diào)整轉(zhuǎn)子水平

根據(jù)水利部頒發(fā)的 《SL317-2004泵站安裝及驗(yàn)收規(guī)范》要求，大型立式混流泵在安裝底座、導(dǎo)葉體、推力軸瓦水平度分別為：0.07 mm/m、0.04 mm/m、0.02 mm/m。在如此高精度的要求下，采用傳統(tǒng)的框式水平儀已經(jīng)不能滿足要求?？蚴剿絻x每格0.02 mm量程±0.12 mm，精度低、量程小、操作繁瑣，在調(diào)整導(dǎo)葉體等大型裝備時(shí)，由于調(diào)整范圍較大，需要經(jīng)過幾天時(shí)間按量程逐步調(diào)整，工作效率極低，而且由于精度低，最終水平度達(dá)不到規(guī)范要求。

棘洪灘泵站在2013年大修3#機(jī)組時(shí)，采用光學(xué)合像水平儀進(jìn)行測量水平。該水平儀精度為0.01 mm/m，量程為±5 mm/m，分主輔尺兩個(gè)標(biāo)尺，在水平儀側(cè)面刻有10 mm的主尺，5 mm處作為水平基準(zhǔn)點(diǎn)，若小于5則水平讀數(shù)為負(fù)值，若大于5則水平讀數(shù)為正值，數(shù)值大小為刻度尺讀數(shù)與5的代數(shù)差。輔尺在水平儀的上方，刻有100絲的正負(fù)旋轉(zhuǎn)鈕，通過調(diào)整旋鈕使水平儀上方兩半圓氣泡重合時(shí)，讀出輔尺刻度。這樣，主尺與輔尺的讀數(shù)相加為最終水平值。

這種大范圍量程，高精度的水平儀適合調(diào)整導(dǎo)葉體、轉(zhuǎn)子等大型裝備水平度，在測量過程中很容易找到傾斜的最大和最小值方位，調(diào)整水平有針對性、有方向性，通常幾個(gè)小時(shí)就可以調(diào)整完成，過去使用的框式水平儀要用幾天時(shí)間。新技術(shù)的使用提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高了安裝精度，符合新版的泵站安裝技術(shù)規(guī)范。

2.2 局部加熱校正轉(zhuǎn)子軸線擺度

所謂軸線擺度是指在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，電機(jī)軸和泵軸形成的軸中心線始終圍繞著理論中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，而實(shí)際的轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡總是圍繞著中心線有一定的偏角和半徑形成的橢圓形曲線。軸線擺度允許誤差在技術(shù)規(guī)范中有明確的要求，擺度過大會增加軸頸與軸承的磨損、增加機(jī)組震動(dòng)、產(chǎn)生過高的噪音，所以擺度校正是衡量機(jī)組大修成敗的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)校正擺度方法有兩種：一種是處理電機(jī)鏡板與推力頭之間的絕緣墊，另一種是在電機(jī)軸與泵軸聯(lián)軸器結(jié)合處墊銅皮。這兩種方式校正軸線擺度極易造成絕緣墊厚薄不均勻引起鏡板變形，最終導(dǎo)致擺度值不規(guī)則變化；另外，聯(lián)軸器墊銅皮需要反復(fù)拆裝聯(lián)接螺栓，不但效率低下，并且由于反復(fù)拆裝導(dǎo)致螺栓破損。這些傳統(tǒng)的擺度校正方法需要十幾天時(shí)間才能完成。

局部加熱校正擺度原理：根據(jù)材料力學(xué)理論，利用泵軸本身材料機(jī)理特性，采用局部高溫加熱產(chǎn)生的正應(yīng)力超過泵軸的屈服強(qiáng)度，但沒有超過其抗彎強(qiáng)度，發(fā)生的細(xì)微塑性變形，實(shí)現(xiàn)校正轉(zhuǎn)子軸線擺度目的。

采用焊炬在泵軸根部加熱，加熱的方位是擺度偏大點(diǎn)對面?zhèn)龋谒畬?dǎo)軸頸處架設(shè)百分表，當(dāng)加熱溫度升至500～550℃時(shí)，百分表讀數(shù)逐漸增大，直到增加到擺度值的3倍時(shí)停止加熱，迅速用水冷卻，由于泵軸自重超過了該溫度下金屬的屈服強(qiáng)度，泵軸就產(chǎn)生相反方向的塑性變形，等待1～2小時(shí)后再測量擺度。如此反復(fù)2～3次，測量的擺度就會符合規(guī)范要求。

3 結(jié)語

近年來，隨著膠東調(diào)水工程的長期滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，泵站機(jī)組維修、保養(yǎng)任務(wù)日趨繁重，新技術(shù)新材料的研究及應(yīng)用日益迫切，逐漸受到上級主管部門重視。本文結(jié)合工作實(shí)際，針對在膠東調(diào)水工程棘洪灘泵站大修中存在的問題，將新技術(shù)、新材料應(yīng)用到機(jī)組大修中，改進(jìn)了傳統(tǒng)施工工藝和流程，不僅提高工作效率而且延長設(shè)備使用壽命，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果，為不斷創(chuàng)新大型立式混流泵安裝維修奠定基礎(chǔ)。

[1] 廖昌果.彈性金屬塑料瓦在宋莊泵站中的應(yīng)用[J].小水電, 2009(04).

[2] 宗尚志.水泵直軸方法在實(shí)際生產(chǎn)檢修中的應(yīng)用[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2003(03).

（責(zé)任編輯崔春梅）

F426.91

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1009-6159（2017）-05-0021-02

2016-12-16

張家明（1979—），男，工程師