大型泵站电机推力瓦烧损原因分析

摘要：本文针对大型泵站电动机推力瓦烧损的各种原因进行了详尽的分析，并分别就其提出了预防措施，为电动机的安全运行提供了保障。

关键词：电动机；推力瓦；措施；冷却；过载

Large pumping station motor thrust pad Reasons for the Burning

Liu Zhao-zheng

(Jiangsu Province, Luo Yun at the water conservancy project management Suqian, Jiangsu 223800)

Abstract:In this paper, a variety of reasons for the large pumping station motor thrust pad burning a detailed analysis and prevention measures, has provided a guarantee for the safe operation of the motor.

Keywords:motor; thrust pad; measures; cooling; overload

低扬程大型轴流泵机组的电机以立式为主，其推力瓦研磨层多为巴氏合金体，推力瓦的巴氏合金体烧损是配套电机的主要大型故障之一，而它的更换只能在电机解体后才能进行，每次更换所需经费不菲，影响抗旱工程效益的正常发挥。笔者结合大型泵站的机组情况，就泵站机组推力瓦的巴氏合金体烧损原因进行了探讨分析，并提出预防烧瓦的一些措施。

1．推力轴承的正常工作条件

①工作荷载在额定荷载范围内；②所有推力瓦及瓦面各区域受力均匀；③油粘度、油质符合要求；④推力瓦与镜板之间保证有0.04～0.10mm厚度的均匀油膜；⑤在冷却器散热量与轴承摩擦发热量达到平衡时，轴瓦温度低于设计值，一般要求不超过50℃,等条件。

2．烧瓦原因

2．1轴承过载

推力轴承荷载系数K为工作荷载G与设计荷载Gd之比。工作荷载由机组传动部分自重（GZ）和作用于叶轮的轴向水推力（GW）及定子对转子的轴向拉力（Fc）组成，轴向水推力GW近似与泵站的扬程成正比。机组安装时，如果定子磁场中心低于转子磁场中心，定子对转子的磁拉力有向下的一个分量，增加了轴承荷载，增加的轴向力（Fc）用下式计算

δ

Fc＝3.92×103πB2αDLcos（tg -1─）

Δ

式中δ为平均气隙值，B为磁密度，α为极弧系数，D为定子铁心内径，L为定铁心长度，Δ为定转子磁场中心高差。Δ=0.5%L时，Fc占设计荷载的0.5%～1.5%。K〉0.9的轴承满负荷机组容易烧瓦。

如果推力轴承过载，轴瓦有效承载面积相对偏小，比压过大，不能形成时所需的足够厚度油膜厚度，摩擦系数和摩擦功率增大。设计工况满负荷的推力轴承，在机组启动时，一方面水泵特别是轴流泵启动扬程为设计扬程1.5～2.5倍，尤其是虹吸式出水的机组及快速闸门开太迟或拍门难以开启的平直管出水的机组，推力轴承荷载中的轴向水推力将是稳态荷载的2倍左右；另一方面，启动时的初始阶段机组转速较慢，推力瓦面油膜难以形成，虽然时间不长，仍易引起烧瓦，这种烧瓦往往在启动数分钟甚至十几分钟才发现，很难与启动联系起来,同时泵站进出水位差太大，或拦污栅阻水严重，也会引起水泵扬程增大，轴承过载而烧损。

2．2推力瓦受力不均

推力轴承要求镜板不平面度小于0.03mm，并具有相应的光洁度，推力瓦研刮，要求与镜板研磨，每1平方厘米至少有2～3个接触点，要求8块瓦在同一水平面内，运行时在推力瓦面与镜板之间形成一层厚度均匀的油膜，保证所有推力瓦受力均匀，推力瓦瓦面各个区域压力分布合理。推力瓦比压最小。运行时的推力瓦温升不应超过5℃，通常为1～3℃。事实上，由于制造、安装及运行等方面原因，常发生少数几块瓦或瓦面局部区域受力过大，导致瓦温偏高，进而发展为烧损。

2．2．1推力瓦安装受力不均匀。电机安装采用锤击法升高或降低抗重螺栓，靠手感调整推力瓦受力，随意性和误差较大，容易造成推力瓦静态受力不均。

2．2．2抗重螺栓支承问题。若抗重螺栓支承部位刚度不等，运行后，由于荷载增大，支承刚度小的推力瓦受力小，刚度大的受力大。此外，支承部位脱焊、抗重螺栓松动也会引起推力瓦受力不均。

2．2．3镜板表面不平。镜板单个部件与推力头组装后，由于螺栓的拧紧拉力不均匀、绝缘垫与推力头、镜板组合面不平等原因，导致镜板表面变形而不平；或连接螺丝过长，将镜板表面顶推凸起。镜板不平，造成推力瓦受力不均，受力大的推力瓦周期改变。波浪形镜板还会引起转动部分振摆。

2．2．4导轴承间隙过大。作用于转动部件的横向力有：转动部件偏离转动中心的质量惯性离心力；因气隙不均，定子对转子的不平衡磁拉力；作用于叶轮的横向水力不平衡力。机组导轴承起着稳定转动部件的作用。电机上导轴承单边间隙为0.06～0.08mm，下导轴承双边间隙约为0.20mm，水泵导轴承双边间隙为0.40～0.50mm，轴承磨损后，间隙变大,间隙一般为下大上小。机组运行时，转动部分横向力足以使轴线在导轴承间隙内偏斜，镜板翘起，与推力瓦所在平面不平行，推力瓦瓦面油膜厚薄不均，油膜最薄处推力瓦荷载增大。

