泵站应用弹性金属塑料瓦存在问题及对策

张家明

（山东省胶东调水工程棘洪滩水库管理处，山东 青岛 266100）

山东省引黄济青工程棘洪滩泵站自1989年建成以来，一直不能很好解决机组长期运行引起电机导轴瓦温升过高造成的烧瓦问题。本文结合多年运行管理经验和工作实际情况，分析问题原因，不断优化解决方案，最终取得良好效果。

1　弹性金属塑料瓦的应用

棘洪滩泵站的大型立式混流泵配用TL800-24/2150型立式同步电动机，在1989年建站伊始，电动机采用巴氏合金瓦作为导轴瓦。随着近几年引水量急剧增加以及机电设备的老旧，电机导轴瓦温度常常超过60℃的报警温度，机组被迫停机降温，严重影响调水安全和效率。为解决该问题，本泵站借鉴上游泵站的成功经验，自2013年开始，陆续对所有机组替换巴氏合金瓦为弹性金属塑料瓦。

弹性金属塑料瓦是由低合金钢瓦坯、青铜合金弹性垫、聚四氟乙烯瓦面经过160℃高温、8～10 MPa高压焊接而成，聚四氟乙烯瓦面耐热性较好，最高工作温度为150℃，摩擦系数在0.025～0.05之间。弹性金属塑料瓦在前期使用中发现诸多优点：节省人力成本，由于该瓦摩擦系数小，磨损比巴氏合金瓦小，所以使用寿命长，且因其摩擦力小，产生热量少，温升低。弹性金属塑料瓦的青铜合金弹性垫，具有一定的弹性，在受压时可以改变瓦面的压力分布，起到缓冲作用，所以有减震作用。在本站已经更换为弹性金属塑料瓦的机组，噪音和振动明显降低。

2　实际应用中存在的问题及改进措施

2.1　对弹性金属塑料瓦的认识存在片面性

过分强调弹性金属塑料瓦摩擦系数小优点，做出一些违反规程的操作，如在机组大修中盘车不加透平油润滑、在长期停机后推力瓦与镜板之间油膜消失，而再次开机前不顶转子，这些操作均导致弹性金属塑料瓦的聚四氟乙烯瓦面严重磨损。本站在2013年初次更换弹性金属塑料瓦时，在没有透平油润滑的情况下，干磨推力瓦盘车10圈后，聚四氟乙烯瓦面磨损0.09 mm，技术人员意识到不能麻痹大意，仍要严格执行操作规程和技术规范。

2.2　聚四氟乙烯瓦面导热率差

在实际应用中，过分依赖弹性金属塑料瓦耐高温特性，而忽略了导热率差的缺点。由于监测瓦温的铜热敏电阻安装在低合金钢瓦坯上、瓦面的聚四氟乙烯导热率差、机组运行中转子散热片持续给瓦坯降温等因素，所以通过温度巡检仪得到的瓦坯温度与瓦面实际温度有一定的差值，而且瓦面和瓦坯的温差并不存在线性关系，随运行工况和环境温度变化而变化，导致瓦面温度的异常升高不能立即反映在瓦坯上。本站在更换弹性金属塑料瓦初期，3#机组冷却水意外中断，未及时发现，导致机组上导瓦在运行中温度接近60℃的报警温度，立即停机处理。由于聚四氟乙烯瓦面导热率差，导致的温度标识滞后性，在紧急停机30 min后，该机组的温度巡检仪显示的温度才逐渐上升到115℃，最后打开上油缸盖发现烧瓦。所以，针对弹性金属塑料瓦的这个特性，不能按传统巴氏合金瓦模式，简单的标定60℃为报警温度，65℃为停机温度。在实际运行中，本站提出了瓦温动态整定监测模式，值班人员依据环境温度测定出正常运行时瓦温，然后增加4～6℃作为报警温度，再增加10～12℃作为停机温度，在后续的运行中有效避免烧瓦事故的发生。

