弹性金属塑料瓦在水泵机组上的应用.docx

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弹性金属塑料瓦在水泵机组上的应用

性金属塑料瓦在水泵机组上的应用

樊口电排站管理处李端明汪克焱

主题词：

弹性金属塑料瓦性能、优点及应用效果

内容题要：

文中简述了弹性金属塑料瓦的结构、性能及优点，以及在湖北省樊口泵站、公安县闸口泵站的应用效果。

一、 概述

我国单机容量800KW以上的大中型水泵机组很多，其电机基本上都采用巴氏合金推力瓦，承载水泵电机转动部份的重量和抽水时的轴向水推力，维持转动部份的轴向位置，并将轴向压力传到基础上去。

运行中，推力瓦温度较高，烧瓦事故时有发生，严重影响机组安全运行。

巴氏合金推力瓦的安装维修，每次需刮瓦和研瓦，既增加工作量，又大大缩短了轴瓦的使用寿命；机组启动时，每次需用顶转子装置（大型机组使用高压油减载装置）将电机转子顶起，使润滑油进入推力瓦与镜板之间形成油膜，以减小起动力矩，其开机程序烦琐；停机时的制动转速为30%额定转速，制动力矩较大。

而且，我们排涝泵站，大多建于七十年代和八十年代初，随着工农业的快速发展，对排涝的时间性要求越来越高，因此，大多数排涝泵站为满足排涝的时间要求，需进行增容改造，但巴氏合金推力瓦，承载能力较低，运行温度较高，制约着水泵机组的增容改造。

80年代，原苏联将一些细铜丝与聚四氟乙烯压制烧结成薄板，再钎焊焊在金属瓦体上，称为弹性金属塑料瓦，用于水轮机推力轴承，效果很好，可取消开机顶转子程序，不必刮瓦和研瓦，承载能力大，运行温度较低，摩擦系数小，使用寿命长等等。

该技术90年代中我国也在水轮机上推广应用，90年代末开始在水泵机组上应用，因弹性金属塑料瓦与巴氏合金轴瓦相比，具有摩擦系数小，承载能力大，耐热和绝缘性能好等优点，使水泵机组的安全运行稳定性大大提高，并且为水泵机组增容改造提供了有利条件。

二、 弹性金属塑料瓦的结构及性能

1、结构

弹性金属塑料瓦是由塑料摩擦面、金属过渡层和钢背瓦基组成，是以填充聚四氟乙烯为摩擦表面层（2.5~3.5mm厚），以金属为中间层并通过特殊焊接方式同钢背瓦基结合为一体的复合材料轴瓦。

弹性聚四氟乙烯表面层，在干摩擦和边界润滑下都具有良好的摩擦磨损性能；金属丝垫层，它不仅具有弹性，还起中间连接作用；钎焊层；钢背瓦基

2、性能

弹性金属塑料瓦的性能参数见表1—3。

表1：

弹性金属塑料瓦应力与变形的关系

应力（Mpa）

2

4

6

8

10

12

变形（mm）

0.018

0.036

0.054

0.075

0.09

0.11

表1：

弹性金属塑料瓦应力与变形的关系

导热系数（Kcal/m.s℃）

0.204

线胀系数（10-5/℃）

10—12

表3：

弹性金属塑料瓦的摩擦磨擦性能

润滑状态

摩擦系数

磨痕宽度（mm）

干摩擦

0.07—0.12

≤15

边界润滑

0.03—0.05

≤5

油膜润滑

0.003—0.005

------

①优良的摩擦性能

正常情况下，弹性金属塑料瓦是在液体的条件下工作的，工作时形成的液体动压润滑油膜将瓦面与镜板（或轴颈）完全分开，使轴瓦处于良好的工作状态。

但是，当机组在起动、停止或其它意外情况下，液体润滑油膜不能形成或受到破坏时，轴瓦将处于边界摩擦状态（或干摩擦状态），这时传统的巴氏合金材料轴瓦将出现磨损、粘着，甚至发生烧瓦现象；而弹性金属塑料瓦在上述情况下，不但可使机组处于正常的运行状态，而且还有着相当长的使用寿命。