2．2．5推力瓦力变形与热变形影响。安装时，推力瓦研磨刮削成平面。若推力瓦块刚度不够，运行后由于底部抗重螺栓集中力和面部镜板面荷载作用，四周产生挠度，中部相对凸起。另一方面，运行时轴瓦温度升高膨胀，瓦面特别是中部温度高于钢坯，并且瓦面轴承合金热线胀系数是底部钢坯的2倍，瓦面膨胀较大，钢坯膨胀较小，结果造成推力瓦变形上凸。推力瓦热变形随转速增大而增大，瓦面中部凸起，压力进一步增大，该区域最易磨损、烧熔。

2．3冷却能力不够

推力轴承摩擦热量传至油，由冷却器内冷却水带出，运行稳定后，轴瓦温度与冷却器传热面积（Aw）、传热系数（Kn）、冷却水流量（Qw）及冷却水进水温度（Tsj）有关。An、Kn、Qn过小，或Tsj过高都会造成推力瓦温度过高而烧损。冷却器内表面结垢、泥沙淤积会大大降低内表面换热系数，从而降低Kn。泥沙淤积还会减小冷却水过流面积，增大流动阻力，减小Qn。冷却器与推力瓦相对位置不合理，推力瓦处于油对流盲区，相邻推力瓦间距过小，从推力瓦出油边流出的高温油体未与低温油体充分混合换热降温即进入下块推力瓦，对流换热系数小，也会导致瓦温偏高。

3．应对措施

3．1确定烧瓦原因

推力瓦温度过高而烧损的原因是多方面的，关系错综复杂。对具体的某一次烧瓦，可能是某一原因引起的，也可能是某几个原因综合作用的结果。一般应从显而易见的原因开始分析，逐个排队，确定真正原因。检查顺序为：①冷却水管路阀门是否完全开启，冷却水供水是否正常；②确定水泵扬程，计算轴承荷载系数是否过大；③取样检验油是否合格；④根据安装记录，检查安装质量问题，现场检查推力瓦是否全部受力；⑤检查电机结构是否合理。需特别指出的是，推力轴承荷载系数过大的机组推力瓦受力不均、冷却能力不够等其他因素共同影响最易烧瓦。最好的办法是对电机进行改造，增大推力瓦设计荷载，改善轴承支承，如江都四站叶轮直径D＝3.1m的水泵配3000KW电机，系数K＝1.2，常发生烧瓦，其中1台电机于1998年11月改用承载能力大、瓦面综合变形小的弹性金属聚四氟乙烯塑料瓦后，效果很好。

3．2预防烧瓦的措施

泵机组设计选型不合理，制造安装质量差，运行管理问题都可能造成电机推力瓦烧损，为有效预防烧瓦事故，应从以下方面采取措施。

3．2．1电机设计选型应充分考虑推力轴承承受的最大运行荷载，最大荷载系数不宜超过0.9，推力轴承结构合理并有足够的刚度。

3．2．2冷却器有足够的传热面积，设计应考虑到内壁结垢降低传热系数、管内泥沙淤积减小过流断面对冷却能力的影响。保证冷却水有一定的流速，避免泥沙淤积，必要时应对冷却水供水作澄清处理。特别是冷却器应设置在推力瓦外侧的正上方，必要时设置隔板，增大对流换热系数。实践证明，该方法对结构不良的推力轴承能降低瓦温5～10℃。

3．2．3油定期检验，粘度和油质符合要求。

3．2．4严格执行运行规程，杜绝因冷却水断流等人为因素造成烧瓦事故。在冷却水管路上装设压力表和示流器。便于观测，一旦断水即发出事故信号。

3．2．5避免机组在超高扬程下运行，以免推力轴承过载，机组振动加剧。力求减小机组启动扬程，缩短启动的时间。

3．2．6严格控制机组制造安装质量。定子磁场中心应高于转子磁场中心0～0.5%L，减小轴承荷载。镜板与推力头组装后的不平面度要符合要求，所有推力瓦在同一水平面内，保证推力瓦块刚度，适当加大推力瓦面中部刮低值；减小轴线摆度，在保证水泵导轴承液膜前提下，减小导轴承间隙和轴线偏斜值，从而减小因镜板翘起造成的推力瓦受力不均。

3．2．7在水轮机上已取得较好应用效果的弹性金属塑料瓦具有综合优势，可以在大型立式泵机组中推广应用。常发生烧瓦的电机巴氏合金推力瓦承载面积往往受结构限制而无法增大，改用同样大小的塑料瓦最为合适。泗阳二站于98年对2#机巴氏合金瓦更换为塑料瓦，在相同室温、冷却水等运行条件下，瓦温降低达15℃以上。

3．2．8为彻底杜绝烧瓦现象，应将瓦温表计的触点连接至主机组的跳闸回路，以确保万无一失。

_____________________

【文章编号】1627-6868（2013）05-0091-02

【作者简介】刘兆正（1962-），男，江苏宿迁人，工程师，主要从事大型闸站的日常管理和技术改造。