大型泵站立式同步電動(dòng)機(jī)推力瓦燒損原因及預(yù)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(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，且大都采用巴氏合金瓦。其在運(yùn)行過程中，因推力瓦產(chǎn)品缺陷、設(shè)備安裝質(zhì)量和管理水平等因素造成推力瓦燒損，而不得不被迫停機(jī)，嚴(yán)重影響抗旱與排澇運(yùn)行。其燒損及發(fā)展過程：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(rùn)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(yùn)行條件惡化。當(dāng)該處瓦溫超過巴氏合金的熔點(diǎn)時(shí)，推力瓦燒損便從該處開始，熱量經(jīng)旋轉(zhuǎn)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(shè)備制造缺陷、安裝質(zhì)量、運(yùn)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(shè)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(yīng)緊密，若松動(dòng)較大，運(yùn)行后抗重螺栓將產(chǎn)生徑向或軸向晃動(dòng)，必然會(huì)引起推力瓦的升高或下降，破壞了安裝時(shí)已調(diào)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(tái)TDL1600-40/3250電機(jī)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(jī)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(rèn)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(yùn)行時(shí)，由于瓦的游擺，抗重螺栓與墊片之間會(huì)發(fā)生輕微位移。而當(dāng)機(jī)組振動(dòng)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(huì)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(shí)螺栓擰緊力大小不一影響；③在調(diào)整機(jī)組軸線擺動(dòng)分區(qū)刮削處理絕緣墊時(shí)，沿周向界線研磨不平順，即存在所謂的“棱臺(tái)”造成。鏡板不平，會(huì)造成推力瓦受力不均，受力大的推力瓦呈周期改變。在調(diào)整推力瓦受力時(shí)，能明顯感到始終有一些瓦松動(dòng)、不受力，有些瓦受力很大。聯(lián)合盤車時(shí)，凈擺度測(cè)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(chǎn)生較大撓度，中部相對(duì)凸起。另一方面，因瓦面合金與瓦基鋼坯為2種不同材質(zhì)，熱線脹變化量不同，巴氏合金瓦面的熱線脹系數(shù)是瓦基坯體的2倍。運(yùn)行時(shí)，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(huì)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(zhì)量問題

2.1 調(diào)整推力瓦受力方法缺陷

推力瓦調(diào)水平，通常是先調(diào)平3塊基準(zhǔn)瓦，再升起其余5塊瓦的方法。調(diào)整時(shí)通常由經(jīng)驗(yàn)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(diào)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(dá)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(dòng)瓦，瓦的游擺有利于進(jìn)油油楔的形成。安裝時(shí)，相鄰?fù)呖ú坶g的限位螺栓偏高或偏低，高度不適中，推力瓦在運(yùn)行中的自由擺動(dòng)受限，進(jìn)油油楔受到破壞，油膜厚度難以形成，從而導(dǎo)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(rùn)滑條件。受加工工藝限制，合金瓦在鑄造中瓦面難免會(huì)有夾渣、氣孔等質(zhì)量缺陷。對(duì)存在夾渣、大的氣孔的瓦塊，可送專業(yè)廠家進(jìn)行剔除、修補(bǔ)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(jìn)行，要求與鏡板面按機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向人工研磨，然后對(duì)研磨顯現(xiàn)的高點(diǎn)、大點(diǎn)進(jìn)行粗刮、精刮，反復(fù)數(shù)次，直至每瓦面每1cm2至少要有不少于2個(gè)接觸點(diǎn)。最后對(duì)中間部位進(jìn)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(dǎo)致瓦面油膜厚薄不均。油膜最薄處，容易出現(xiàn)干摩擦，導(dǎo)致磨損、燒瓦。引起鏡板翹起，最主要原因是機(jī)組導(dǎo)軸承間隙偏大，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分?jǐn)[度超標(biāo)，軸線傾斜。而出現(xiàn)導(dǎo)軸承間隙大的情況：①安裝時(shí)質(zhì)量控制不到位；②受轉(zhuǎn)動(dòng)部件偏離轉(zhuǎn)動(dòng)中心的質(zhì)量慣性離心力、定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(dòng)等因素影響，導(dǎo)軸承出現(xiàn)磨損，特別是水導(dǎo)軸承磨損最為嚴(yán)重，而間隙增大又加劇了機(jī)組擺動(dòng)。如此發(fā)展，不僅導(dǎo)軸瓦、泵軸磨損，進(jìn)而使推力瓦受損。

