大型泵站立式同步电动机推力瓦烧损原因及预防措施

黄良夏

（安徽省驷马山引江工程管理处，安徽 和县238200）

0 引言

推力瓦是大型泵站立式同步电动机的关键部件之一，且大都采用巴氏合金瓦。其在运行过程中，因推力瓦产品缺陷、设备安装质量和管理水平等因素造成推力瓦烧损，而不得不被迫停机，严重影响抗旱与排涝运行。其烧损及发展过程：电机运转时，推力瓦与镜板之间须有0.04～0.10mm厚度的均匀油膜，一旦某块瓦某处油膜厚度遭到破坏，瓦面及与之接触的镜板面得不到润滑，出现干磨擦或半液磨擦，瓦温急骤上升，油膜粘度下降，运行条件恶化。当该处瓦温超过巴氏合金的熔点时，推力瓦烧损便从该处开始，热量经旋转的镜板传递，如此恶性循环，波及到临近的瓦，甚至于全部瓦块。作者从设备制造缺陷、安装质量、运行管理角度分析了巴氏合金推力瓦烧瓦原因，以供同行们参考。

1 设备制造缺陷

1.1 抗重螺栓晃度大

抗重螺栓与推力盘配合应紧密，若松动较大，运行后抗重螺栓将产生径向或轴向晃动，必然会引起推力瓦的升高或下降，破坏了安装时已调整好的各瓦均匀受力度。因此，要求抗重螺栓轴向晃度小于0.01～0.02mm，径向晃度小于 0.02～0.03mm。

1.2 推力瓦支承凹孔直径过大、凹孔平面锥孔缺陷

推力轴承由推力瓦块、磷铜垫片、抗重螺栓、限位螺栓、推力盘组成。受加工工艺限制，推力瓦背面支承凹孔存在直径过大，凹孔底面有直径和深度大小不一的锥孔缺陷。如安徽省驷马山引江工程乌江抽水站6台TDL1600-40/3250电机均为70年代初制造，其推力瓦背面支承凹孔均存在锥孔。在历次机组检修中发现，磷铜垫片都有不同程度的变形，有的甚至呈碗形，中间压痕明显。作者分析认为：支承磷铜垫片在凹孔底与抗重螺栓之间，由于孔底锥孔的存在，受抗重螺栓弧形面顶托，受力承重后出现不同程度的变形，荷载越大变形越大。运行时，由于瓦的游摆，抗重螺栓与垫片之间会发生轻微位移。而当机组振动增大，位移量就越大。由于磷铜垫片与支承凹孔底面存在加工不平行偏差，加之磷铜垫片变形量不一样，接触厚度发生改变，必然会造成推力瓦承载面上升或下降，破坏了推力瓦受力均匀度，受力最大的瓦磨损大甚至可能发生烧损。

1.3 镜板表面不平

引起镜板不平的原因：①自身加工精度不高，平面度超过0.03mm；②受推力头与镜板、绝缘垫组装时螺栓拧紧力大小不一影响；③在调整机组轴线摆动分区刮削处理绝缘垫时，沿周向界线研磨不平顺，即存在所谓的“棱台”造成。镜板不平，会造成推力瓦受力不均，受力大的推力瓦呈周期改变。在调整推力瓦受力时，能明显感到始终有一些瓦松动、不受力，有些瓦受力很大。联合盘车时，净摆度测量值不符合正弦曲线规律，而呈现梅花状跳跃。

1.4 推力瓦变形影响

受抗重螺栓集中力和镜板面荷载作用，推力瓦四周必然产生较大挠度，中部相对凸起。另一方面，因瓦面合金与瓦基钢坯为2种不同材质，热线胀变化量不同，巴氏合金瓦面的热线胀系数是瓦基坯体的2倍。运行时，随着轴瓦温度升高，瓦面膨胀量大于坯体膨胀量，造成推力瓦变形上凸，且瓦面中部为凸起最高处。造成该处油膜厚度减小，该区域就会出现干摩擦或半液摩擦，也最易发生磨损、烧熔。

