林志海

（大唐發(fā)電股份有限公司張家口發(fā)電廠，河北張家口　075000）

　　摘　要：本文主要針對(duì)大型水泵推力軸承中的重要部件的磨損、變形以及由此而引發(fā)的潤(rùn)滑、調(diào)整問題，運(yùn)用理論分析和探討的方法，結(jié)合多年來對(duì)實(shí)際設(shè)備所出現(xiàn)問題的探討及經(jīng)驗(yàn)積累，進(jìn)行綜合分析。并提出一些綜合治理的方法和新的工序工藝，解決大型立式水泵普遍存在的推力瓦軸承磨損問題，以便提高設(shè)備健康水平，保證設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

　　關(guān)鍵詞：立式水泵；推力瓦；溫度高；分析

　　1　概述

　　大型立式水泵的推力軸承，是應(yīng)用液體潤(rùn)滑承載原理的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，主要由推力瓦、鏡板、推力頭、冷卻器等部件組成。推力瓦是推力軸承中的重要部件，它是整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分的摩擦面，并且承受整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量和軸向水推力。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要求各軸瓦均勻地承受推力負(fù)荷，如果各軸瓦受力不均，將產(chǎn)生較大溫差，造成個(gè)別軸瓦溫度增高，瓦面變形磨損增大，影響機(jī)組安全運(yùn)行。在額定工況下，推力瓦溫度不得超過70℃，但如能使各推力瓦受力均勻，則可提高推力軸承的承載能力，減緩?fù)屏ν吣p及熱變形，同時(shí)也防止鏡板的磨損，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，所以，除設(shè)計(jì)和制造上必須保證其必要的條件外，安裝、檢修、維護(hù)調(diào)試對(duì)機(jī)組綜合性能起著重要的作用。

　　推力軸承要保證在油潤(rùn)滑條件下運(yùn)行，必須使出油邊的Z小油膜厚度，符合設(shè)計(jì)值（如：大型機(jī)組推力軸承油膜厚度一般在0.03-0.07mm之間）。這就要求鏡板有較高的精度和較低的粗糙度，如果鏡板的粗糙度高，則軸承摩擦損耗增大。鏡面如有傷痕或銹蝕等缺陷，則可能破壞油膜，甚至造成燒瓦事故。所以，鏡板研磨、推力瓦刮削以及對(duì)鏡板、推力瓦的檢修調(diào)整工作就顯得十分重要。另外，要求鏡板保證其波浪度，其平行度根據(jù)不同的機(jī)組一般為0.02mm/m，推力瓦之間相互高差一般控制在0.02mm之內(nèi)，即要求推力瓦的平面度與鏡板的平面度相近才行。如果，鏡板與推力瓦的平面度不好，其偏差超過了Z小油膜厚度，會(huì)破壞推力瓦與鏡扳之間所建立的油膜。推力軸承就會(huì)在半干摩擦或干摩擦狀態(tài)下運(yùn)行，造成燒瓦事故或瓦面損壞。此外，推力瓦的受力也與它本身的平行度直接相關(guān)，只有接觸面積大，才能使推力瓦承受較大的壓力。如果，推力瓦凸凹不平，具有局部高點(diǎn)，受力集中，也會(huì)發(fā)生燒瓦事故或瓦面嚴(yán)重磨損。

　　研磨鏡板和刮削推力瓦是立式泵（大型立式水泵）必不可少的項(xiàng)目。只要使推力瓦具有良好的平面性，與鏡板有良好的接觸性，保證水泵機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，在推力瓦瓦面與鏡板之間迅速建立起油膜，并在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)始終保持有一定的油膜厚度而不被破壞，才能保證推力軸承良好的穩(wěn)定性和運(yùn)行的安全可靠。

　　綜上所述，推力軸承的磨損多發(fā)生在推力瓦與鏡板兩個(gè)方面，解決的關(guān)鍵問題點(diǎn)就集中在磨損潤(rùn)滑方面。

　　2　推力瓦磨損分析

　　2.1推力軸承按其支柱形式不同主要分為剛性支柱式、液壓支柱式、平衡塊式三種，因立式水泵軸向負(fù)荷相對(duì)水輪機(jī)等大型設(shè)備較小，所以，立式水泵普遍所采用的是剛性支柱式，它的缺點(diǎn)主要集中為檢修后或安裝調(diào)水平難、受力不易調(diào)整，調(diào)整工作量大，運(yùn)行時(shí)各瓦塊的負(fù)荷不均（這種現(xiàn)象主要是安裝、加工、調(diào)整引起的）。推力瓦是推力軸承中的主要部件，呈扇型分塊式。一般在軸瓦的鋼坯上澆注一層厚約5mm的錫基軸承合金，由于軸瓦受力不十分均勻，盡管軸瓦的底部有托瓦（均勻受力，減少變型），但水泵經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行，還是不可避免地出現(xiàn)磨損變形。經(jīng)過長(zhǎng)期檢修觀察，總結(jié)分如下原因。

