浅谈弹性金属塑料轴瓦（FZF-3）在西藏满拉水电厂的应用
发布时间：2016-03-16普珠
（西藏日喀则地区江孜县满拉水电厂，857400）
摘 要：文章以满拉水电厂1#机组轴瓦改造为例，从设备使用者角度出发，阐述了水电厂水轮发电机组轴瓦改造中应用新型的弹性金属塑料考虑的基本问题，针对并网发电机组，设备运行的稳定性要求日益提高，为降低高海拔地区运行维护人员的劳动强度，对弹性金属塑料轴瓦的先进性、可靠性、安全性、实用性等方面进行全面总结，阐述了在高海拔、寒冷地区使用弹性金属塑料轴瓦取得的经验和心得，为西藏中、小型水电厂水轮发电机组轴瓦改造具有一定的借鉴作用。
关键词：水轮机组；技术改造；弹性金属塑料瓦
一、概述
西藏满拉水电厂1995年开工建设，处于雅鲁藏布江支流年楚河的上游，厂址距下游日喀则市118Km，距江孜县城28Km。1999年至2000年1-4#水轮发电机组相继投产发电，总装机容量4*5MW，立式混流式机组，Z高水头73.7m，设计水头57.5m，Z低水头51.5m，水轮机效率89.5%，设计年平均发电量为0.61亿KW·h。
二、我区水轮发电机组轴瓦使用现状及存在的问题
目前我区水轮发电机组所使用的轴瓦大部分属传统的巴氏合金瓦，其存在着承载能力小、摩擦系数大、刮瓦程序繁杂、技术要求高、轴瓦之间的温差较大、使用寿命短等缺点，给水轮发电机组安全运行及检修带来很大影响和困难，特别是刮瓦工序既费时又费力，技术不容易掌握，直接导致企业成本增加，效益下降，成为当今水轮发电机组提高效益的瓶颈制约。另我区部分轴流定浆式水轮机水导轴瓦使用橡胶瓦，但橡胶瓦属固定式分块瓦，不能调整轴瓦间隙，水导冷却水质要求又高，导致经常烧瓦，平凡更换，造成不必要的经济损失、增加资金投入和劳动力。
满拉水电厂从1999年12月试运行至今已有近13年时间，由于水轮发电机组长期低负荷运行，机组各轴瓦磨损老化程度不一，从而造成温度偏差较大，引起机组振动和摆渡等现象，对水轮发电机组正常运行造成很大的安全隐患。因此，为适应现代企业生产发展的需求，提高检修质量，减少检修周期及进度，将西藏满拉水电厂的一号水轮发电机组使用的巴氏合金轴瓦改造成弹性金属塑料瓦。实现轴瓦全弹性金属塑料化，有效地解决了这一难题，提高了机组的安全可靠性，减少工作量。特别是当电网负荷需求量不大时，满拉水电厂必须每天对未并网机组进行空转，水资源浪费较大，停机超过24小时后必须顶转子，从而增加了运行人员的工作量。水轮发电机组大修工作中轴瓦的修刮、研磨、轴线调整等方面技术要求高、难度大，耗时多，增加大修工期和劳动力。
三、满拉水电厂1号机组弹性金属塑料轴瓦（FZF-3）改造后运行状况
满拉电厂1#水轮发电机组轴瓦改造于2009年12月20日完成，目前水轮发电机组运行平稳，至今安全运行23664小时，根据现场及运行记录分析1#水轮发电机组在额定负荷下推力瓦Z高温度35.80C，推力瓦Z低温度30.50C，Z大温差5.30C；上导瓦Z高温度37.70C，上导瓦Z低温度30.60C，Z大温差7.10C；下导瓦Z高温度35.70C，下导瓦Z低温度30.60C，Z大温差5.10C；水导瓦Z高温度31.10C，水导瓦Z低温度29.20C，Z大温差1.90C。
四、弹性金属塑料瓦（FZF-3）的轴瓦主要特点
弹性金属塑料瓦（FZF-3）采用金属板为基体，改性聚四氟乙烯材料为表面摩擦材料，并在改性聚四氟乙烯材料中，加入一定的弹性金属丝，经特殊工艺制作而成。产品主要技术指标：
1、塑料推力瓦单位荷载≤7MPa；塑料导轴瓦单位荷载≤3.5MPa；
2、瓦面油膜温度≤90℃；
3、年开停机≤1200次，正常使用寿命>20年；
4、作用于瓦面线速度≤30M/s；