2.5 電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極高差偏大

大型同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極一般在生產(chǎn)廠家已掛裝好，新電機(jī)安裝前、老機(jī)組檢修時(shí)都要復(fù)核磁極高度偏差。如果偏差過大，轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)中心就像一條不規(guī)則的波浪線，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，定子的交流旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)牽引著轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)作波浪形瞬間變化，磁場(chǎng)力脈動(dòng)變化。既可能影響機(jī)組運(yùn)行擺度，又可能給推力瓦增加一個(gè)附加荷載。情況嚴(yán)重時(shí)，造成推力瓦燒損。江蘇泗洪二站就曾發(fā)生過1臺(tái)機(jī)組在試運(yùn)行時(shí)因轉(zhuǎn)子磁極高差超過10mm，導(dǎo)致多次燒瓦的事故，后經(jīng)檢查處理，把轉(zhuǎn)子磁極高差調(diào)整到3mm，消除了事故。因此《SL317-2015泵站設(shè)備安裝及驗(yàn)收規(guī)范》第3.3.3條規(guī)定“轉(zhuǎn)子磁極高度允許偏差為±1.5mm，轉(zhuǎn)子磁極中心掛裝高程允許偏差為±1.0mm”。

3 運(yùn)行管理

3.1 運(yùn)行工況惡化

隨著生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境的變化，泵站運(yùn)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(jìn)水池平均最低水位降至2.55m（水泵最低運(yùn)行水位2.8m），機(jī)組汽蝕振動(dòng)強(qiáng)烈，為防止發(fā)生燒瓦等事故而有時(shí)不得不停機(jī)。進(jìn)水池?cái)r污柵堵塞未及時(shí)清除，過柵水頭差大，水流夾帶著大量空氣，進(jìn)水流道嚴(yán)重淤積，進(jìn)水流態(tài)紊亂等工況也都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組汽蝕振動(dòng)的發(fā)生。另外，機(jī)組在極端高揚(yáng)程下運(yùn)行，會(huì)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(shù)ε＞0.9，滿負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組是最容易發(fā)生燒瓦的。

3.2 潤(rùn)滑油變質(zhì)

潤(rùn)滑油的變質(zhì)原因：①因長(zhǎng)期運(yùn)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(zhǎng)期電解作用，降低油質(zhì)潤(rùn)滑性能。電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，主軸不可避免地處于不對(duì)稱的脈沖磁場(chǎng)中運(yùn)轉(zhuǎn)，在主軸上會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的電壓。若推力頭與鏡板、導(dǎo)軸瓦架與機(jī)架之間絕緣電阻較低或潤(rùn)滑油含水分較大，軸電流通過主軸、軸承、機(jī)座就形成了通路，軸電流的存在，不僅會(huì)影響油質(zhì)潤(rùn)滑性能，還會(huì)侵蝕鏡板和推力瓦表面。所以在電機(jī)檢修中，必須檢測(cè)絕緣墊、導(dǎo)軸瓦與瓦背絕緣電阻值。

3.3 其他因素

泵站同步電動(dòng)機(jī)軸承主要冷卻介質(zhì)是壓力冷卻水。軸承磨擦熱量經(jīng)潤(rùn)滑油，由油槽內(nèi)冷卻器中泵送壓力冷卻水帶走。冷卻器內(nèi)結(jié)垢、局部堵塞、進(jìn)出水壓不足都會(huì)使冷卻水流量變小，熱量交換減少；另外電機(jī)在起動(dòng)前必須先頂起機(jī)組轉(zhuǎn)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(shí)間過短，推力瓦與鏡板間未形成油膜，起動(dòng)時(shí)易發(fā)生燒瓦。

