弹性金属塑料推力轴瓦磨损过快的原因分析及对策

陈芬环

（安康水力发电厂，陕西 安康 725000）

0 情况介绍

安康水电厂自1994年开始引进由前苏联生产的弹性金属塑料推力轴瓦，并于1994年至1996年期间先后将4台单机容量为200 MW水轮发电机组的推力轴瓦全部更换为弹性金属塑料瓦。经过多年的运行证明：弹性金属塑料瓦具有检修工作量小、机组盘车力矩小、不需要高压油顶起装置等优点。然而，安康水电厂弹性金属塑料推力轴承瓦的磨损比较严重，每年的磨损量超过了0.10 mm，远远超过国家标准0.02 mm/年的要求。严重影响了推力轴承瓦的使用寿命，影响了机组的安全稳定运行。当务之急就是要分析推力轴瓦磨损过快的原因，制定切实可行的解决方法，确保推力轴承安全可靠运行。

1 推力轴承主要技术参数

安康水电厂安装有4台由东方电机厂生产的单机容量为200 MW的水轮发电机组，该机组推力轴承支撑形式为液压支柱式，弹性油箱为三波纹式，推力轴承瓦采用双层瓦结构，下层托瓦带内嵌式托盘。瓦面材料为聚四氟乙烯，1994年由前苏联引进，推力轴承为外加泵外循环冷却方式。

1.1 推力轴承主要参数

型式：双层瓦液压支柱式

最大推力负荷：16 000 kN

瓦块数：12

单位压力：4.24 MPa

推力冷却方式：外加泵外循环

推力瓦尺寸：635.4×600×60(mm)

瓦面材质：聚四氟乙烯

推力瓦夹角：22°

推力瓦内外直径：2 130/3 330(mm)

推力瓦长宽比：0.868

平均周速：15.3 m/s

推力PV 值：649 kg.m/s.cm2

1.2 运行情况介绍

1.2.1 弹性金属塑料瓦的优点

通过机组多年的运行证明弹性金属塑料瓦具备以下优点：

（1）取消了原来的高压油顶起装置，简化了推力轴承结构；

（2）机组顶转子时间间隔延长至30 天，简化了机组启动程序；

（3）机组加闸转速可降低为25%额定转速以下，延长了机组制动器的使用寿命；

（4）机组大修时不必进行推力瓦的研刮，大大减小机组检修工作量，节约人力、物力和财力；

（5）机组盘车力矩小，无需在瓦面涂上动物油脂只要涂上透平油即可；

（6）解决了钨金瓦因运行瓦温过高而夏季限负荷运行的问题，提高了经济效益。

1.2.2 弹性金属塑料瓦的缺点

前苏联生产的弹性金属塑料瓦具备诸多的优点，但同时存在瓦面磨损快的缺点，年平均磨损量超过0.10 mm，大大缩短了推力瓦的使用寿命，影响了机组的安全稳定运行。

2 推力瓦磨损快的原因分析

2.1 瓦面形状的原因

柱面瓦具有较高的承载能力。柱面曲率半径的大小需根据轴瓦的PV 值、瓦面长宽比、支撑偏心值等因素来决定，考虑轴瓦的机械变形、温度变形、弹性变形及蠕变形之间的关系来计算决定。合理的瓦面形状设计可以降低推力瓦的磨损。

2.2 镜板粗造度的原因

镜板是推力轴承安全运行的关键部件之一。当推力轴承运行时油膜厚度只有0.03～0.07 mm，因此要求镜板要有较高的光洁度和精度。镜板的光洁度低，轴承的损耗会增加，镜板如有伤痕硬点等缺陷，则可能破坏油膜，进一步增加磨损，甚至造成烧瓦事故。在2000年11月至2001年元月进行的3号机组大修过程中，对推力瓦进行检查时发现12 块轴瓦瓦面在同一部位都有深度几乎相同的唱片纹，怀疑是镜板上有硬点所造成。所以镜板的粗糙度不合格也是引起推力瓦磨损的原因之一。

