泵站應(yīng)用彈性金屬塑料瓦存在問題及對策

張家明

（山東省膠東調(diào)水工程棘洪灘水庫管理處，山東 青島 266100）

山東省引黃濟(jì)青工程棘洪灘泵站自1989年建成以來，一直不能很好解決機(jī)組長期運行引起電機(jī)導(dǎo)軸瓦溫升過高造成的燒瓦問題。本文結(jié)合多年運行管理經(jīng)驗和工作實際情況，分析問題原因，不斷優(yōu)化解決方案，最終取得良好效果。

1　彈性金屬塑料瓦的應(yīng)用

棘洪灘泵站的大型立式混流泵配用TL800-24/2150型立式同步電動機(jī)，在1989年建站伊始，電動機(jī)采用巴氏合金瓦作為導(dǎo)軸瓦。隨著近幾年引水量急劇增加以及機(jī)電設(shè)備的老舊，電機(jī)導(dǎo)軸瓦溫度常常超過60℃的報警溫度，機(jī)組被迫停機(jī)降溫，嚴(yán)重影響調(diào)水安全和效率。為解決該問題，本泵站借鑒上游泵站的成功經(jīng)驗，自2013年開始，陸續(xù)對所有機(jī)組替換巴氏合金瓦為彈性金屬塑料瓦。

彈性金屬塑料瓦是由低合金鋼瓦坯、青銅合金彈性墊、聚四氟乙烯瓦面經(jīng)過160℃高溫、8～10 MPa高壓焊接而成，聚四氟乙烯瓦面耐熱性較好，最高工作溫度為150℃，摩擦系數(shù)在0.025～0.05之間。彈性金屬塑料瓦在前期使用中發(fā)現(xiàn)諸多優(yōu)點：節(jié)省人力成本，由于該瓦摩擦系數(shù)小，磨損比巴氏合金瓦小，所以使用壽命長，且因其摩擦力小，產(chǎn)生熱量少，溫升低。彈性金屬塑料瓦的青銅合金彈性墊，具有一定的彈性，在受壓時可以改變瓦面的壓力分布，起到緩沖作用，所以有減震作用。在本站已經(jīng)更換為彈性金屬塑料瓦的機(jī)組，噪音和振動明顯降低。

2　實際應(yīng)用中存在的問題及改進(jìn)措施

2.1　對彈性金屬塑料瓦的認(rèn)識存在片面性

過分強(qiáng)調(diào)彈性金屬塑料瓦摩擦系數(shù)小優(yōu)點，做出一些違反規(guī)程的操作，如在機(jī)組大修中盤車不加透平油潤滑、在長期停機(jī)后推力瓦與鏡板之間油膜消失，而再次開機(jī)前不頂轉(zhuǎn)子，這些操作均導(dǎo)致彈性金屬塑料瓦的聚四氟乙烯瓦面嚴(yán)重磨損。本站在2013年初次更換彈性金屬塑料瓦時，在沒有透平油潤滑的情況下，干磨推力瓦盤車10圈后，聚四氟乙烯瓦面磨損0.09 mm，技術(shù)人員意識到不能麻痹大意，仍要嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程和技術(shù)規(guī)范。

2.2　聚四氟乙烯瓦面導(dǎo)熱率差

在實際應(yīng)用中，過分依賴彈性金屬塑料瓦耐高溫特性，而忽略了導(dǎo)熱率差的缺點。由于監(jiān)測瓦溫的銅熱敏電阻安裝在低合金鋼瓦坯上、瓦面的聚四氟乙烯導(dǎo)熱率差、機(jī)組運行中轉(zhuǎn)子散熱片持續(xù)給瓦坯降溫等因素，所以通過溫度巡檢儀得到的瓦坯溫度與瓦面實際溫度有一定的差值，而且瓦面和瓦坯的溫差并不存在線性關(guān)系，隨運行工況和環(huán)境溫度變化而變化，導(dǎo)致瓦面溫度的異常升高不能立即反映在瓦坯上。本站在更換彈性金屬塑料瓦初期，3#機(jī)組冷卻水意外中斷，未及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致機(jī)組上導(dǎo)瓦在運行中溫度接近60℃的報警溫度，立即停機(jī)處理。由于聚四氟乙烯瓦面導(dǎo)熱率差，導(dǎo)致的溫度標(biāo)識滯后性，在緊急停機(jī)30 min后，該機(jī)組的溫度巡檢儀顯示的溫度才逐漸上升到115℃，最后打開上油缸蓋發(fā)現(xiàn)燒瓦。所以，針對彈性金屬塑料瓦的這個特性，不能按傳統(tǒng)巴氏合金瓦模式，簡單的標(biāo)定60℃為報警溫度，65℃為停機(jī)溫度。在實際運行中，本站提出了瓦溫動態(tài)整定監(jiān)測模式，值班人員依據(jù)環(huán)境溫度測定出正常運行時瓦溫，然后增加4～6℃作為報警溫度，再增加10～12℃作為停機(jī)溫度，在后續(xù)的運行中有效避免燒瓦事故的發(fā)生。

