弹性金属塑料瓦在大型水泵机组中的应用分析
发布时间：2014-12-17钱利华
（江苏省江都水利工程管理处，江苏江都 225200）
（江苏省江都水利工程管理处，江苏江都 225200）
摘 要：金属推力瓦烧损故障在水电站发生较多，在大型泵站也常有发生。弹性金属塑料推力瓦是近年来研制开发的一种新型轴瓦，有效解决了推力瓦烧瓦问题。介绍了江都第四抽水站采用弹性金属塑料推力瓦，成功解决了立式电机巴氏合金推力瓦烧损问题的应用情况，分析了其运行及安装、检修特性。为更好地完善和正确使用塑料推力瓦提供参考。
关键词：弹性金属塑料推力瓦；大型水泵机组；应用
0 引言
江都第四抽水站是江都水利枢纽的主力泵站。泵站安装ZL30-7型叶轮直径3.1m的大型立式全调节轴流泵，配用TDL-325158-40型3000kW立式同步电机7台套，水泵设计流量30m3/s，设计扬程7m，泵站设计总抽水流量210m3/s，与江都水利枢纽其它工程配合，为苏北地区工农业生产、生活用水、航运、排涝等发挥了重要作用，也是兴建中的南水北调东线工程的源头泵站。
1 江都四站机组推力瓦烧损问题
江都四站1977年建成投人使用，至1986年安全运用10年。但从1986年至1998年该站共发生电机金属推力瓦烧损事故达13次之多，且大多发生在排涝季节，给工程效益的发挥带来严重影响。经分析，故障原因主要有三个方面。
1）机械原因。推力头与电机轴轴颈配合过松；镜板不平；推力瓦抗重；推力瓦抗重螺栓加工精度过低、螺栓孔直径偏大及焊接不牢。
2）运行条件的改变。1986年后，排涝期间下游拦污栅水草杂物堆积严重，引起扬程增大，水流紊乱。
3）推力瓦承重过大。设计Z大单位面积荷载3.2MPa，实际使用平均单位面积荷载经常超过2.6MPa，考虑到推力瓦之间受力的不均匀性，个别推力瓦荷载可能超过允许值。在提高检修质量，消除机械缺陷情况下，仍未根本消除烧瓦现象。
2 弹性金属塑料推力瓦
金属推力瓦烧损故障在水电站发生较多，在大型泵站也常有发生。上从1970年，国内从1990年开始，在水电站广泛使用弹性金属塑料推力瓦，有效解决了推力瓦烧瓦问题。弹性金属塑料推力瓦（以下简称塑料瓦）由低合金钢瓦坯、青铜合金弹性垫、聚四氟乙烯经160℃高温，8-10MPa高压焊接而成，见图1。
关键词：弹性金属塑料推力瓦；大型水泵机组；应用
0 引言
江都第四抽水站是江都水利枢纽的主力泵站。泵站安装ZL30-7型叶轮直径3.1m的大型立式全调节轴流泵，配用TDL-325158-40型3000kW立式同步电机7台套，水泵设计流量30m3/s，设计扬程7m，泵站设计总抽水流量210m3/s，与江都水利枢纽其它工程配合，为苏北地区工农业生产、生活用水、航运、排涝等发挥了重要作用，也是兴建中的南水北调东线工程的源头泵站。
1 江都四站机组推力瓦烧损问题
江都四站1977年建成投人使用，至1986年安全运用10年。但从1986年至1998年该站共发生电机金属推力瓦烧损事故达13次之多，且大多发生在排涝季节，给工程效益的发挥带来严重影响。经分析，故障原因主要有三个方面。
1）机械原因。推力头与电机轴轴颈配合过松；镜板不平；推力瓦抗重；推力瓦抗重螺栓加工精度过低、螺栓孔直径偏大及焊接不牢。
2）运行条件的改变。1986年后，排涝期间下游拦污栅水草杂物堆积严重，引起扬程增大，水流紊乱。
3）推力瓦承重过大。设计Z大单位面积荷载3.2MPa，实际使用平均单位面积荷载经常超过2.6MPa，考虑到推力瓦之间受力的不均匀性，个别推力瓦荷载可能超过允许值。在提高检修质量，消除机械缺陷情况下，仍未根本消除烧瓦现象。
2 弹性金属塑料推力瓦
金属推力瓦烧损故障在水电站发生较多，在大型泵站也常有发生。上从1970年，国内从1990年开始，在水电站广泛使用弹性金属塑料推力瓦，有效解决了推力瓦烧瓦问题。弹性金属塑料推力瓦（以下简称塑料瓦）由低合金钢瓦坯、青铜合金弹性垫、聚四氟乙烯经160℃高温，8-10MPa高压焊接而成，见图1。
图1 金属塑料瓦结构
聚四氟乙烯耐热性较好，Z高工作温度为250℃，加热至415℃才缓缓分解，摩擦系数μ小，μ=0.025～0.05，以其制作的塑料推力瓦，有自润滑性能，可以在不完全润滑条件下长期工作。为使塑料推力瓦具有一定柔度，较高的屈弯极限和较小的残余塑性变形，通常在聚四氟乙烯中添加一定填充剂后与金属铜丝弹性垫组成复合体。添加剂及铜丝的数量、质量和制作工艺直接影响轴瓦的性能。塑料瓦在上从1970年，在国内从1990年已得到成功应用，但国内至2000年底还未有统一的国家技术规范，这对控制与确定塑料瓦的质量带来一定的困难。
