林誌海
（大唐發（fā）電股（gǔ）份（fèn）有限公司張家口（kǒu）發電廠，河北張家口 075000）
摘 要（yào）：本文主要針對大型水泵推力軸承中的重要部件的磨損、變形（xíng）以及由此而引發的潤滑、調整問題，運（yùn）用（yòng）理論分析和探討的方法，結合多年來對實際設備所出現問題（tí）的探討及經驗（yàn）積累，進行綜合分析。並提出一些綜合治理的方法和新的工序工藝，解決大型立（lì）式水泵普遍存在的推力瓦軸承（chéng）磨損問題，以便提高設備健康水平，保證設備的運行穩定性和可靠性。
關鍵詞（cí）：立式水泵（bèng）；推力瓦；溫度高；分析
1 概述
大型立式水泵的推力軸承，是應用液體潤滑承載原理的機械結（jié）構部（bù）件，主（zhǔ）要由推力瓦、鏡板（bǎn）、推（tuī）力頭、冷卻器等部件組成。推力瓦是推力軸承中的重（chóng）要部件，它是整個機組轉動部分和固定部分的摩擦麵，並且承受整個機組轉動部分的重量和軸向水推力。軸承運轉時，要求各軸瓦均勻（yún）地承受推（tuī）力負荷，如果各軸瓦受力（lì）不均，將產生（shēng）較大溫差（chà），造（zào）成個別軸（zhóu）瓦溫度增高，瓦麵變形磨損增大，影響機組（zǔ）安全運行。在額定工況下，推力瓦溫度（dù）不得超過70℃，但如能（néng）使各推力瓦受力均勻，則可提高推力軸承的承載能力，減緩推（tuī）力（lì）瓦磨損及熱變形，同（tóng）時也防止鏡板的磨損，提（tí）高設備（bèi）運行的穩定性（xìng），所以，除設計（jì）和製造上必須保證（zhèng）其必要的條件外，安裝、檢修（xiū）、維護調試對機（jī）組綜合性能起著重要的作用。
推（tuī）力軸承要保證在油潤（rùn）滑條件下運行，必須（xū）使出油邊的Z小油膜厚度，符合（hé）設（shè）計（jì）值（如：大型機組推力軸承油膜厚度一般在0.03-0.07mm之間）。這（zhè）就要求鏡板有較（jiào）高的精度和較低的粗糙度，如果鏡板的粗糙度（dù）高，則軸承摩擦損耗增大。鏡麵如有傷痕或鏽蝕等缺陷，則可能破壞油膜，甚至造成燒瓦事（shì）故（gù）。所以，鏡板研磨、推力瓦刮削以及對鏡板、推力瓦的檢（jiǎn）修調整工作就顯得十分重要。另外（wài），要求鏡板保證其波浪度，其平行度根據不（bú）同的機（jī）組一般為0.02mm/m，推力（lì）瓦之間相互高差一般控（kòng）製在0.02mm之（zhī）內，即要求（qiú）推（tuī）力瓦（wǎ）的平麵度與鏡板的平麵（miàn）度相近才（cái）行。如果，鏡板與（yǔ）推（tuī）力瓦的平麵度不好（hǎo），其偏差超過了Z小油膜厚（hòu）度，會破壞推力瓦與鏡扳之間所建立的油膜。推力軸承就會在半幹摩擦或（huò）幹摩擦狀態下運行，造成燒瓦事故或瓦麵（miàn）損壞。此外，推力（lì）瓦的受力也與它本身的平行度（dù）直接相關，隻有接觸麵積大，才能使推力（lì）瓦承（chéng）受較大的壓力。如果（guǒ），推力瓦凸凹不平，具有局（jú）部高點，受（shòu）力集中，也會發生燒瓦事（shì）故（gù）或瓦麵嚴重磨損。