5、Z大PV值100MPafM/s；产品有弹性金属塑料瓦面，弹性金属塑料推力瓦，弹性金属塑料导瓦。弹性金属塑料瓦（水工用轴瓦）磨性好、摩擦系数小、使用寿命长；具有良好的绝缘性，减轻局部过热带来对瓦基的影响；具有自调的性能，载荷分布均匀；允许在10%额定转速下加闸制动停机，从而减轻了制动环和制动块的磨损；可缩短检修安装工期；取消了刮瓦、研瓦、大型推力轴承的高压油顶起装置，简化了设备和维护；简化了盘车手续，盘车轻便，只加透平油即可，可以连续盘车10周；在特殊情况下延长了中断冷却水时间达45分钟；意外情况下，油箱中混入水时不会使弹性金属瓦发生故障；弹性金属塑料瓦如一块瓦出现磨损时不会伤及镜板，而巴氏合金瓦只要一块磨损便导致全套瓦损坏，且危机镜板；瓦面需用温度可达110℃，允许运行温度到70℃；停机30天，允许不顶转子，可直接启动；由于其承载能力高和运行温度低，为机组小型化和增容创造了有利条件。
与巴氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦推力轴承的优点如下：
1、弹性金属塑料瓦在大负荷条件下比相同工况的巴氏合金瓦油膜厚度大，自润滑性极好，耐磨性高；
2、弹性金属塑料瓦省去了高压油顶起系统；
3、具有独特自调性能，可确保摩擦表面的载荷呈均匀分布，使之运行更可靠，许用单位压力大，损耗相对小；
4、弹性金属塑料瓦推力轴承允许频繁地启动或热启动；
5、在油槽内冷却器短时停水时，推力轴承可以正常运行；
6、弹性金属塑料瓦推力轴承吸收冲击的性能高，降低振动；
7、不须刮瓦和研磨，减少检修，安装工作量，可缩短检修安装工期；
8、不须大型推力轴承的高压油顶起装置，简化了设备和维护；
9、使用温度高，可达110℃。运行温度允许到70℃；
10、为机组小型化和增容创造了条件。
五、弹性金属塑料瓦（FZF-3）的应用
西藏满拉水电厂1995年开工建设，处于雅鲁藏布江支流年楚河的上游，厂址距下游日喀则市118Km，距江孜县城28Km。1999年至2000年1-4#水轮发电机组相继投产发电，总装机容量4*5MW，立式混流式机组，Z高水头73.7m，设计水头57.5m，Z低水头51.5m，水轮机效率89.5%，设计年平均发电量为0.61亿KW·h。
二、我区水轮发电机组轴瓦使用现状及存在的问题
目前我区水轮发电机组所使用的轴瓦大部分属传统的巴氏合金瓦，其存在着承载能力小、摩擦系数大、刮瓦程序繁杂、技术要求高、轴瓦之间的温差较大、使用寿命短等缺点，给水轮发电机组安全运行及检修带来很大影响和困难，特别是刮瓦工序既费时又费力，技术不容易掌握，直接导致企业成本增加，效益下降，成为当今水轮发电机组提高效益的瓶颈制约。另我区部分轴流定浆式水轮机水导轴瓦使用橡胶瓦，但橡胶瓦属固定式分块瓦，不能调整轴瓦间隙，水导冷却水质要求又高，导致经常烧瓦，平凡更换，造成不必要的经济损失、增加资金投入和劳动力。
满拉水电厂从1999年12月试运行至今已有近13年时间，由于水轮发电机组长期低负荷运行，机组各轴瓦磨损老化程度不一，从而造成温度偏差较大，引起机组振动和摆渡等现象，对水轮发电机组正常运行造成很大的安全隐患。因此，为适应现代企业生产发展的需求，提高检修质量，减少检修周期及进度，将西藏满拉水电厂的一号水轮发电机组使用的巴氏合金轴瓦改造成弹性金属塑料瓦。实现轴瓦全弹性金属塑料化，有效地解决了这一难题，提高了机组的安全可靠性，减少工作量。特别是当电网负荷需求量不大时，满拉水电厂必须每天对未并网机组进行空转，水资源浪费较大，停机超过24小时后必须顶转子，从而增加了运行人员的工作量。水轮发电机组大修工作中轴瓦的修刮、研磨、轴线调整等方面技术要求高、难度大，耗时多，增加大修工期和劳动力。
三、满拉水电厂1号机组弹性金属塑料轴瓦（FZF-3）改造后运行状况