　　2.2保證機(jī)組啟動(dòng)時(shí)在推力瓦面與鏡板之間應(yīng)迅速建立起油膜，并在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，始終保證有一定的油膜厚度而不被破壞，才能保證機(jī)組安全可靠的運(yùn)行。事實(shí)上當(dāng)鏡板與瓦面相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，將潤(rùn)滑油帶進(jìn)鏡板與推力瓦的接觸面間，形成一層油膜，使鏡板與瓦面之間形成液體摩擦。進(jìn)油側(cè)比出油側(cè)油膜厚，即形成楔形油膜。也就是說，泵組在正常運(yùn)行時(shí)，通過鏡板傳遞的軸向力（包括轉(zhuǎn)子重量、軸、鏡板重量等），是通過鏡板與推力瓦之間的高壓油膜而傳遞給推力瓦承受的。即泵組正常運(yùn)行時(shí)，由于油膜的作用，使靜止與轉(zhuǎn)動(dòng)部分兩平面之間通過油膜而分開，鏡板是懸浮在推力瓦上，而并非處于半干摩擦或干摩擦狀態(tài)，如果處于半干摩擦或干摩擦狀態(tài)，則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的瓦面磨損或燒瓦事故。

　　2.3鏡板是推力軸承的關(guān)鍵部件之一。當(dāng)軸承運(yùn)行時(shí)，油膜厚度只有0.03-0.07mm。因此，要求鏡板有較高的精度和較低的粗糙度。、鏡板的粗糙度高，軸承的磨損增加；鏡板表面有傷痕、硬點(diǎn)、毛刺等缺陷，輕則致使鏡面出現(xiàn)磨痕，而影響推力瓦，重則破壞油膜出現(xiàn)事故，這是鏡板表面出現(xiàn)劃痕的原因之一。第二、鏡板采用45號(hào)鍛鋼制成，兩平面的硬度值一般為180-220HB，鏡面硬度差值小于30HB。但個(gè)別鏡板，因剛度偏小，在長(zhǎng)期運(yùn)行后產(chǎn)生微小變形，且鏡板在制造加工過程中不可避免地產(chǎn)生波浪度。如若潤(rùn)滑油過濾不夠，或油槽中有雜質(zhì)，則其中的雜質(zhì)顆粒在運(yùn)行中沿油流方向，懸浮運(yùn)動(dòng)并恰好懸浮至鏡板波浪度的波峰處時(shí)，不可避免地在鏡板與推力瓦瓦面上產(chǎn)生劃痕。因推力瓦瓦面采用鋼瓦坯面加工鳩尾槽澆鑄巴氏合金，故其硬度低，易引起劃痕。這也是產(chǎn)生磨痕、劃痕的原因之一。第三、因軸瓦與巴氏合金不脫開，由于鋼和巴氏合金的熱膨脹系數(shù)不同，受熱后易變得起伏不平，特別是在鳩尾槽處的合金有明顯的凸起。另外，由于剛性支柱的托瓦剛度太大。一方面可減小機(jī)械變形，另一方面由于瓦的變形會(huì)在托瓦的對(duì)應(yīng)方向的瓦面上產(chǎn)生磨痕，這也是瓦面產(chǎn)生磨痕的一個(gè)重要因素，同時(shí)也嚴(yán)重影響著鏡板工作面，這一點(diǎn)往往被人們所忽視。以上三點(diǎn)，是影響鏡板工作面的主要因素。

　　2.4在每次設(shè)備檢修時(shí)都要根據(jù)磨損情況，進(jìn)行推力瓦的刮研，而推力瓦刮削一般要求達(dá)3-5點(diǎn)/平方厘米，且刀花的深淺分布要符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。如刮削時(shí)有毛刺或高點(diǎn)，也會(huì)向上述所分析的那樣在波浪度的波峰處產(chǎn)生磨痕或劃痕。