4 預(yù)防處理措施

發(fā)生推力瓦燒損可能是某一因素單獨(dú)作用，也可能是多種復(fù)雜因素相互關(guān)聯(lián)的結(jié)果。應(yīng)結(jié)合機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)、故障現(xiàn)象從最簡(jiǎn)單的原因入手分析判斷。為有效地預(yù)防燒瓦事故，可采取以下預(yù)防和處理措施。

4.1 提高機(jī)組制造、安裝質(zhì)量

保證定子磁場(chǎng)中心應(yīng)高于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(yīng)防止多次刮削絕緣墊處理，周向分區(qū)界線“棱臺(tái)”造成鏡板周向呈波浪形；調(diào)整推力瓦受力，可采用兩只相互垂直的百分表進(jìn)行調(diào)整，使8塊推力瓦受力均勻，瓦溫差可降到3～5℃；調(diào)整機(jī)組軸線擺度，保證符合《SL317-2015泵站設(shè)備安裝及驗(yàn)收規(guī)范》第3.3.11條規(guī)定要求；在保證水導(dǎo)軸承潤(rùn)滑液膜前提下，減小導(dǎo)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(zhì)量，可有效的防止推力瓦的燒損。

4.2 抗重螺栓松動(dòng)、推力瓦支承錐孔缺陷處理

對(duì)晃度過大的抗重螺栓要及時(shí)更換，對(duì)偏差相對(duì)較小的，應(yīng)將抗重螺栓電鍍處理，使螺孔配合緊密，降低晃動(dòng)量；推力瓦支承錐孔進(jìn)行補(bǔ)焊后銑平，重新研刮瓦面。江蘇江都四站5號(hào)、7號(hào)機(jī)在1992年、1993年推力瓦燒損中就應(yīng)用上述方法進(jìn)行了處理，取得較好的效果。

4.3 改善機(jī)組運(yùn)行特性

機(jī)組在制造安裝階段，保證電機(jī)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中心高度、轉(zhuǎn)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(yùn)行階段，要避免機(jī)組在高揚(yáng)程下運(yùn)行，以免推力軸承過載。及時(shí)對(duì)柵前雜物清理，對(duì)進(jìn)水流道清淤，改善進(jìn)水流態(tài)；避免在低淹沒深度下運(yùn)行，同時(shí)加大科研技改研究，對(duì)水泵進(jìn)行改型，以適應(yīng)運(yùn)行工況變化要求。

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

正常運(yùn)行期間，要加強(qiáng)巡視觀察，如某塊瓦瓦溫驟然上升，達(dá)到報(bào)警限值，要立即停機(jī)檢查，查明原因并做好記錄。對(duì)經(jīng)常發(fā)生燒瓦事故的機(jī)組，在未查明原因前，可適當(dāng)降低報(bào)警限值；設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)中，應(yīng)定期對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行檢驗(yàn)，變質(zhì)的潤(rùn)滑油必須更換，含水分的潤(rùn)滑油應(yīng)過濾。如安徽省《DB34/T 2873-2017大型泵站設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)規(guī)范》第6.2.2.14條規(guī)定“潤(rùn)滑油2～3年化驗(yàn)一次”。

4.5 推廣新材料、新工藝的應(yīng)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(qiáng)、耐高溫、變形小、摩擦系數(shù)小、維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，目前已在大中型泵站中得到推廣使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

造成推力瓦燒損的原因很多，其結(jié)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(yán)格要求制造精度、安裝質(zhì)量，不能有半點(diǎn)疏忽。同時(shí)要加強(qiáng)泵站機(jī)組的日常管理維護(hù)，通過科學(xué)合理的調(diào)度，避免在惡劣工況下運(yùn)行。本文通過對(duì)推力瓦燒損的一般原因以及通常處理預(yù)防方法的介紹，希望對(duì)泵站技術(shù)管理人員能提供有益的幫助。