满拉电厂1#水轮发电机组轴瓦改造于2009年12月20日完成，目前水轮发电机组运行平稳，至今安全运行23664小时，根据现场及运行记录分析1#水轮发电机组在额定负荷下推力瓦Z高温度35.80C，推力瓦Z低温度30.50C，Z大温差5.30C；上导瓦Z高温度37.70C，上导瓦Z低温度30.60C，Z大温差7.10C；下导瓦Z高温度35.70C，下导瓦Z低温度30.60C，Z大温差5.10C；水导瓦Z高温度31.10C，水导瓦Z低温度29.20C，Z大温差1.90C。
四、弹性金属塑料瓦（FZF-3）的轴瓦主要特点
弹性金属塑料瓦（FZF-3）采用金属板为基体，改性聚四氟乙烯材料为表面摩擦材料，并在改性聚四氟乙烯材料中，加入一定的弹性金属丝，经特殊工艺制作而成。产品主要技术指标：
1、塑料推力瓦单位荷载≤7MPa；塑料导轴瓦单位荷载≤3.5MPa；
2、瓦面油膜温度≤90℃；
3、年开停机≤1200次，正常使用寿命>20年；
4、作用于瓦面线速度≤30M/s；
5、Z大PV值100MPafM/s；产品有弹性金属塑料瓦面，弹性金属塑料推力瓦，弹性金属塑料导瓦。弹性金属塑料瓦（水工用轴瓦）磨性好、摩擦系数小、使用寿命长；具有良好的绝缘性，减轻局部过热带来对瓦基的影响；具有自调的性能，载荷分布均匀；允许在10%额定转速下加闸制动停机，从而减轻了制动环和制动块的磨损；可缩短检修安装工期；取消了刮瓦、研瓦、大型推力轴承的高压油顶起装置，简化了设备和维护；简化了盘车手续，盘车轻便，只加透平油即可，可以连续盘车10周；在特殊情况下延长了中断冷却水时间达45分钟；意外情况下，油箱中混入水时不会使弹性金属瓦发生故障；弹性金属塑料瓦如一块瓦出现磨损时不会伤及镜板，而巴氏合金瓦只要一块磨损便导致全套瓦损坏，且危机镜板；瓦面需用温度可达110℃，允许运行温度到70℃；停机30天，允许不顶转子，可直接启动；由于其承载能力高和运行温度低，为机组小型化和增容创造了有利条件。
与巴氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦推力轴承的优点如下：
1、弹性金属塑料瓦在大负荷条件下比相同工况的巴氏合金瓦油膜厚度大，自润滑性极好，耐磨性高；
2、弹性金属塑料瓦省去了高压油顶起系统；
3、具有独特自调性能，可确保摩擦表面的载荷呈均匀分布，使之运行更可靠，许用单位压力大，损耗相对小；
4、弹性金属塑料瓦推力轴承允许频繁地启动或热启动；
5、在油槽内冷却器短时停水时，推力轴承可以正常运行；
6、弹性金属塑料瓦推力轴承吸收冲击的性能高，降低振动；
7、不须刮瓦和研磨，减少检修，安装工作量，可缩短检修安装工期；
8、不须大型推力轴承的高压油顶起装置，简化了设备和维护；
9、使用温度高，可达110℃。运行温度允许到70℃；
10、为机组小型化和增容创造了条件。
五、弹性金属塑料瓦（FZF-3）的应用
根据弹性金属塑料瓦推力轴承在国内数十座水电机组中的运行和西藏满拉水电厂1#水轮发电机组运行经验，总结出如下特点：
1、运行可靠性高，弹性金属塑料瓦推力轴承在水电厂机组中基本没有发生过事故。如果其中的一块瓦发生磨损，不会影响其它瓦块；
2、安装维护简单与巴氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦推力轴承在安装时不需刮瓦，机组盘车容易，整套瓦的负荷均匀性要求较低；
3、运行性能优异弹性金属塑料瓦推力轴承的许用单位压力和温升比巴氏合金瓦推力轴承的高，瓦体温度和损耗比巴氏合金瓦推力轴承的低。在每年累计运行5000h的运行和1200次起停机的条件下，弹性金属塑料瓦推力轴承的寿命可达40年；
