水泵同步電動(dòng)機(jī)推力瓦燒損原因及預(yù)防措施分析

龔元濤

（武漢市水務(wù)局，湖北 武漢 430119）

大軍山泵站位于湖北省武漢市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)軍山街大軍山前軍山大橋上游長(zhǎng)江北岸，東南臨長(zhǎng)江，水陸交通較為便利。1974 年開(kāi)工建設(shè)，1976 年建成，水泵為立式混流泵，設(shè)計(jì)裝機(jī)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(dān)負(fù)湖北省武漢市西南部的杜家臺(tái)分蓄洪區(qū)，一般年份服務(wù)于螞蟻河流域22 萬(wàn)畝農(nóng)田的排澇任務(wù)，受益面積846 km2。隨著武漢市新城區(qū)及沌口開(kāi)發(fā)區(qū)的開(kāi)發(fā)與發(fā)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(dòng)機(jī)推力瓦的作用

大軍山泵站二站已經(jīng)處于在建狀態(tài)，目前水泵為10 臺(tái)1600HLB-9 大型立式混流泵，同步電動(dòng)機(jī)為10 臺(tái)TL1000-20/2150 型號(hào)。水泵同步電動(dòng)機(jī)推力瓦承受機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)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(zhuǎn)（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(yīng)性和壓入性，為軸承座所支撐，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量及水推力通過(guò)推力頭傳遞到推力瓦上，最后由軸承座傳導(dǎo)至電動(dòng)機(jī)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(xì)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(diǎn)過(guò)少難以形成油膜，應(yīng)保證有0.04~0.10 mm 厚度的均勻油膜。而接觸點(diǎn)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致與鏡板的表面配合不緊密，每cm2至少有2~3 個(gè)接觸點(diǎn)，所有瓦要在同一水平面上，運(yùn)行時(shí)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(jī)架內(nèi)裝設(shè)有油槽，油槽里面盛有透平油，這油既起潤(rùn)滑作用，又是熱交換介質(zhì)。水泵同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，推力瓦與鏡板互相摩擦所產(chǎn)生的熱量通過(guò)油吸收，經(jīng)過(guò)循環(huán)水冷卻，將油的熱量帶走，使水泵同步電動(dòng)機(jī)推力瓦溫度保持在正常范圍內(nèi)。

2 水泵同步電動(dòng)機(jī)推力瓦燒損事故原因分析

大軍山泵站建成四十多年來(lái)，進(jìn)行了幾次大規(guī)模更新改造，面對(duì)1998 年和2020 年汛期連續(xù)特大暴雨機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)行，泵站人一代代的辛苦堅(jiān)守，有力的保障了排區(qū)范圍內(nèi)廣大人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)的安全。曾經(jīng)檢修機(jī)組發(fā)現(xiàn)油槽有黑色不明固體和少量金屬碎屑，判斷可能出現(xiàn)推力瓦燒瓦情況，后續(xù)把油槽內(nèi)的油抽出來(lái)后，對(duì)推力瓦進(jìn)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(yùn)行管理等多方面的原因都會(huì)導(dǎo)致推力瓦瓦片或局部瓦面溫度升高，進(jìn)而發(fā)展為燒損，分析水泵同步電動(dòng)機(jī)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(zhì)量差

推力瓦安裝時(shí)要進(jìn)行研磨刮削成平面，由于推力瓦刮瓦加工質(zhì)量，剛度不達(dá)標(biāo)，水泵同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(chǎn)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(fā)生。

2.2 安裝檢修質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

（1）限位螺釘或擋塊安裝不當(dāng)。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(guò)高而燒瓦。

（2）推力瓦受力不均。檢修安裝螺栓時(shí)，靠手感調(diào)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(dòng)等都容易造成推力瓦靜態(tài)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(huì)引起波浪形鏡板轉(zhuǎn)動(dòng)部分振擺。

（4）導(dǎo)軸瓦的間隙問(wèn)題。間隙太小，破壞軸瓦的油膜。導(dǎo)軸承間隙過(guò)大，水泵同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)動(dòng)部分橫向力使軸線在導(dǎo)軸承間隙內(nèi)斜，鏡板被翹起，導(dǎo)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(guò)載

推力瓦[4]軸向力集中在少數(shù)瓦上，超過(guò)推力瓦本身允許承擔(dān)的總負(fù)載。同時(shí)，定子磁場(chǎng)中心低于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中心，定子對(duì)轉(zhuǎn)子的磁拉力有向下的力，增加了軸承荷載。此外，泵站進(jìn)、出水位落差太大，或攔污柵阻水嚴(yán)重，會(huì)引起水泵揚(yáng)程增大，也會(huì)導(dǎo)致軸承過(guò)載而燒瓦。