　　2.5還有如下因素加之如上所述的一些不利因素并和這些因素相結(jié)合也會(huì)導(dǎo)致鏡板及推力瓦的磨損或出現(xiàn)劃痕，即：

　　（1）卡環(huán)厚薄不均，影響推力頭平面與主軸的垂直度。這一點(diǎn)如不是首次安裝一般不會(huì)出現(xiàn)，但在特殊情況下也會(huì)出現(xiàn)。

　　（2）推力頭底面與主軸的垂直度不好。

　　（3）推力頭與鏡板之間絕緣墊厚薄不均，即：加墊不合理或在檢修時(shí)未將上次的絕緣墊進(jìn)行登記復(fù)原而加錯(cuò)墊。所以在檢修時(shí)一定要嚴(yán)格檢修工序工藝，加強(qiáng)責(zé)任心。

　　（4）鏡板精度不夠，平行度較差。

　　（5）電機(jī)主軸法蘭與水泵泵軸法蘭面不平行，主軸與法蘭面不垂直。

　　（6）鏡板、推力頭與主軸的垂直度不夠。

　　2.6推力瓦瓦面的劃痕、磨痕產(chǎn)生的原因在上面進(jìn)行了分析，但還有一個(gè)重要的因素，即瓦面偏心處的圓形磨痕是怎樣產(chǎn)生的呢？

　　（1）根據(jù)監(jiān)測(cè)推力瓦在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)油溫度一般為36℃，平均出油溫度一般為51℃。

　　（2）剛性支柱式推力軸承在正常運(yùn)行時(shí)，支柱螺栓支承部位的溫度較高，促使支承中心處的瓦面因溫度的升高而變形凸起。瓦面熱變形導(dǎo)致瓦面單位壓力增大，容易使瓦面磨損或燒瓦，瓦面磨損的部位正是受力集中的部位（高溫度場(chǎng)區(qū)），即支柱托瓦的周圍線附近。支柱托瓦直徑的大小，就是瓦面磨損的圓形磨痕，正是瓦面熱變形后，支柱托瓦抵抗變形而產(chǎn)生的。

　　2.7避免水輪機(jī)運(yùn)行。水泵在停止運(yùn)行以后，如若泵出口的逆止閥關(guān)不嚴(yán)或液壓控制蝶閥關(guān)閉不到位，則倒泄水流加大。水泵開始反轉(zhuǎn)并逐漸加速，水泵中水壓也不斷升高，倒泄水流很快達(dá)到Z大值，反轉(zhuǎn)速也因而上升。但隨著葉輪轉(zhuǎn)速的升高，它作用于水的離心力也越來越大，從而阻止水流倒泄，倒泄流量降低，引起管中正壓水錘，反轉(zhuǎn)速達(dá)到Z大值，倒泄流量繼續(xù)減小，由于倒泄流量繼續(xù)減小，反轉(zhuǎn)速?gòu)亩档汀５迷跓o任何負(fù)載的情況下空轉(zhuǎn)，即低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，推力油膜厚度被破壞，致使推力瓦與鏡扳處于半干摩擦狀態(tài)，加速軸瓦、鏡扳的磨損和軸瓦的熱變形，而使推力瓦磨損加重，從而導(dǎo)致鏡扳進(jìn)一步磨損。在正常水泵工況下，由于水泵慣性較大，水泵在停泵后，低速正轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，也是引起推力瓦磨損的原因之一，但主要是應(yīng)避免在水輪機(jī)工況下空轉(zhuǎn)（即反轉(zhuǎn)）。可以認(rèn)為，危險(xiǎn)油膜厚度不完全取決于推力軸承是否處于半干摩擦狀態(tài)，而在于這種狀態(tài)所持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短。所以，不論是啟動(dòng)、停機(jī)，均要求水泵機(jī)組能迅速地度過半干摩擦狀態(tài)，盡可能地縮短機(jī)組在此狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，無疑是很重要的。