这是因为弹性金属塑料瓦的表面摩擦层是改性聚四氟乙烯，对金属的附着力特别强，在无润滑或边界润滑状态下摩擦时，聚四氟乙烯立即向被磨损的金属表面转移，形成牢的转移膜，使摩擦变成了聚四氟乙烯之间的摩擦，从而使摩擦磨损条件得到改善。

②导热系数小

在荷载机组上，机械变形和热变形使油膜变薄，甚至破坏，造成烧瓦。

弹性金属塑料瓦的表面摩擦层是聚四氟乙烯，导热系数很小，减轻了局部过热对瓦基的变形影响，因此可减小轴瓦烧坏的可能性。

③良好的绝缘性能

由于轴电流的存在，在轴颈（或镜板）与轴瓦之间便产生了小电弧的侵蚀，巴氏合金轴瓦的合金逐渐粘吸到轴颈（或镜板）上去，破坏了轴颈（或镜板）的良好工作面，引起轴瓦过热，甚至烧瓦。

此外，由于轴电流的长期电解作用也会使润滑油变质、发黑，降低润滑油的性能，造成油温升高。

而弹性金属塑料瓦的表面层是聚四氟乙烯，具有良好的绝缘性能，可避免在轴瓦与轴颈（或镜板）之间产生轴电流。

④独特的“自调”性能

从表1可以看出，弹性金属塑料瓦是一个弹性体，因此它具有重要特性——自调性。

这一独特性能，可确保轴瓦受力均匀，使其运行更加可靠。

三、 弹性金属塑料瓦的应用及效果

1、在樊口泵站——6000KW机组上的应用

樊口泵站机组为40CJ95型水泵配TDL535/60—56型同步电动机单机容量6000KW。

原采用巴氏合金推力瓦，镜板外径Φ1460mm，内径Φ690mm，推力瓦单块面积1330cm2，8块共计10640cm2，水泵机组轴向水推力及转动部份重量共230T。

1#机组运行过程中，推力瓦运行温度较高（曾达到58℃），使机组不能满负载出力，并且曾发生两次烧瓦事故，后经大修分析是因轴电流产生烧瓦，处理后运行，在电机功率为5300KW时，推力瓦运行温度仍为53℃，且有上升趋势，只好将电机功率降为4800KW运行，严重制约机组效率的发挥。

1998年冬1#机组实施技术改造中，将原巴氏合金推力瓦更换为弹性金属塑料瓦，经这几年的运行，推力瓦运行温度最高为42℃，效果很好，不再因推力瓦运行温度高而影响机组效率的发挥，并且取消了高压油减载装置，简化了开机程序，节约运行和维修成本。

2000年将3#机原巴氏合金推力瓦也更换为弹性金属塑料瓦，使用效果极佳。

下面为樊口泵站1#机组推力瓦更换前后、以及与4#机组（未换瓦）的运行参数比较：

①1#机组换瓦前后同功率情况比较：

功率（KW）

推力瓦稳定运行温度

98.6.21

3000

47℃

99.6.15

3000

40℃

②1#机组换瓦前后同扬程工况相比较:

时间

功率（KW）

推力瓦稳定运行温度

扬程

98.6.01

1800

42℃

2.40m

99.6.15

3000

40℃

2.41m

③1#机组换瓦前后最大功率工况相比较:

时间

功率

推力瓦稳定运行温度

98.8.22

先为5300KW

后降为4800KW

53℃，降功率后为48℃

99.7.06

4600KW

42℃

④1#机组与4#机组（未换瓦）同功率相比较：

机组号

时间

功率

推力瓦稳定运行温度

1#

98.7.06

4600KW

42℃

4#

99.7.02

4600KW

45℃

2、在公安县闸口泵站——3000KW机组上的应用

公安县闸口泵站二站机组为ZL30—7型水泵配TL3000—40/3250型同步电动机，单机容量3000KW，装机四台。

原采用巴氏合金推力瓦，单块面积562.5cm2，8块共计4500cm2，水泵机组轴向水推力及转动部份重量共约120T。

因该站3000KW电机机型采用3250型，与1600KW电机机型相同，相应推力瓦单位面积压强较大（为2.7Mpa），上导油盆容积较小，因而散热条件差，使巴氏合金推力瓦运行温度及油盆温度都较高，因此，该站自90年代初建成投入运行以来推力瓦运行温度高，一直制约是机组出力的主要因素，特别是2000年春，该站对1#机组大修后试运行，开机后，推力瓦温度很快上升到58℃，停机拆开上导油盆检查，发现巴氏合金推力瓦瓦面基本磨平，之后又对推力瓦进行处理，仍解决不了推力瓦温度高的问题。

