弹性金属塑料在大型泵系统中的应用

弹性金属塑料在大型泵系统中的应用

1弹性金属塑料瓦江都第四收水站是江都输水管道工程的主要收水站。装有ZL30-7型直径3.1m的大型立式全调节轴流泵，配用TDL-325/58-40型3000kW立式同步电机7台套，设计总抽水流量210m3/s,与江都水利枢纽其他工程一起为苏北地区工农业生产、城市生活用水、航运、排涝等发挥了重要作用，也是规划兴建中南水北调东线工程的龙头工程。弹性金属塑料瓦（如图1）替代巴氏合金推力瓦，国际上从1970年，国内从1990年开始，在水电站已得到广泛的应用。近几年随着大型泵站不断兴建投入运用，在泵站也有成功应用。针对四站主机排涝季节金属推力瓦易烧损的情况（从1986年至1998年该站共发生电机金属推力瓦烧损事故达13次之多，且大部分发生在排涝季节，给该工程效益的发挥带来严重影响），采用弹性金属塑料瓦不仅不需要改变瓦的面积，而且不需要增加任何辅助设备，无论从结构上，还是从价格上，都是合理的，1998年在江都四站7#机首次使用塑料推力瓦，以根本消除烧瓦故障。当年11月安装结束，在扬程5.06～7.00m（设计扬程7m），叶片角度0～+4°，流量29～38m3/s（设计流量30m3/s），功率最大达到2900kW情况下试运行，并经一年汛期运用，运行正常。从1999年起至2003年陆续将2#、6#、1#、3#、4#、5#号机组的推力瓦全部更换为弹性金属塑料瓦。采用弹性金属塑料瓦替代巴氏合金瓦,其可操作性和实际使用情况都还是令人满意的。2推力瓦安装及烧损情况2007年5月9日，江都四站顺利开起全部7台机组投入抗旱运行，开机一切正常。5月23日下午14:16分，6#主机推力瓦瓦温超过设定值，主机保护动作跳闸，随后在上油缸油温降到室温后，又一次开起6#主机，在0.5h后，推力瓦温即上升至49℃，手动跳闸。5月24日上午，又一次试转6#主机，情况依旧。5月9日开机后，推力瓦温在2h后由起始温度上升至44℃，其后一直稳定在44℃。但是在5月11日，相同的扬程及叶片角度的情况下，缓慢上升至45℃，其后在2天左右的时间间隔，瓦温缓慢上升1℃，直至5月23日下午由48℃迅速上升至50℃跳机，基本可以判定推力瓦存在烧损现象。随后立即开展6#主机中修工作，打开6#机上油缸盖，油面漂浮着灰色泡沫；油质已明显变化含塑料成分，呈浑浊状；推力瓦基座温度约在40～50℃，推力头、镜板温度明显高于推力瓦，约在80℃以上。拔出推力头后，8块推力瓦瓦面用木锤轻轻敲击，瓦面下有少量油珠溅出，表明瓦基焊锡已有部分熔化；瓦面在进油端有部分焊锡堆积，瓦面有少量熔化锡片，但瓦面几乎仍与安装前一样平整光滑，有少量拉痕，无明显烧损迹象，但其中一块瓦面进油面已基本磨平；推力头镜板表面也无不正常现象。由焊锡熔化，推力瓦、推力头镜板表面温度，油内含塑料物质等迹象表明，塑料推力瓦已有过热烧损现象。3机泵安装质量检测通过对多台故障检修机组的观察、分析以及对各种资料和技术数据的研究，在反复实践的基础上，认定推力瓦烧损在于推力瓦与镜板之间的油膜层被破坏，推力瓦与镜板之间产生干摩擦或半液摩擦，摩擦系数增大，摩擦热迅速上升，热量无法及时被带走，从而导致推力瓦面温度急剧上升。