研磨鏡板和刮削推力瓦是立式泵（大型立式水泵）必不可少的項目。隻要使推力瓦具（jù）有（yǒu）良好的平麵性，與鏡板有良好的接觸性，保證水泵機組啟動時，在推力瓦瓦麵與鏡板之間迅速建（jiàn）立起（qǐ）油膜，並在（zài）機組運（yùn）轉時始終保（bǎo）持有一定（dìng）的油膜厚度而不被破壞，才能保證推力軸承良好的穩定性和運行（háng）的安全可靠。
綜上所述，推力（lì）軸承的磨損多發生在推力瓦與鏡（jìng）板兩個（gè）方麵，解決的關鍵問題點就集中在磨損（sǔn）潤滑（huá）方麵。
2 推力瓦磨損分（fèn）析
2.1推（tuī）力（lì）軸承按其支柱形式不同主（zhǔ）要分為剛性支柱式、液壓支柱式、平衡塊式三種，因立式水泵（bèng）軸向負荷相對（duì）水輪機等大型設備較小，所以，立式水泵普遍所采用的是剛性支（zhī）柱式，它的缺點主要集中（zhōng）為（wéi）檢（jiǎn）修（xiū）後或安裝（zhuāng）調水平難、受力不易調（diào）整，調整工作量大（dà），運行時各瓦塊的負荷不均（這種現（xiàn）象主要是安裝、加工、調整引起的）。推力瓦是推力軸承中的主要部件，呈扇型（xíng）分塊式。一般在軸瓦的鋼坯上澆注一（yī）層厚約（yuē）5mm的（de）錫基軸承合金（jīn），由（yóu）於軸瓦受力不十分均勻，盡管軸瓦（wǎ）的底部有托瓦（均勻（yún）受力，減少變型），但水泵經（jīng）過長期運行，還是不可避免地出現磨損變形。經過長期檢修觀察，總結分如下（xià）原因。
2.2保證機組啟動時在推力瓦（wǎ）麵與鏡板之（zhī）間應迅速建立起油（yóu）膜，並在機組運行時，始終保（bǎo）證有一定的（de）油膜厚度而不被破壞，才能保證機組安全可靠（kào）的運（yùn）行。事實上當鏡板與瓦（wǎ）麵相對（duì）旋（xuán）轉時，將潤滑油帶進鏡板（bǎn）與推力瓦的接觸麵間，形成一層油膜，使鏡（jìng）板與瓦麵之間形（xíng）成液體摩擦。進油側比出油側油膜厚，即形成楔形油膜。也就（jiù）是說，泵（bèng）組在正常運行（háng）時，通（tōng）過鏡板傳遞的軸（zhóu）向力（包括轉子重量、軸、鏡板重量等），是通過鏡板與推力瓦之間的高壓油膜而（ér）傳遞給推力瓦承受的。即泵組正常運行時，由於油（yóu）膜的作（zuò）用，使靜止與轉動部分兩平麵之間通過油膜而分開（kāi），鏡板是懸浮在推力瓦上，而並非處於半幹摩擦或幹摩擦狀態，如果處於半幹摩擦（cā）或幹摩擦狀態（tài），則會發生嚴重的瓦（wǎ）麵磨損或燒瓦事故。
2.3鏡板是推力軸（zhóu）承（chéng）的關鍵部件之一。當軸承運行時，油（yóu）膜厚度隻有0.03-0.07mm。因此，要求鏡板有較高的（de）精度和較低的粗糙度。、鏡板的粗糙度高，軸承（chéng）的磨損增加；鏡板表麵有傷痕、硬點、毛刺等（děng）缺陷，輕則致使鏡麵出現磨痕，而影響推力瓦，重則破壞油膜出現事故，這是鏡板表麵出現劃痕的原因之一。第二、鏡板采用45號鍛鋼製成（chéng），兩平麵的（de）硬度值一般為180-220HB，鏡麵硬度差值小於30HB。