淺談推力瓦的常見故障原因及處理

（映秀灣水力發電總廠，四川 都江堰 611830）

淺談推力瓦的常見故障原因及處理

鄭海軍

（映秀灣水力發電總廠，四川 都江堰 611830）

水輪發電機組的推力瓦部件，經常出現瓦溫過高及磨損的現象，嚴重影響機組的安全、可靠運行，現就推力瓦瓦溫過高及磨損的現象的一般原因進行淺析，針對這些原因進行相應的處理，保證機組安全、可靠運行。

推力瓦；周向偏心率；熱變形；機械變形；軸線處理；運行特性

1 引言

推力瓦是水輪發電的重要部件之一，作用是承受機組轉動部分的重量以及水輪機的軸向水推力，并將這些力傳遞給水輪發電機的荷重機架及基礎混凝土。其工作性能的好壞，將直接關系到機組的安全和穩定運行。

2 分類及優缺點

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速度快，相對危害輕，并且溫升引起燒瓦不易損傷鏡板；氟塑料瓦溫升反應速度慢，延長危害時間長，易擴大事故，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點：承載能力強、耐高溫、變形小、摩擦系數小、維修簡單等，并正在逐步取代巴氏合金瓦。氟塑料瓦在檢查、處理過程中免去了研刮，但由于本身的特點決定一旦出項下列問題就必須更換：瓦溫過高燒瓦、軸瓦金屬層與氟塑料層脫層。

3 推力瓦瓦溫過高及磨損的一般原因

眾多調研資料表明，造成推力瓦溫瓦溫過高及磨損主要存在以下幾個方面：一是推力軸承結構設計及選型不合理；二是推力軸承加工制造工藝質量較差；三是潤滑油的循環和冷卻；四是安裝和運行管理；五是機組運行特性不良；六是推力軸承甩油。

3.1 結構設計及選型不合理

推力軸承設計及選型根據設計機組給定的負荷和轉速等參數，計算推力軸承主要數據，從而確定推力軸承扇形瓦的塊數、尺寸以及軸承其他附件結構、尺寸。結構設計及選型不合理主要表現以下幾個方面：

推力瓦的熱變形和機械變形。在這兩種變形中，熱變形更難控制。對于傳統扇形瓦，熱變形量往往為設計最小油膜厚度的幾倍，推力瓦周向熱變形量往往是周向機械變形量的2-3倍，推力瓦徑向熱變形量與徑向機械變形量相接近，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械變形隨著機組負荷增加而增加，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。通過推力瓦周向偏心率增大，比原有設計值提高1/3-1/2以上，獲得了明顯的效果。這使人們認識到，單位壓力較大推力軸承，適當增加偏心率，對改善其啟動性能，提高承載能力，增加油膜厚度等是有利的。

3.2 加工制造工藝質量較差

（1）鏡板不平度過大。鏡板不平度過大系指鏡板波浪度及粗糙度超過允許范圍，由于鏡板不平度過大，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）材料機械性能問題。推力軸承支撐機構在運行中異變，個別支撐球面和鉻鋼墊塊表現出深淺不一的壓痕；個別平衡塊蠕動發卡；彈性油箱壓裂或漏油變剛性支撐等，都導致推力瓦受力不均，個別推力瓦超過最大承載發生磨損，進而造成所有推力瓦磨損。

3.3 潤滑油的循環和冷卻

推力軸承內部油循環結構不當。軸承內循環結構不當，會造成熱油短路，使瓦溫升高；有的外循環推力軸承對推力瓦的供油方向與鏡板旋轉產生的油流方向相反，使瓦間油流停滯，如瓦間不采取相應措施，也是造成推力瓦過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。

推力瓦進油邊形狀不好。推力瓦進油邊形狀不好，對推力軸承在機組啟動瞬間油膜形成速度產生一定影響。油的循環動力不足（油的流速過低），還可能在推力瓦的出油邊產生滯流區或渦流區。