2 安装质量问题

2.1 调整推力瓦受力方法缺陷

推力瓦调水平，通常是先调平3块基准瓦，再升起其余5块瓦的方法。调整时通常由经验丰富的老师傅采用人工锤击方式松紧抗重螺栓，从而升降瓦面。调整推力瓦受力靠手感，无法保证8块瓦均匀受力，往往使轴瓦间温差可达到5～8℃。

2.2 一字形限位螺栓工作位置不正确

推力瓦属摆动瓦，瓦的游摆有利于进油油楔的形成。安装时，相邻瓦卡槽间的限位螺栓偏高或偏低，高度不适中，推力瓦在运行中的自由摆动受限，进油油楔受到破坏，油膜厚度难以形成，从而导致推力瓦磨损、烧损。

2.3 推力瓦瓦面加工精度低

推力瓦的加工精度高低，直接影响瓦面润滑条件。受加工工艺限制，合金瓦在铸造中瓦面难免会有夹渣、气孔等质量缺陷。对存在夹渣、大的气孔的瓦块，可送专业厂家进行剔除、修补处理，小气孔可将周围刮削成斜坡。巴氏合金推力瓦的研刮一般按研磨、刮削两道工序进行，要求与镜板面按机组旋转方向人工研磨，然后对研磨显现的高点、大点进行粗刮、精刮，反复数次，直至每瓦面每1cm2至少要有不少于2个接触点。最后对中间部位进行刮低，以降低瓦面中部受力上凸变形影响。

2.4 镜板翘起

镜板翘起，与推力瓦承载面不平行，导致瓦面油膜厚薄不均。油膜最薄处，容易出现干摩擦，导致磨损、烧瓦。引起镜板翘起，最主要原因是机组导轴承间隙偏大，机组转动部分摆度超标，轴线倾斜。而出现导轴承间隙大的情况：①安装时质量控制不到位；②受转动部件偏离转动中心的质量惯性离心力、定转子磁场偏心引起的不平衡磁拉力、作用于叶轮的横向水力不平衡力、水泵汽蚀振动等因素影响，导轴承出现磨损，特别是水导轴承磨损最为严重，而间隙增大又加剧了机组摆动。如此发展，不仅导轴瓦、泵轴磨损，进而使推力瓦受损。

2.5 电机转子磁极高差偏大

大型同步电动机转子磁极一般在生产厂家已挂装好，新电机安装前、老机组检修时都要复核磁极高度偏差。如果偏差过大，转子的磁场中心就像一条不规则的波浪线，电动机运转时，定子的交流旋转磁场牵引着转子励磁磁场作波浪形瞬间变化，磁场力脉动变化。既可能影响机组运行摆度，又可能给推力瓦增加一个附加荷载。情况严重时，造成推力瓦烧损。江苏泗洪二站就曾发生过1台机组在试运行时因转子磁极高差超过10mm，导致多次烧瓦的事故，后经检查处理，把转子磁极高差调整到3mm，消除了事故。因此《SL317-2015泵站设备安装及验收规范》第3.3.3条规定“转子磁极高度允许偏差为±1.5mm，转子磁极中心挂装高程允许偏差为±1.0mm”。

3 运行管理

3.1 运行工况恶化

随着生态环境、大气环境的变化，泵站运行工况发生了改变。如安徽省驷马山引江工程乌江抽水泵站，近年来进水池平均最低水位降至2.55m（水泵最低运行水位2.8m），机组汽蚀振动强烈，为防止发生烧瓦等事故而有时不得不停机。进水池拦污栅堵塞未及时清除，过栅水头差大，水流夹带着大量空气，进水流道严重淤积，进水流态紊乱等工况也都会导致机组汽蚀振动的发生。另外，机组在极端高扬程下运行，会增大轴向水推力，增加推力瓦的工作荷载。而推力轴承荷载系数ε＞0.9，满负荷运行的机组是最容易发生烧瓦的。

3.2 润滑油变质

润滑油的变质原因：①因长期运行自然劣化；②冷却水铜管接头可能发生渗漏；③轴电流的长期电解作用，降低油质润滑性能。电机正常运行时，主轴不可避免地处于不对称的脉冲磁场中运转，在主轴上会产生一定数量的电压。若推力头与镜板、导轴瓦架与机架之间绝缘电阻较低或润滑油含水分较大，轴电流通过主轴、轴承、机座就形成了通路，轴电流的存在，不仅会影响油质润滑性能，还会侵蚀镜板和推力瓦表面。所以在电机检修中，必须检测绝缘垫、导轴瓦与瓦背绝缘电阻值。