2000年7月份该站将1#机组原巴氏合金推力瓦更换为弹性金属塑料瓦，在盘车中就显示出优点，原巴氏合金推力瓦盘车，每次需8—10人推动，而弹性金属塑料瓦只需2—3人就可推动，大大减轻了工人的劳动强度。

经试车运行，开机后2小时推力瓦温度升到43.5℃就稳定，不再上升。

通过2000年排涝运行400多小时，推力瓦运行温度最高43.1℃。

2000年冬又对其它3台机组的推力瓦进行了更换，运行情况很好，彻底解决了建站以来，推力瓦运行温度高制约机组效率以挥的问题。

下面是公安县闸口泵站二站1#机组换瓦前后运行参数比较：

①   1#机组换瓦前后最大功率工况相比较:

时间

扬程

功率（KW）

推力瓦运行温度

油盆油温

99.7.20

8.72

2580

51.4℃

34.1℃

2000.10.1

6.22

2700

37.7℃

29.5℃

②1#机组换瓦前后同功率、扬程工况相比较:

时间

扬程

功率（KW）

推力瓦运行温度

99.6.28

5.09

2000

47.2℃

2000.8.21

5.05

2000

43.1℃

③1#机组换瓦前后推力瓦运行最高温度相比较:

时间

扬程

功率（KW）

推力瓦运行温度

油盆油温

99.7.25

7.82

2200

54.5℃

37.4℃

2000.8.21

5.05

2000

43.1℃

35.1℃

四、 弹性金属塑料瓦的优点

1、         弹性金属塑料瓦与巴氏合金瓦的性能比较：

表四为弹性金属塑料瓦的优点与巴氏合金瓦的性能参数及使用条件比较。

表四：

参数指标轴瓦

项目

弹性金属塑料轴瓦

巴氏合金轴瓦

许用压强（Mpa）

11

7

许用运行温度（℃）

＜75

＜65

瓦面允许温度（℃）

110

70

相对线速度（m/s）

40

---

冷却器允许断水时间

（min）

45

＜15

停机过程制动转速

（%nh）

10

30

安装检修刮瓦

不需要

需要

盘车润滑

涂透平油

涂猪油（）

开机前顶转子

不需要（停机一月以内）

需要

高压油减载装置

不需要

大型机组需要

起动与停机间隔时间

（h）

0.1

3—6

镜板

平面度

（mm）

刚性支承

≤0.04

≤0.02

液压支承

≤0.06

≤0.03

瓦间荷载允差（%）

≤20

≤10

2、         弹性金属塑料瓦的优点：

①弹性金属塑料瓦摩擦系数小，耐磨性好。

②降低机组停机过程的制动转速（可由额定转速的30%降到10%），减小了制动力矩及制动块的磨损。

③取消刮瓦和研瓦工序，减少了安装检修工作量和缩短工期。

④中小型机组停机一月以内，开机时可不顶转子：

大型机组，取消了高压油减载装置，简化了开机程序和减少了设备。

⑤盘车轻便，减轻了工人的劳动强度。

弹性金属塑料瓦只需加透平油即可盘车，且允许连续盘车10圈，人工盘车人员减少二分之一以上。

⑥特殊情况下可延长冷却水中断时间。

巴氏合金瓦冷却水中断不允许超过15分钟，弹性金属塑料瓦冷却水中断时间可延长到45分钟。

⑦意外情况下，油盆中混入水，短时间内不会使弹性金属塑料瓦发生故障。

⑧弹性金属塑料瓦如一块瓦发生磨损时，不会影响其它瓦面，而巴氏合金瓦只要一块磨损就会使全套瓦损坏。

⑨弹性金属塑料瓦承载能力大和较低的运行温度等优点，为水泵机组增容创造了有利条件。

总之，弹性金属塑料瓦承载能力大，摩擦系数小，运行温度低，降低运行及安装检修成本等优良性能及优点，使泵站机组运行的安全稳定性得到进一步提高，具有广阔的应用前景。