4、运行条件限制较少允许频繁启动，并允许热启动。转速低于额定转速的10%情况下加闸制动。油槽内冷却器短时停水时，推力轴承仍可正常运行；
六、弹性金属塑料瓦（FZF-3）应用后的效益分析
一台机组全套轴瓦改造投资11.5万元，正常使用年限不少于40年，改造前一台机组大修需要30至45天，改造后大修时间大大缩短，减少检修技术人员的劳动强度，满拉水电厂采用弹性金属塑料瓦按正常大修时间可缩短10天时间，节约了十天的技术人员劳动力和资金支出。经计算，一台机组轴瓦改造后节省资金共计182700元。同样四台机组都改造成弹性金属塑料瓦，大大减少了资金和人力物力的投入。
在正常调度负荷下，4台机组允许满负荷运行时间不少于720小时/年（满负荷运行时段4个月，每天6小时），这样，每年可增发有功电量86.4万kW·h，按上网电价0.2元/kW·h，计年收12.096万元。改造后，机组大、小修时间可缩短，安装、维护简便，检修、运行费用可减少，至此可说，1#机组轴瓦改造成效显著，带来了非常可观的经济效益。
参考文献
[1]《水电站技术改造规程》SL-97.
[2]《水电站技术改造规范》GB/T50700-2011.
[3]沈维文，塑料推力瓦研究试验中值得注意的一些问题，水电站机电技术，1989年期.
[4]端润生，我国水电机组的技术改造与创新，（1000044）.
[5]王焕栋，弹性金属塑料瓦磨损原因分析及对策，（103）.
[6]李平诗，浅谈水电厂的状态检修，水力发电，2002（6）.
1、运行可靠性高，弹性金属塑料瓦推力轴承在水电厂机组中基本没有发生过事故。如果其中的一块瓦发生磨损，不会影响其它瓦块；
2、安装维护简单与巴氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦推力轴承在安装时不需刮瓦，机组盘车容易，整套瓦的负荷均匀性要求较低；
3、运行性能优异弹性金属塑料瓦推力轴承的许用单位压力和温升比巴氏合金瓦推力轴承的高，瓦体温度和损耗比巴氏合金瓦推力轴承的低。在每年累计运行5000h的运行和1200次起停机的条件下，弹性金属塑料瓦推力轴承的寿命可达40年；
4、运行条件限制较少允许频繁启动，并允许热启动。转速低于额定转速的10%情况下加闸制动。油槽内冷却器短时停水时，推力轴承仍可正常运行；
六、弹性金属塑料瓦（FZF-3）应用后的效益分析
一台机组全套轴瓦改造投资11.5万元，正常使用年限不少于40年，改造前一台机组大修需要30至45天，改造后大修时间大大缩短，减少检修技术人员的劳动强度，满拉水电厂采用弹性金属塑料瓦按正常大修时间可缩短10天时间，节约了十天的技术人员劳动力和资金支出。经计算，一台机组轴瓦改造后节省资金共计182700元。同样四台机组都改造成弹性金属塑料瓦，大大减少了资金和人力物力的投入。
在正常调度负荷下，4台机组允许满负荷运行时间不少于720小时/年（满负荷运行时段4个月，每天6小时），这样，每年可增发有功电量86.4万kW·h，按上网电价0.2元/kW·h，计年收12.096万元。改造后，机组大、小修时间可缩短，安装、维护简便，检修、运行费用可减少，至此可说，1#机组轴瓦改造成效显著，带来了非常可观的经济效益。
参考文献
[1]《水电站技术改造规程》SL-97.
[2]《水电站技术改造规范》GB/T50700-2011.
[3]沈维文，塑料推力瓦研究试验中值得注意的一些问题，水电站机电技术，1989年期.
[4]端润生，我国水电机组的技术改造与创新，（1000044）.
[5]王焕栋，弹性金属塑料瓦磨损原因分析及对策，（103）.
[6]李平诗，浅谈水电厂的状态检修，水力发电，2002（6）.
来源：《中国科技博览》2013年第22期