　　3　鏡面磨損分析

　　上述分析的幾種現(xiàn)象，不但可引起推力瓦的磨損，同時(shí)無疑也影響到鏡板。由于推力頭與主軸多采用過渡配合或過盈配合，主軸的擺度便直接傳到推力頭與鏡板上，因鏡板較薄，它在推力瓦作用下，產(chǎn)生周期性的波浪變形。當(dāng)鏡扳在兩推力瓦之間的位置處，它與推力瓦之間有縫隙，這一現(xiàn)象在大型水輪發(fā)電機(jī)的推力軸承盤車時(shí)可以看到，而水泵自身重量小不易看到，但微觀上還是存在。當(dāng)這一位置轉(zhuǎn)到推力瓦上時(shí)，縫隙就會(huì)被壓合。當(dāng)出現(xiàn)縫隙時(shí)，由于體積突然擴(kuò)大，產(chǎn)生真空，油被吸入而產(chǎn)生汽泡（氣穴）。當(dāng)汽泡突然收縮，加劇積聚，形成高能撞擊鏡板表面而潰滅，重又產(chǎn)生汽泡，形成了氣穴過程，引起了氣蝕破壞。使鏡扳結(jié)合面出現(xiàn)了麻點(diǎn)、坑穴，減小了受力面積，進(jìn)而擴(kuò)大了氣蝕區(qū)域。這種惡性循環(huán)，不但破壞了軸線，而且促成了擺度的增大。同時(shí)也影響到鏡板、推力瓦的磨損，造成水泵機(jī)組振動(dòng)增大、推力油溫、瓦溫升高，也加速推力瓦、鏡扳的磨損。
　　另外，如果潤(rùn)滑油過濾不夠，則油中的雜質(zhì)、推力瓦刮削的凸點(diǎn)等等，如若正好與鏡板波浪度的高點(diǎn)相遇，再結(jié)合以上因素。無疑將加快軸瓦、鏡板的磨損和油溫的升高。因此，給推力頭與鏡板處加墊，保證推力頭、鏡板與主軸的垂直度，保證推力瓦水平高差在技術(shù)要求的范圍內(nèi)（即每塊瓦之間的偏差小于0.02mm），是十分重要的。
　　4　潤(rùn)滑用油對(duì)推力瓦的影響
　　大型水泵的推力軸承廣泛應(yīng)用液體潤(rùn)滑原理進(jìn)行潤(rùn)滑。即在適當(dāng)條件下，摩擦副的兩摩擦表面可以由一層具有一定厚度的粘性流體完全分開，由液體的壓力平衡外載荷，液體層中的分子大部分不受金屬表面離子電力場(chǎng)的作用而可自由移動(dòng)，這種狀態(tài)才是液體潤(rùn)滑。由于兩摩擦面不是直接接觸，當(dāng)兩表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，只在液體分子間發(fā)生摩擦，因而液體潤(rùn)滑的摩擦性質(zhì)完全取決于流體的粘性而與兩個(gè)摩擦表面的材料無關(guān)。但這種潤(rùn)滑有摩阻低、摩擦系數(shù)低（通常為0.001-0.008）的特點(diǎn)，可以改善摩擦副的動(dòng)態(tài)性能，有效地降低磨損。所以，在滑動(dòng)軸承摩擦副中，只要在摩擦表面間形成液體潤(rùn)滑，就可以顯著改善部件（鏡扳、推力瓦）性能和減緩磨損。
　　液體潤(rùn)滑油膜的產(chǎn)生可分為流體動(dòng)壓和流體靜壓潤(rùn)滑兩種，水泵推力軸承采用流體動(dòng)壓潤(rùn)滑形成油膜，平衡外載荷的，因而涉及摩擦表面的幾何形狀、尺寸、間隙、流體粘度、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、速度和載荷等。所以，、選用潤(rùn)滑油必須要求適當(dāng)?shù)恼扯取⒘己玫奈胶托ㄈ肽芰Α⒁欢ǖ挠湍?qiáng)度和穩(wěn)定性以及良好的化學(xué)性能。第二、潤(rùn)滑油的粘度隨溫度的升高而降低，因此，所選潤(rùn)滑油應(yīng)具有在軸承工作溫度下能形成油膜。第三、依據(jù)以上原則結(jié)合水泵的參數(shù)（主軸軸頸線速度、工作溫度、載荷的大小等）選用一定牌號(hào)的潤(rùn)滑油。第四、降低推力軸承油溫，提高推力冷卻器的性能，并防止冷卻器滲漏水現(xiàn)象（即防止氣穴形成，促使鏡面銹蝕或出現(xiàn)麻點(diǎn)）。第五、嚴(yán)格過濾油質(zhì)量，防止水分及雜質(zhì)進(jìn)入潤(rùn)滑油。