造成瓦面油膜破坏的可能原因主要有五点：(1)安装质量；(2)制造质量；(3)承重过大；(4)运用条件；(5)塑料推力瓦质量。根据安装记录，6#机检修质量良好，2000年在进行机组大修时，使用弹性金属塑料瓦，至2006年机组检修时，已安全运行6年，近14000h。从大修过程中各方面具体数据来看，特别是弹性金属塑料瓦本身的使用情况，瓦面光洁度很好，几乎没有明显的、粗深的磨痕，瓦面磨损量未超过0.05mm。2006年6#机组检修，机组水平、摆度，推力头镜板挠度，均符合水利部《泵站技术规范》机泵安装质量标准，并换用了新透平油。但是在拆卸机组推力头时发现，八颗镜板螺丝其中有二颗拧的特别紧，据检修人员反映，在当时检修调整下水导的摆度值时，先通过绝缘垫研刮处理，再通过电机、水泵靠背轮处调整，最终下水导摆度值31丝（合格标准22丝），然后为达到合格标准在摆度点镜板上拧紧螺丝来达到水导摆度合格的要求。四站机组运行20多年来，每台机组平均大修在三次以上，有的甚至达到五、六次（指事故机组）。由于多次的大修，在每次摆度的调整时，往往首先处理电机下导，结合考虑水导的摆度点。按每次大修时研刮绝缘垫三次计算，每次研刮量在0.08mm左右，总研刮量至少要达到0.24mm左右，最高的达到0.50mm左右，而且每次在处理时往往都是摆度点从外缘到里口。根据多年的实践经验，用人工进行刮削，大型立式机组检修的摆度处理一般需要反复三次以上才会合格，且方位每次都在变化，因此绝缘垫的多次处理往往就造成绝缘垫表面不平，严重时，绝缘垫表面会出现波浪形。由于绝缘垫的厚薄不均，在推力瓦中心点的受力很不一致，此外，在调整水平时，八块推力瓦的受力并不是在任意方位上都是一致的。因此在运行过程中，只要一块瓦受力过大，油膜层遭到破坏，就极容易先从该块瓦开始，进而引起其他推力瓦的全部烧毁。拆卸6#机组的绝缘垫后测量，绝缘垫本身的不平度即达到8丝，加之为调整摆度而使镜板螺丝松紧不一，由此可以基本判定是由于镜板的不平度过大引起推力瓦受力不均匀而导致此次烧瓦故障的发生。更换了一副新的绝缘垫，不平度在0.03mm合格范围之内，对机组八块塑料瓦进行更换，并对新塑料瓦瓦面用金相砂纸仔细研磨，确保瓦面的光洁度符合要求。检修过程中，对机组水平、摆度、各部分间隙进行严格控制，其中机组水平最大值为0.01mm（质量标准≤0.02mm/m）；净摆度最大值，电机下导轴承为0.06mm（质量标准≤0.08mm），水泵导轴承为0.19mm（质量标准≤0.22mm），无花点；镜板不平度小于0.03mm（质量标准≤0.03mm），机泵安装质量符合部颁标准。5月30日开启6#机组后，一切正常，推力瓦温在2h后稳定在32℃，其后缓慢上升，至6月3日，稳定在34℃，至今使用良好。4烧瓦温度差造成的故障(1）使用塑料推力瓦仍应提高机泵的安装质量，尤其对镜板不平度，挠度、推力头与轴颈的配合，以及摆度、水平、间隙等应按机泵安装的技术规范严格掌握。否则塑料推力瓦承重能力下降，仍会造成烧瓦故障。(2）塑料瓦烧损过程往往是一个缓慢的过程，监测瓦温是控制烧瓦的有效途径，瓦温存在缓慢变化且逐步升高时，在排除扬程、负荷变化等因素时，尤其注意；且钨金瓦更换成氟塑料瓦，报警温度与停机温度仍沿袭钨金瓦系统是不合理的，正确的报警温度应