2.3　聚四氟乙烯瓦面熱膨脹系數(shù)大

彈性金屬塑料瓦的瓦面聚四氟乙烯，這種材料的熱膨脹系數(shù)是鋼材的10倍，根據(jù)水利部頒發(fā)的泵站安裝技術(shù)規(guī)范規(guī)定電機(jī)導(dǎo)軸瓦上導(dǎo)瓦間隙0.06～0.08 mm，這個間隙是在巴氏合金瓦基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)定的，由于上導(dǎo)瓦是主要受力瓦，產(chǎn)生的較大熱量極易引起瓦面膨脹，使上導(dǎo)瓦間隙變小，增加上導(dǎo)瓦與推力頭軸頸面的摩擦力，不僅加速上導(dǎo)瓦磨損，而且出現(xiàn)溫升過高現(xiàn)象。本站在更換彈性金屬塑料瓦的機(jī)組中，多數(shù)出現(xiàn)上導(dǎo)瓦磨損嚴(yán)重、溫升過高問題，針對彈性金屬塑料瓦熱膨脹系數(shù)大的特性，在安裝上導(dǎo)瓦時增加0.02 mm的間隙，在后期運行中，發(fā)現(xiàn)效果良好。

2.4　對鏡板面和推力頭軸頸面粗糙度要求高

鏡板和推力頭都是電機(jī)軸承的轉(zhuǎn)動部件，推力瓦和上導(dǎo)瓦都是電機(jī)軸承的固定部件。推力瓦固定在上機(jī)架油缸底部，這樣鏡板覆壓在推力瓦上面，推力瓦承受整個轉(zhuǎn)子的軸向壓力，上導(dǎo)瓦固定在上機(jī)架上瓦架，直接與推力頭軸頸面接觸，承受整個轉(zhuǎn)子的徑向力，限制轉(zhuǎn)子的水平位移。鏡板面和推力頭軸頸面都與彈性金屬塑料瓦直接接觸，這對鏡板和推力頭軸頸面的粗糙度要求較高，傳統(tǒng)的巴氏合金瓦要求鏡板粗糙度小于0.8 μm，而彈性金屬塑料瓦要求鏡板粗糙度小于0.64 μm，否則加速瓦面聚四氟乙烯的磨損，降低瓦的使用壽命。這對鏡板和推力頭拋光工藝提出了新的要求，本站改進(jìn)傳統(tǒng)的人工研磨拋光工藝流程，制作專用的機(jī)械研磨臺架，電機(jī)采用30～40 r/min的針式減速機(jī)，研磨時只需人工添加拋光膏和透平油的混合液即可，這樣研磨16 h左右，通過便攜式粗糙度儀測量其表面，是否達(dá)到要求。

正常情況下，瓦面聚四氟乙烯每5年磨損0.10 mm，不同廠家制作的聚四氟乙烯瓦面厚度不同，其使用壽命也不同，只要瓦面裸露出青銅合金彈性墊，表明該瓦已不能使用，所以聚四氟乙烯厚度也是購買彈性金屬塑料瓦的重要指標(biāo)之一。

2.5　對潤滑油黏度要求高

彈性金屬塑料瓦對電機(jī)潤滑油的黏度要求很高，若潤滑油的黏度達(dá)不到要求，極易加速聚四氟乙烯瓦面的磨損。泵站常用的電機(jī)潤滑油通常是透平油，透平油的黏度是衡量油質(zhì)的重要指標(biāo)，黏度大的透平油能夠承受大的壓力負(fù)荷，不易從摩擦面擠出，而保持一定厚度的油膜，較好保持液體摩擦狀態(tài)，而黏度小的透平油不易保持良好的油膜，使摩擦面有損壞的危險。但是，黏度過大的透平油產(chǎn)生的阻力較大，增加摩擦損失和引起振動，散熱能力也較差，所以在保持液體摩擦條件下，選擇合適粘度的透平油至關(guān)重要，本站在使用巴氏合金瓦時采用L-TSA32透平油，在更換彈性金屬塑料瓦后，對潤滑油黏度沒有引起重視，依舊沿用該標(biāo)號透平油，4#機(jī)組在運行1.2萬h后，打開電機(jī)上油缸蓋，有大量聚四氟乙烯粉末漂浮在油缸中，對導(dǎo)瓦逐一排查，發(fā)現(xiàn)推力瓦磨損嚴(yán)重。經(jīng)分析認(rèn)為，這與推力瓦壓力負(fù)荷大，推力瓦與鏡板之間的油膜被擠出有關(guān)，遂決定將透平油型號更換為黏度更大的L-TSA45，此后運行期間，一直注意觀察該機(jī)組透平油變化，最終透平油因為酸值超標(biāo)而更換，不再出現(xiàn)粉末狀雜質(zhì)。

總之，本文提出了瓦溫動態(tài)整定監(jiān)測模式、加大上導(dǎo)瓦間隙、改進(jìn)了傳統(tǒng)鏡板和推力頭拋光工藝、提高潤滑油標(biāo)號等解決方案。通過對彈性金屬塑料瓦在實際應(yīng)用中存在問題的不斷改進(jìn)，可以更好的發(fā)揮這種新型材料的優(yōu)勢，同時促進(jìn)泵站安裝技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善和提高。