但個別鏡板，因剛度偏小，在長期運行後產生微小變（biàn）形，且鏡板在製造加工過（guò）程中不可（kě）避免地產（chǎn）生波浪度。如（rú）若潤滑油（yóu）過濾不夠，或油槽中有雜質，則其中的雜質（zhì）顆粒在運行中沿油流方向，懸浮運動並恰好懸浮至鏡板波浪度的波峰處時，不可避免（miǎn）地在鏡（jìng）板與推力瓦瓦麵上產生劃痕。因推力瓦瓦麵采（cǎi）用鋼瓦坯麵加工鳩尾槽澆鑄巴氏合金，故其硬度低，易引起劃痕。這也是產生磨痕、劃痕（hén）的原因之（zhī）一。第三、因軸瓦（wǎ）與巴氏合金不脫開，由於鋼和巴（bā）氏合（hé）金的熱膨脹係數不同，受熱（rè）後易變得起伏不（bú）平，特別是在鳩尾槽處的合金有明（míng）顯的凸起（qǐ）。另外，由於（yú）剛（gāng）性支柱的托瓦剛度太大（dà）。一方（fāng）麵（miàn）可減小機械變形，另一方麵（miàn）由於瓦的變形會在托（tuō）瓦的對應方向（xiàng）的（de）瓦麵上產生磨痕，這（zhè）也是（shì）瓦麵產生磨痕的一個重要因素，同時也嚴重影響著鏡板工作麵，這一點往往被人們所（suǒ）忽視。以上三點，是影（yǐng）響鏡板工作麵的主要因素。
2.4在（zài）每次設備檢修時都要根據磨損情況，進行推力瓦的刮研，而推力瓦刮（guā）削一般要求（qiú）達3-5點/平方厘米，且刀花的深淺分布要符合質量標準要求。如刮削（xuē）時有（yǒu）毛（máo）刺或高點，也會向上述所分析的那樣在波浪度的波峰處產生磨痕或劃痕。
2.5還（hái）有如下（xià）因素（sù）加之如上所述的一（yī）些不利因素並和這些因素相結合也會導致鏡板及推力瓦的磨損或出現劃痕，即：
（1）卡環厚薄不均，影響推力（lì）頭平麵與主軸的垂直度。這一點如不（bú）是首次安（ān）裝（zhuāng）一般不會出現，但在特殊（shū）情況下也會出現。
（2）推（tuī）力頭底麵與主軸的（de）垂直度不好。
（3）推力頭與鏡板之間絕緣墊厚薄不（bú）均，即：加墊不合理（lǐ）或在檢修時未將上次的絕緣墊進行登記複原而加錯墊。所以在檢修（xiū）時一定要嚴格檢修工序工藝，加強責任心。
（4）鏡板精度不夠，平行度較（jiào）差。
（5）電機主軸法（fǎ）蘭與水泵泵軸法蘭麵不平行（háng），主軸與法蘭麵不垂直。
（6）鏡板、推力頭與主軸的垂直度不夠。
2.6推力（lì）瓦瓦麵（miàn）的劃痕、磨痕產生的原因（yīn）在上麵進行了分析，但還有一個重要（yào）的因素（sù），即瓦麵偏心處的圓形磨痕是怎樣產生的呢？
（1）根據監測推力瓦在正常運轉時進油溫度一般為36℃，平均出油溫度（dù）一般為51℃。
（2）剛性支柱式推（tuī）力軸承在正常運（yùn）行（háng）時（shí），支柱螺栓支承部位的溫度較高，促使支承中心處的瓦麵因溫度的升高而變形凸起。瓦麵熱變（biàn）形導致瓦麵單位壓（yā）力增（zēng）大，容（róng）易使瓦麵磨損（sǔn）或燒瓦，瓦（wǎ）麵（miàn）磨損的部位正是（shì）受力集中的部位（高溫（wēn）度場區），即支柱（zhù）托瓦的周圍線附近。支（zhī）柱托（tuō）瓦直徑的大小，就是（shì）瓦麵磨損的圓形（xíng）磨痕，正是瓦麵熱變（biàn）形後，支柱托（tuō）瓦抵抗變形而產生的。