2.3 润滑油质的原因

弹性金属塑料瓦表面层采取的氟塑料质软，对杂质十分敏感。油中如有杂质进入瓦的摩擦面处会很快将塑料瓦划出沟痕产生磨损影响瓦的寿命。因此弹性金属塑料瓦对油质的清洁度要求很高。推力油槽内或管道内油的洁净度无论对钨金瓦还是塑料瓦都非常重要，但对塑料瓦就更加重要。因为油内的硬粒杂质，塑料瓦面比钨金瓦面更易受到损害。安康水电厂公共供、排油系统系电厂筹建时水电三局安装的，许多管路从未进行过清扫，管路中的杂质进入油槽，引起推力瓦的磨损。另外，机组大修对推力油槽清扫时，挡油筒也不分解，这样推力油槽就无法彻底清扫干净，只进行油质的过滤化验也无法保证整个油槽中透平油的洁净度。

2.4 活动导叶漏水量大的原因

由于弹性金属塑料瓦磨擦系数低，在机组停机后如果导叶漏水量过大引起机组慢转现象，安康水电厂4台机组都存在高水头时机组慢转的情况。活动导叶漏水量大还能导致机组停机过程长，推力瓦在低转速下慢转引起瓦面磨损。

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2.5 润滑油温过低的原因

弹性金属塑料瓦仍沿用原巴士合金瓦的温度测量装置，由于塑料瓦瓦面塑料层导热不良，所以测量的温度和实际瓦面的油膜温度有一定的差距。但塑料瓦的油温允许比钨金瓦高15～20℃。安康电厂四台机组正常运行时推力瓦温不超过40℃，油温也只有27～29℃。原钨金瓦更换为塑料瓦后，推力外循环系统并未更换，冷却水压也未改变。机组的推力油温、瓦温都偏低。油的粘度对推力轴承润滑性能有大的影响，这可以从推力轴承摩擦损耗公式可以看出：

N=k(ucp×s×u2×hcp)

式中：

ucp－油膜中油的动力粘度的平均值

u－塑料瓦平均半径的圆周速度（相对线速度）

hcp－油膜平均厚度

s－轴瓦面积

由上式可以看出，在油膜厚度、轴瓦面积、速度不变的情况下，塑料瓦的摩擦损耗和油的动力粘度成正比。也就是说，油的粘度越大，磨擦损耗越大。要降低摩擦损耗就要适当降低油的动力粘度。而润滑油粘度减小的方法之一就是适当地提高塑料瓦的运行温度。提高塑料瓦运行温度的方法是减小冷却器的冷却水量。

综上所述，造成安康水电厂推力轴承塑料轴瓦磨损快的原因有设计制造的原因，也有运行、检修方面的原因，要解决这一问题就要从这几个方面着手解决。

3 解决方法和对策

针对以上原因我们采取了以下方法和对策：

（1）自2007年开始，我们选择由新安江水力发电厂修配分场生产的弹性金属塑料瓦，该瓦的瓦面材质是在原纯聚四氟乙烯的基础上加入耐磨材质，耐磨性大大提高；

（2）订货时对瓦面形状专门提出了要求，避免因瓦面形状缺陷产生的磨损；

（3）机组运行时根据润滑水温适当降低推力轴承的冷却水压，保证推力轴承瓦温、油温在合适的范围内；

（4）机组检修时将推力油槽全面进行清扫，润滑油全部进行更换，油质化验合格，保证润滑油的油质。

（5）更换了水轮机活动导叶的轴套，降低导叶的漏水量，避免机组停机过程太长，推力瓦在低转速状态下运行产生的磨损。

4 结论

经过以上处理后，彻底解决了安康水电厂推力轴承瓦磨损过快的问题，自2007年更换以来，瓦面基本没有磨损，达到了预期的效果。