2.3　聚四氟乙烯瓦面热膨胀系数大

弹性金属塑料瓦的瓦面聚四氟乙烯，这种材料的热膨胀系数是钢材的10倍，根据水利部颁发的泵站安装技术规范规定电机导轴瓦上导瓦间隙0.06～0.08 mm，这个间隙是在巴氏合金瓦基础上进行标定的，由于上导瓦是主要受力瓦，产生的较大热量极易引起瓦面膨胀，使上导瓦间隙变小，增加上导瓦与推力头轴颈面的摩擦力，不仅加速上导瓦磨损，而且出现温升过高现象。本站在更换弹性金属塑料瓦的机组中，多数出现上导瓦磨损严重、温升过高问题，针对弹性金属塑料瓦热膨胀系数大的特性，在安装上导瓦时增加0.02 mm的间隙，在后期运行中，发现效果良好。

2.4　对镜板面和推力头轴颈面粗糙度要求高

镜板和推力头都是电机轴承的转动部件，推力瓦和上导瓦都是电机轴承的固定部件。推力瓦固定在上机架油缸底部，这样镜板覆压在推力瓦上面，推力瓦承受整个转子的轴向压力，上导瓦固定在上机架上瓦架，直接与推力头轴颈面接触，承受整个转子的径向力，限制转子的水平位移。镜板面和推力头轴颈面都与弹性金属塑料瓦直接接触，这对镜板和推力头轴颈面的粗糙度要求较高，传统的巴氏合金瓦要求镜板粗糙度小于0.8 μm，而弹性金属塑料瓦要求镜板粗糙度小于0.64 μm，否则加速瓦面聚四氟乙烯的磨损，降低瓦的使用寿命。这对镜板和推力头抛光工艺提出了新的要求，本站改进传统的人工研磨抛光工艺流程，制作专用的机械研磨台架，电机采用30～40 r/min的针式减速机，研磨时只需人工添加抛光膏和透平油的混合液即可，这样研磨16 h左右，通过便携式粗糙度仪测量其表面，是否达到要求。

正常情况下，瓦面聚四氟乙烯每5年磨损0.10 mm，不同厂家制作的聚四氟乙烯瓦面厚度不同，其使用寿命也不同，只要瓦面裸露出青铜合金弹性垫，表明该瓦已不能使用，所以聚四氟乙烯厚度也是购买弹性金属塑料瓦的重要指标之一。

2.5　对润滑油黏度要求高

弹性金属塑料瓦对电机润滑油的黏度要求很高，若润滑油的黏度达不到要求，极易加速聚四氟乙烯瓦面的磨损。泵站常用的电机润滑油通常是透平油，透平油的黏度是衡量油质的重要指标，黏度大的透平油能够承受大的压力负荷，不易从摩擦面挤出，而保持一定厚度的油膜，较好保持液体摩擦状态，而黏度小的透平油不易保持良好的油膜，使摩擦面有损坏的危险。但是，黏度过大的透平油产生的阻力较大，增加摩擦损失和引起振动，散热能力也较差，所以在保持液体摩擦条件下，选择合适粘度的透平油至关重要，本站在使用巴氏合金瓦时采用L-TSA32透平油，在更换弹性金属塑料瓦后，对润滑油黏度没有引起重视，依旧沿用该标号透平油，4#机组在运行1.2万h后，打开电机上油缸盖，有大量聚四氟乙烯粉末漂浮在油缸中，对导瓦逐一排查，发现推力瓦磨损严重。经分析认为，这与推力瓦压力负荷大，推力瓦与镜板之间的油膜被挤出有关，遂决定将透平油型号更换为黏度更大的L-TSA45，此后运行期间，一直注意观察该机组透平油变化，最终透平油因为酸值超标而更换，不再出现粉末状杂质。

总之，本文提出了瓦温动态整定监测模式、加大上导瓦间隙、改进了传统镜板和推力头抛光工艺、提高润滑油标号等解决方案。通过对弹性金属塑料瓦在实际应用中存在问题的不断改进，可以更好的发挥这种新型材料的优势，同时促进泵站安装技术规范和行业标准不断完善和提高。