　　5　軸電流對(duì)推力鏡板的影響
　　水泵正常運(yùn)行時(shí)，在主軸上會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)值的電壓。即由于定子鐵芯有合縫，定子與轉(zhuǎn)子不圓或定子與轉(zhuǎn)子空氣間隙不均，在水泵運(yùn)行時(shí)，磁力線不平衡，不完全平衡的磁力線與轉(zhuǎn)軸相切，就產(chǎn)生了軸電壓，大型電機(jī)達(dá)5-15v。因軸電流的存在，它在鏡板（軸頸）和軸瓦間產(chǎn)生小電弧的侵蝕，使軸瓦合金逐漸粘吸到鏡板上，破壞軸瓦工作面，引起推力瓦過熱甚至燒瓦事故的發(fā)生。此外，由于軸電流的電解作用，也會(huì)使?jié)櫥妥兒冢档蜐?rùn)滑性能，使軸承溫度升高。
　　為了保證機(jī)組運(yùn)行，防止軸電流對(duì)鏡板和軸瓦的侵蝕，必須采取措施，切斷軸電流回路。即在推力頭與鏡扳之間加絕緣墊。并起到絕緣和調(diào)整軸線的雙重作用。
　　6　結(jié)論
　　為保證大型水泵的運(yùn)行穩(wěn)定性，應(yīng)對(duì)推力軸承系統(tǒng)，進(jìn)行科學(xué)調(diào)整和綜合治理。通過以上諸項(xiàng)分析，對(duì)所發(fā)現(xiàn)的問題，提出以下相應(yīng)對(duì)策和解決的辦法，以促進(jìn)設(shè)備的不斷完善。
　　6.1推力瓦方面
　　（1）改善推力油冷卻器的水循環(huán)，降低推力軸承油溫，以減小推力瓦的熱變形，因軸瓦受力不均，運(yùn)行中軸瓦溫差一般達(dá)5-8℃，所以還要進(jìn)行推力軸承受力調(diào)整。
　　（2）根據(jù)推力軸承有關(guān)參數(shù)要求及潤(rùn)滑油選用原則，選用適合的潤(rùn)滑油牌號(hào)。嚴(yán)格檢修工藝質(zhì)量，保證過濾油質(zhì)量，避免油中雜質(zhì)進(jìn)入。
　　（3）在軸瓦刮削時(shí)，注意在軸瓦中部約軸瓦瓦面積1/2的扇形刮低0.02∽0.03mm，刮削后瓦面達(dá)3-5點(diǎn)/平方厘米。中部刮低，以減小由于支柱托瓦抵抗熱變形而產(chǎn)生的單位壓力增大和瓦面損壞。
　　（4）提高傳動(dòng)主軸與鏡板的垂直度，保證鏡板、上機(jī)架水平在0.02mm/m之內(nèi)，也就是通過刮削推力頭與鏡板之間絕緣墊來實(shí)現(xiàn)。調(diào)整軸線時(shí)，首先要調(diào)整好推力瓦水平高差、鏡板等水平，然后調(diào)整機(jī)組總軸線并保證各處擺度符合質(zhì)量要求。檢修后測(cè)定機(jī)組油溫、瓦溫、振動(dòng)值及推力油膜厚度來評(píng)判機(jī)組。
　　（5）避免水泵在水輪機(jī)工況下運(yùn)行，要保證泵出口逆止閥、液控蝶閥工作可靠。
　　6.2鏡板方面
　　（1）依測(cè)定結(jié)果，進(jìn)行絕緣墊的刮削調(diào)整，保證鏡板與主軸的垂直度。測(cè)定推力頭與鏡板、推力瓦與鏡板的絕緣（其相互絕緣電阻大于1mΩ，充油后大于0.3mΩ），防止軸電流侵蝕鏡板，引起油溫升高瓦面變形或燒瓦事故，或鏡板損壞現(xiàn)象。以及由此而出現(xiàn)的潤(rùn)滑油變黑劣化現(xiàn)象等。
　　（2）檢修中發(fā)現(xiàn)鏡板有銹蝕、劃痕、磨痕等應(yīng)進(jìn)行研磨，研磨后鏡板表面粗糙度達(dá)到0.05μm以下。合理選用研磨材料用m5-m10粒度的Cr₂O₃進(jìn)行研磨，控制研磨轉(zhuǎn)速，經(jīng)粗、精、細(xì)磨削達(dá)到質(zhì)量要求。或送制造廠進(jìn)行精車研磨或珩磨處理。
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　　[4]高澍