冷卻器銅管堵塞、進出水壓力不足、擋油板位置及結構不當以及過油面積不足等，均會降低冷卻器的冷卻效果而導致瓦溫的升高。

3.4 安裝及運行管理

（1）推力瓦受力調整。機組安裝及檢修期間，應認真、嚴格的進行推力瓦的受力調整，盡管液壓支柱式推力軸承有一定自調節能力，但仍應引以充分注意，防止個別推力瓦負荷過大，在運行中發生過熱而加劇磨損。

（2）推力瓦的殘余變形。在新安裝機組或老機組大修過程中更換個別新瓦，由于新瓦內存在一定的殘余應力，在機組運行中，這部分殘性應力產生相應的殘性變形，這種變形給油膜厚度及其分布帶來不同程度的影響。

（3）軸線處理、導軸承間隙調整等。導軸瓦間隙調整不良，軸線不垂直度過大，鏡板和推力頭水平超過規定范圍的等，加劇了推力軸承運行條件惡化，引起運行中鏡板的顫動，在軸承中出現脈動力，導致推力瓦的分離脫層現象。

（4）運行管理不善。機組開停機頻繁，啟動時推力瓦單位負荷增大，甩負荷過多，造成推力軸承運行自然老化；潤滑油變質，含有水分、油污等雜物進入，造成鏡板鏡面粗糙度增大，嚴重時，高壓油頂起推軸瓦油室磨損，摩擦系數增大，油膜減少或破壞或推力瓦與鏡板嚴重磨損。

3.5 機組運行特性不良

機組振動、穩定性較差。由于轉輪氣蝕及沖刷，嚴重時往往引起水輪機轉輪不均勻受力及導葉、蝸殼、尾水管水流分布不均，使機組運行穩定變差；由于水力不平衡、磁拉力不平衡、機械受力不平衡力及壓力脈動等，使運行機組產生受迫振動及共振，機組的動負荷的分量增加，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 機組推力軸承甩油

推力軸承甩油有兩種情況，一是油質從旋轉件內壁與擋油圈之間甩向發電機內部，另一種是油質從旋轉部件與蓋板間的縫隙甩向外部。甩油造成軸承運行油位降低引起推力瓦溫升，過高可能引起研瓦現象。

4 推力瓦瓦溫過高及磨損的通常處理方法

（1）當推力瓦進油邊及中部大面積磨損時，說明推力瓦啟動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計值及實際值后，根據計算與經驗可酌情提高推力瓦偏心率。

（2）除了在設計、制造上針對推力瓦熱變形及機械變形采取雙層瓦及水冷瓦結構等措施外，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墊環間接平放彈性油箱，這樣改進后，與原結構比較，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，結構得到簡化，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個環油室，其中心距大小選擇合理與否，對推力軸承影響較大。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、改進冷卻器結構、增強冷卻效果、改變油的循環。

（6）在雙層瓦結構中，學習日立公司將薄瓦制成梯形斷面，將進油邊的瓦背倒角，托瓦設計冷卻油溝，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）對軸線調整，調整導軸承瓦隙，消除水力不平衡、磁拉力不平衡、機械受力不平衡力及壓力脈動等引起的機組受迫振動及共振。

（8）解決推力軸承甩油問題。按采取措施的主導作用可分阻擋、均壓等。阻擋法如在推力頭內壁加裝風葉；在旋轉件內壁加裝擋油環。對外甩油采取加強密封性能即旋轉件與蓋板間設迷宮槽加多層密封圈。均壓法是將轉子高壓區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呼吸孔使內外壓力趨于平衡。

結語

推力瓦工作性能的好壞，將直接關系到機組的安全和穩定運行，而衡量推力軸承工作優劣主要從推力瓦的平均溫度和最大溫差評定，通過對推力瓦瓦溫過高及磨損的一般原因及通常處理方法介紹，希望對解決推力瓦溫過高起到一定作用，文中疏漏及不足請專家、同仁指正。

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

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