2.7避（bì）免水輪機運行。水泵在停（tíng）止運行以後，如若泵出口的（de）逆止閥關不（bú）嚴或（huò）液壓控製蝶閥（fá）關閉（bì）不（bú）到位，則倒泄水流加大。水（shuǐ）泵開始反轉並逐漸加速，水泵中（zhōng）水壓也不斷升高，倒泄水流很快達到（dào）Z大值，反（fǎn）轉速也因而上升。但隨著葉輪轉（zhuǎn）速的升高，它作用於水的離心力也（yě）越來越大，從而阻止水流倒泄，倒泄流量降低，引起管中正壓水錘，反轉速達到Z大值，倒泄（xiè）流量繼續減小，由於倒泄流量繼續減小（xiǎo），反轉速從而降低。但水泵（bèng）在無（wú）任何負載的情況下空轉（zhuǎn），即（jí）低速運轉時間較長，推力油膜（mó）厚度被破（pò）壞，致使推力瓦與鏡扳處於半幹摩擦狀態，加速軸瓦、鏡扳的磨損和軸瓦的熱變形，而使推力瓦磨損加（jiā）重，從而導致（zhì）鏡（jìng）扳進一步磨損。在正常水泵（bèng）工況下，由於水泵慣性較（jiào）大，水（shuǐ）泵在停（tíng）泵後，低（dī）速正（zhèng）轉時間較長，也是引起推力瓦磨損的原因之一，但主要是應避免在水輪機工況下（xià）空轉（即反轉）。可以認為，危險油膜厚度不完全取決於推力軸承是否處於半幹摩擦狀態，而在於這種狀態所持續（xù）的時間長短（duǎn）。所以，不論是啟動、停機，均要（yào）求水泵機組能迅速地度過半幹摩擦狀態，盡可能地縮短（duǎn）機組在（zài）此狀態（tài）下運轉時間，無疑是很重要的。
3 鏡麵磨損分（fèn）析
上述分析的幾種現象，不但可引起推力瓦的磨損，同時無疑也影響到鏡（jìng）板。由於推力頭與主軸多采用過渡配（pèi）合或過盈配合，主軸（zhóu）的擺（bǎi）度便（biàn）直接（jiē）傳到推力頭（tóu）與鏡（jìng）板（bǎn）上，因鏡（jìng）板較薄，它（tā）在推力瓦作用（yòng）下（xià），產生周期性的波浪（làng）變形。當鏡扳在兩推力瓦之間的位置處，它與推（tuī）力瓦之間有縫隙，這一現象（xiàng）在大型水輪發（fā）電機的推力軸承盤車時可（kě）以看到（dào），而水泵自身重量（liàng）小不易看到，但微觀上（shàng）還是存（cún）在。當這一位置轉到推力瓦上時，縫隙就會被壓合。當出現縫隙時，由於體積突然（rán）擴大，產生真空，油被吸（xī）入而產生汽泡（氣穴）。當汽泡突然收縮，加劇積聚，形成高能撞擊鏡板表麵而潰滅，重又產生汽泡，形成了氣穴過程，引起了氣蝕破壞。使鏡扳結合麵出現了麻點、坑穴，減小了受力麵積，進而擴大了氣蝕區域（yù）。這種惡性循（xún）環，不但破壞了軸線，而且促成了（le）擺度（dù）的增大。同時也影響到鏡板、推力瓦的磨損，造成水泵機組振動增大、推力油溫、瓦溫升高，也加速推力瓦、鏡扳的磨損。
另外，如果潤滑油過（guò）濾不夠，則油中的雜質、推力瓦（wǎ）刮削的凸點等等，如若正好與鏡板波（bō）浪度的高點（diǎn）相遇，再結合以上因素。無疑將（jiāng）加（jiā）快軸瓦、鏡板的磨損和油溫的升高。因（yīn）此，給推力頭與鏡板處加墊，保證推力頭、鏡板與（yǔ）主（zhǔ）軸的垂直度，保證推力瓦水平高差在技術要求的範圍內（即（jí）每塊瓦之間的偏差小於0.02mm），是十分重要的。