塑料瓦与金属瓦主要特性比较见表1。
塑料瓦与金属瓦主要特性比较见表1。
表1 弹性金属塑料推力瓦与金属推力瓦主要特性比较
基于以上原因，1998年决定在江都四站7#机组首次使用塑料推力瓦，以消除烧瓦故障。当年11月安装结束，在扬程5.06～7.00m，叶片角度0～+4度，流量29～38m3/s，功率Z大达到2900kW情况下试运行，情况正常。从1999年起至2003年陆续将2#、6#、1#、3#、4#、5#机组的推力瓦全部更换为弹性金属塑料瓦。近几年该站7台机组运行一切正常，7#、2#主机分别经一个周期六年15000h左右的运行，运行情况良好。2004年9月和2005年10月分别对7#、2#主机进行了检修，同时对使用了一个周期后的塑料瓦进行检测。
3 运行周期内的运行情况
在相同运行工况下，2000年5月18日塑料瓦与金属瓦的运行情况的比较如表2所示。
3 运行周期内的运行情况
在相同运行工况下，2000年5月18日塑料瓦与金属瓦的运行情况的比较如表2所示。
表2 塑料瓦与金属瓦的运行技术参数
从一个周期运行的资料看，塑料瓦与金属瓦相比具有以下优点：
1）运行平稳，在运行周期内使用弹性金属塑料瓦的所有机组运行时的各项技术参数均符合要求，能够保证水泵安全运行。
2）运行条件相同时，塑料瓦温升小于金属瓦温升。
3）与金属瓦相比，塑料瓦所需顶车次数较少，可以保证机组尽快投入运行。
4 解体及安装情况分析
运行一个周期后及时解体机组，对使用后的塑料瓦进行检测，并与以往金属瓦的使用情况进行了比较，结果见表3。
1）运行平稳，在运行周期内使用弹性金属塑料瓦的所有机组运行时的各项技术参数均符合要求，能够保证水泵安全运行。
2）运行条件相同时，塑料瓦温升小于金属瓦温升。
3）与金属瓦相比，塑料瓦所需顶车次数较少，可以保证机组尽快投入运行。
4 解体及安装情况分析
运行一个周期后及时解体机组，对使用后的塑料瓦进行检测，并与以往金属瓦的使用情况进行了比较，结果见表3。
表3 塑料瓦与金属瓦运行一个周期后的主要性能比较
塑料瓦与金属瓦相比，具有以下特点：
1）塑料瓦瓦面的磨损量较小，根据塑料瓦的正常工作情况，有效使用层的厚度可以满足电机的寿命周期。
2）使用塑料瓦的机组比使用金属瓦的机组解体后的油质好，用滤油机过滤后，润滑油可以继续使用。
3）塑料瓦研磨工作量小于金属瓦研刮工作量，可节省约16个工作日。
4）塑料瓦安装时盘车力矩小，可以节省劳力约60个工作日。
5 结论
1）由江都四站及其它使用塑料推力瓦的成功经验，可以认为塑料推力瓦同金属瓦相比，塑料推力瓦不仅能够满足机组安全运行的需要，还能有效解决大型立式水泵机组的推力瓦烧损问题，确保机组安全运行。在检修期间可以减轻劳动强度、缩短劳动时间。
2）在国家未有塑料推力瓦统一技术标准的情况下，应选用具有一定生产技术条件，并取得成功的生产厂家的产品。对承重量不大的新机组，需慎重采用塑料推力瓦。对在使用中发生烧瓦故障的机组，可优先考虑选用塑料推力瓦。
3）使用塑料推力瓦仍应提高机组的安装、检修质量，对镜板不平度、挠度、水平，推力头与轴颈的配合，以及轴线摆度、各部间隙等应按安装技术规范严格掌握。否则，安装质量差仍会造成塑料推力瓦烧瓦故障。
4）塑料推力瓦与金属推力瓦使用要求不同，尤其是镜板光洁度、润滑油的纯净度等，应满足其技术要求。
1）塑料瓦瓦面的磨损量较小，根据塑料瓦的正常工作情况，有效使用层的厚度可以满足电机的寿命周期。
2）使用塑料瓦的机组比使用金属瓦的机组解体后的油质好，用滤油机过滤后，润滑油可以继续使用。
3）塑料瓦研磨工作量小于金属瓦研刮工作量，可节省约16个工作日。
4）塑料瓦安装时盘车力矩小，可以节省劳力约60个工作日。
5 结论
1）由江都四站及其它使用塑料推力瓦的成功经验，可以认为塑料推力瓦同金属瓦相比，塑料推力瓦不仅能够满足机组安全运行的需要，还能有效解决大型立式水泵机组的推力瓦烧损问题，确保机组安全运行。在检修期间可以减轻劳动强度、缩短劳动时间。
2）在国家未有塑料推力瓦统一技术标准的情况下，应选用具有一定生产技术条件，并取得成功的生产厂家的产品。对承重量不大的新机组，需慎重采用塑料推力瓦。对在使用中发生烧瓦故障的机组，可优先考虑选用塑料推力瓦。
3）使用塑料推力瓦仍应提高机组的安装、检修质量，对镜板不平度、挠度、水平，推力头与轴颈的配合，以及轴线摆度、各部间隙等应按安装技术规范严格掌握。否则，安装质量差仍会造成塑料推力瓦烧瓦故障。
4）塑料推力瓦与金属推力瓦使用要求不同，尤其是镜板光洁度、润滑油的纯净度等，应满足其技术要求。
来源：《排灌机械》2006年01期