2.4 潤(rùn)滑油不合格或劣化

油槽內(nèi)的油含有雜質(zhì)或油變質(zhì)，油位無(wú)油或偏低，導(dǎo)致潤(rùn)滑性能降低，引起瓦溫的升高。同時(shí)，推力瓦與鏡板中間沒(méi)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(huán)水冷卻能力不夠

循環(huán)水水壓不夠，進(jìn)出水有封堵現(xiàn)象，造成循環(huán)水冷卻能力不夠。同時(shí)，推力瓦油槽內(nèi)的油體沒(méi)有充分混合換熱降溫，或冷卻器損壞，水進(jìn)入油槽使油乳化，導(dǎo)致瓦溫偏高。

3 預(yù)防推力瓦燒損措施

水泵同步電動(dòng)機(jī)燒瓦故障的發(fā)生不僅影響了機(jī)組正常運(yùn)行，還增加了維護(hù)和檢修任務(wù),重則帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。水泵機(jī)組設(shè)計(jì)選型不合理，安裝檢修質(zhì)量，運(yùn)行管理等問(wèn)題都可能造成水泵同步電動(dòng)機(jī)推力瓦燒損，為有效預(yù)防電動(dòng)機(jī)燒瓦事故的發(fā)生，應(yīng)從以下方面采取對(duì)策[5]：

3.1 水泵同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)選型

推力瓦安裝時(shí)要進(jìn)行研磨刮削成平面，推力瓦質(zhì)量，剛度應(yīng)達(dá)到規(guī)定要求，鏡板與推力頭組裝后所有推力瓦在同一水平面內(nèi)，水泵同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)選型最大荷載系數(shù)不宜超過(guò) 0.9。

3.2 確保安裝檢修質(zhì)量按規(guī)定要求

（1）在檢修安裝時(shí)，認(rèn)真進(jìn)行軸瓦間隙及推力瓦受力的調(diào)整，減小軸線偏斜值。

（2）安裝螺栓時(shí)，調(diào)整推力瓦受力，抗重螺栓支承部位要保持平衡，保證水泵導(dǎo)軸承有足夠的潤(rùn)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(shí)，絕緣墊與推力頭、鏡板組合面應(yīng)做到平整。

3.3 避免推力瓦軸承過(guò)載

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，要及時(shí)清理攔污柵阻水現(xiàn)象，避免水泵揚(yáng)程增大，避免機(jī)組在超高揚(yáng)程下運(yùn)行，縮短啟動(dòng)的時(shí)間，軸承推力瓦軸向力超過(guò)推力瓦本身允許承擔(dān)的總負(fù)載，同時(shí)泵站進(jìn)出水位差要保持在合理范圍，避免推力瓦軸導(dǎo)過(guò)載。

3.4 定期檢驗(yàn)潤(rùn)滑油和冷卻器

檢查油槽內(nèi)的油牌號(hào)、粘度和油質(zhì)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，觀察油顏色是否清亮無(wú)雜質(zhì)，油槽油位應(yīng)有明顯的油位信號(hào)裝置。油冷卻器應(yīng)定期檢查、清理、試驗(yàn)，對(duì)油冷卻器的管道內(nèi)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(diào)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(shù)供水系統(tǒng)的穩(wěn)定

總水管的濾水器要定期清洗、檢查，防止淤積和雜物進(jìn)入，避免泥沙淤積，必要時(shí)應(yīng)對(duì)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)作澄清處理，測(cè)量裝置應(yīng)有預(yù)告信號(hào)和事故報(bào)警裝置。

3.6 嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行操作規(guī)程

在開(kāi)機(jī)之前會(huì)頂轉(zhuǎn)子，讓推力瓦與鏡板之間進(jìn)油，形成油膜，杜絕人為因素造成燒瓦事故。同時(shí)，要在冷卻水管路上裝設(shè)壓力表和示流器，便于觀測(cè)故障信號(hào)。

4 結(jié)語(yǔ)

推力瓦是承受機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量的核心部件，燒瓦故障的產(chǎn)生輕則會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、瓦溫升高，造成維護(hù)和檢修成本，重則會(huì)影響整個(gè)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，造成機(jī)組緊急停機(jī)，從而影響泵站排澇任務(wù)，影響轄區(qū)內(nèi)人民生命安全和經(jīng)濟(jì)損失。預(yù)防推力瓦燒損事故發(fā)生應(yīng)在平時(shí)檢修與保養(yǎng)時(shí)，對(duì)推力瓦進(jìn)行仔細(xì)檢查，不僅要從設(shè)備本身,還要從推力瓦安裝檢修質(zhì)量、運(yùn)行管理等方面入手，在確保運(yùn)維工作正常開(kāi)展的前提下，不斷優(yōu)化預(yù)防推力瓦燒損處理措施。此外，長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行后開(kāi)機(jī)，應(yīng)充分讓推力瓦與鏡板之間進(jìn)油，保障水泵同步電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行，確保安全度汛。