4 潤滑（huá）用油對（duì）推力瓦的影響
大型水泵的（de）推力軸承廣泛應用液體潤滑原理進行潤滑。即（jí）在適當條件（jiàn）下，摩擦副的（de）兩摩擦表（biǎo）麵可以由一層（céng）具有一定厚度（dù）的粘性流體完全分開，由液（yè）體的壓力平衡外（wài）載荷，液體層中的分子大部分不受金屬表麵離子電力（lì）場（chǎng）的作（zuò）用而可自由移動（dòng），這種狀態才是液體潤滑。由於（yú）兩摩擦麵不是直接接觸（chù），當兩表麵相對滑動時，隻在液體分子間發生摩擦，因而（ér）液體潤滑的摩擦性質完全取決於流體的粘（zhān）性而與兩個摩擦表麵的材料（liào）無關。但這種潤滑（huá）有摩阻低、摩擦係數（shù）低（通常為0.001-0.008）的特點，可以改善摩擦副的動態性能，有效地降低磨損。所以，在（zài）滑動軸承摩擦副中，隻要在摩擦表麵間形（xíng）成液體潤滑，就可以顯著改善部件（鏡扳、推力瓦）性能和（hé）減緩磨損。
液體潤滑油膜的產（chǎn）生可分為流體動壓和流體（tǐ）靜壓潤滑（huá）兩（liǎng）種，水泵推力軸承采用流體動壓潤滑形成油膜，平（píng）衡外載荷的，因而涉及摩擦表麵的幾何（hé）形狀、尺寸、間隙、流體粘度、相對運動、速度和載荷等。所（suǒ）以，、選用潤滑（huá）油（yóu）必須要求適當的粘（zhān）度、良好的吸附和楔入能力、一定的油膜強度和穩定性以及良好的化學（xué）性能。第二（èr）、潤滑油的粘度隨（suí）溫度的升高而降低，因此，所（suǒ）選潤滑油應具有在軸承工作溫度下能形成油膜。第三、依據以上原（yuán）則結合水泵的參（cān）數（shù）（主軸軸頸線速度（dù）、工作溫度、載荷的大小等）選用一定牌號的潤滑油。第四、降低推力軸承油溫，提（tí）高推力冷卻（què）器的性能，並（bìng）防止冷卻器滲漏水現象（即防止氣穴形成，促使鏡麵鏽蝕（shí）或出現麻點）。第五、嚴格過濾油質量，防止水分及雜質進入潤滑油。
5 軸（zhóu）電流對推力鏡板的影響
水泵正常運（yùn）行時，在主軸上會產生一定數值的電壓。即由（yóu）於定子鐵芯（xīn）有合縫，定（dìng）子與轉子（zǐ）不圓或（huò）定子與轉子空氣間隙不均，在水泵運行時，磁力線不平衡，不完全平衡的磁力線與轉（zhuǎn）軸相切，就產生了軸電壓（yā），大型電機達5-15v。因軸電流的（de）存在，它在鏡板（軸頸）和軸瓦間產生小電弧（hú）的侵蝕，使軸（zhóu）瓦合金逐漸粘吸到鏡板上，破壞軸瓦（wǎ）工作麵，引（yǐn）起推力瓦過熱甚至燒瓦事故的（de）發生。此外，由於（yú）軸電流的電解作（zuò）用，也會使（shǐ）潤滑油（yóu）變黑，降（jiàng）低潤滑性（xìng）能，使軸承溫度升高。
為了保證機組運行，防止軸電流對鏡板和軸瓦的侵（qīn）蝕，必須采取措施，切斷軸電流回路。即在推力頭與（yǔ）鏡扳（bān）之間加絕緣墊。並起到絕緣（yuán）和調整軸線的雙重（chóng）作用。