3.3 其他因素

泵站同步电动机轴承主要冷却介质是压力冷却水。轴承磨擦热量经润滑油，由油槽内冷却器中泵送压力冷却水带走。冷却器内结垢、局部堵塞、进出水压不足都会使冷却水流量变小，热量交换减少；另外电机在起动前必须先顶起机组转子3～5mm，目的是给镜板与推力瓦之间充油，未顶车、顶车高度不够或顶车时间过短，推力瓦与镜板间未形成油膜，起动时易发生烧瓦。

4 预防处理措施

发生推力瓦烧损可能是某一因素单独作用，也可能是多种复杂因素相互关联的结果。应结合机组各项运行参数、故障现象从最简单的原因入手分析判断。为有效地预防烧瓦事故，可采取以下预防和处理措施。

4.1 提高机组制造、安装质量

保证定子磁场中心应高于转子磁场中心-0.15%～+0.5%L，以减小轴承荷载；保证镜板与推力头组装后的平面度符合要求，应防止多次刮削绝缘垫处理，周向分区界线“棱台”造成镜板周向呈波浪形；调整推力瓦受力，可采用两只相互垂直的百分表进行调整，使8块推力瓦受力均匀，瓦温差可降到3～5℃；调整机组轴线摆度，保证符合《SL317-2015泵站设备安装及验收规范》第3.3.11条规定要求；在保证水导轴承润滑液膜前提下，减小导轴承间隙和轴线偏斜，从而减小因镜板翘起造成的推力瓦受力不均；保证推力瓦刚度，提高推力瓦的研刮质量，可有效的防止推力瓦的烧损。

4.2 抗重螺栓松动、推力瓦支承锥孔缺陷处理

对晃度过大的抗重螺栓要及时更换，对偏差相对较小的，应将抗重螺栓电镀处理，使螺孔配合紧密，降低晃动量；推力瓦支承锥孔进行补焊后铣平，重新研刮瓦面。江苏江都四站5号、7号机在1992年、1993年推力瓦烧损中就应用上述方法进行了处理，取得较好的效果。

4.3 改善机组运行特性

机组在制造安装阶段，保证电机定转子磁场中心高度、转子磁极高差符合规范要求，以减小轴承荷载及不平衡磁拉力。在投入运行阶段，要避免机组在高扬程下运行，以免推力轴承过载。及时对栅前杂物清理，对进水流道清淤，改善进水流态；避免在低淹没深度下运行，同时加大科研技改研究，对水泵进行改型，以适应运行工况变化要求。

4.4 严格执行运行管理规程，杜绝人为因素造成的烧瓦事故

正常运行期间，要加强巡视观察，如某块瓦瓦温骤然上升，达到报警限值，要立即停机检查，查明原因并做好记录。对经常发生烧瓦事故的机组，在未查明原因前，可适当降低报警限值；设备日常维护保养中，应定期对润滑油进行检验，变质的润滑油必须更换，含水分的润滑油应过滤。如安徽省《DB34/T 2873-2017大型泵站设备维护保养规范》第6.2.2.14条规定“润滑油2～3年化验一次”。

4.5 推广新材料、新工艺的应用

弹性金属塑料瓦与传统的巴氏合金瓦相比，具有承载能力强、耐高温、变形小、摩擦系数小、维修简单等优点，目前已在大中型泵站中得到推广使用。

5 结束语

造成推力瓦烧损的原因很多，其结果是造成推力瓦面与镜板之间的油膜破坏，出现干摩擦或半液摩擦。因此要严格要求制造精度、安装质量，不能有半点疏忽。同时要加强泵站机组的日常管理维护，通过科学合理的调度，避免在恶劣工况下运行。本文通过对推力瓦烧损的一般原因以及通常处理预防方法的介绍，希望对泵站技术管理人员能提供有益的帮助。