6 結論
為保證大型水（shuǐ）泵的運行穩定性，應（yīng）對推（tuī）力軸承係統（tǒng），進行科學調整和綜合治理。通過以上諸項分析，對所發現的問題，提出以下相應對策和（hé）解決的辦（bàn）法，以促進設備的不斷完善。
6.1推力瓦方麵
（1）改善（shàn）推力（lì）油冷卻器的水（shuǐ）循環，降（jiàng）低推（tuī）力軸承油溫，以減小推力瓦的熱變形，因軸瓦受力不均，運行中軸瓦溫差一般達5-8℃，所（suǒ）以還要進行推力軸承受力調整。
（2）根據推力軸承有關參數要求及潤滑油選（xuǎn）用原則，選用適合的潤滑油牌號。嚴格檢修工藝質量，保證過濾油質量，避免油中雜質進入。
（3）在軸瓦刮削時，注意在（zài）軸瓦中（zhōng）部約軸瓦瓦（wǎ）麵積1/2的扇形刮低0.02∽0.03mm，刮削後瓦麵達3-5點/平方厘米。中（zhōng）部刮低（dī），以減（jiǎn）小由於支柱托瓦抵抗熱變形而產生的單位壓力（lì）增大（dà）和瓦麵損壞。
（4）提（tí）高傳動主軸與鏡板的垂直度，保證鏡板、上機架水平在0.02mm/m之內，也就是通過刮削推力（lì）頭與鏡板之間絕緣墊來實（shí）現。調整軸線時，首（shǒu）先要（yào）調整好推力瓦水平高差、鏡（jìng）板等水平，然後調整機組總軸線並保證各處擺度（dù）符合（hé）質（zhì）量要求。檢修後測定機組油溫、瓦溫、振動值及推力油（yóu）膜厚度來評判（pàn）機（jī）組。
（5）避免（miǎn）水泵在水（shuǐ）輪機工況下運行，要保證泵出口逆止閥、液控蝶閥工作可靠。
6.2鏡板（bǎn）方麵（miàn）
（1）依測定結果，進（jìn）行絕緣墊的刮削調整，保證鏡板與主軸的垂直度。測定推力頭與鏡板、推力（lì）瓦與鏡板的（de）絕緣（其相互（hù）絕緣電阻大於1mΩ，充油後大於0.3mΩ），防止軸電流侵蝕鏡（jìng）板，引起油溫升高瓦麵變形或燒瓦事故，或鏡板損壞現象。以及由此（cǐ）而出現的潤滑油變黑劣化現象等。
（2）檢修中發現鏡板有鏽蝕（shí）、劃痕（hén）、磨痕等應（yīng）進行研磨（mó），研磨（mó）後鏡板表（biǎo）麵（miàn）粗（cū）糙度達到0.05μm以（yǐ）下。合理選用研磨材料（liào）用m5-m10粒度的Cr2O3進行研磨，控製研磨轉速，經粗、精、細（xì）磨削達到質量要求。或送製造廠（chǎng）進行（háng）精（jīng）車研磨或珩磨處理。
參考文獻
[1]郭立君.高等（děng）學校教（jiāo）材.泵與風（fēng）機[M].中國電力出版社，1997.5.
[2]侯文綱（gāng）.中等專業學校教材.工程流體（tǐ）力學泵與風（fēng）機[M].水利電力出（chū）版社，1985.5.
[3]郭延秋（qiū）.大型（xíng）火（huǒ）電機組檢修（xiū）實用技術叢書.汽輪（lún）機分冊（cè）[M].中國電力出版社，2003.9.
[4]高澍芃.汽輪機設備檢（jiǎn）修技術問答[M].中國電力出版（bǎn）社，2004.12
來源：《引文版（bǎn）：工程技術》2016年第1月
