立式水泵推力軸承磨損潤滑與對策（上）

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構部件，主要由推力瓦、鏡板、推力頭、冷卻器等部件組成。推力瓦是推力軸承中的重要部件，它是整個機組轉動部分和固定部分的摩擦面，并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，要求各軸瓦均勻地承受推力負荷，如果各軸瓦受力不均，將產(chǎn)生較大溫差，造成個別軸瓦溫度增高，瓦面變形磨損增大，影響機組安全運行。在額定工況下，推力瓦溫度不得超過70℃，但如能使各推力瓦受力均勻，則可提高推力軸承的承載能力，減緩推力瓦磨損及熱變形，同時也防止鏡板的磨損，提高設備運行的穩(wěn)定性，所以，除設計和制造上必須保證其必要的條件外，安裝、檢修、維護調試對機組綜合性能起著重要的作用。
2、推力軸承要保證在油潤滑條件下運行，必須使出油邊的最小油膜厚度，符合設計值（如：大型機組推力軸承油膜厚度一般在0.03∽0.07mm之間）。這就要求鏡板有較高的精度和較低的粗糙度，如果鏡板的粗糙度高，則軸承摩擦損耗增大。鏡面如有傷痕或銹蝕等缺陷，則可能破壞油膜，甚至造成燒瓦事故。所以，鏡板研磨、推力瓦刮削以及對鏡板、推力瓦的檢修調整工作就顯得十分重要。另外，要求鏡板保證其波浪度，其平行度根據(jù)不同的機組一般為0.02mm/m，推力瓦之間相互高差一般控制在0.02mm之內，即要求推力瓦的平面度與鏡板的平面度相近才行。如果，鏡板與推力瓦的平面度不好，其偏差超過了最小油膜厚度，會破壞推力瓦與鏡扳之間所建立的油膜。推力軸承就會在半干摩擦或干摩擦狀態(tài)下運行，造成燒瓦事故或瓦面損壞。此外，推力瓦的受力也與它本身的平行度直接相關，只有接觸面積大，才能使推力瓦承受較大的壓力。如果，推力瓦凸凹不平，具有局部高點，受力集中，也會發(fā)生燒瓦事故或瓦面嚴重磨損。

推力軸承按其支柱形式不同主要分為剛性支柱式、液壓支柱式、平衡塊式三種，因立式水泵與水輪發(fā)電機組相比，畢竟軸向負荷較小。所以，大型水泵普遍所采用的是剛性支柱式，它的缺點主要集中為檢修后或安裝調水平難、受力不易調整，調整工作量大，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，呈扇型分塊式。一般在軸瓦的鋼坯上澆注一層厚約5mm的錫基軸承合金，由于軸瓦受力不十分均勻，盡管軸瓦的底部有托瓦（均勻受力，減少變型），但水泵經(jīng)過長期運行，還是不可避免地出現(xiàn)磨損變形。如下圖所示為推力瓦磨損變形的痕跡
2、從以上瓦面磨損情況可以看出，磨損有一定的規(guī)則性，那么為什么會出現(xiàn)如上圖的磨損劃痕呢？經(jīng)過長期檢修觀察，總結分如下原因。
（1）前面我們已經(jīng)介紹過，保證機組啟動時，在推力瓦面與鏡板之間應迅速建立起油膜，并在機組運行時，始終保證有一定的油膜厚度而不被破壞，才能保證機組安全可靠的運行。事實上當鏡板與瓦面相對旋轉時，將潤滑油帶進鏡板與推力瓦的接觸面間，形成一層油膜，使鏡板與瓦面之間形成液體摩擦。進油側比出油側油膜厚，即形成楔形油膜。也就是說，機組在正常運行時，通過鏡板傳遞的軸向力（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傳遞給推力瓦承受的。即機組正常運行時，由于油膜的作用，使靜止與轉動部分兩平面之間通過油膜而分開，鏡板是懸浮在推力瓦上，而并非處于半干摩擦或干摩擦狀態(tài)，如果處于半干摩擦或干摩擦狀態(tài)，則會發(fā)生嚴重的瓦面磨損或燒瓦事故。（2）鏡板是推力軸承的關鍵部件之一，當軸承運行時，油膜厚度只有0.03∽0.07mm。因此，要求鏡板有較高的精度和較低的粗糙度。
第一、鏡板的粗糙度高，軸承的磨損增加；鏡板表面有傷痕、硬點、毛刺等缺陷，輕則致使鏡面出現(xiàn)磨痕，而影響推力瓦，重則破壞油膜出現(xiàn)事故，這是鏡板表面出現(xiàn)劃痕的原因之一。
第二、鏡板采用45號鍛鋼制成，兩平面的硬度值一般為180∽220HB，鏡面硬度差值小于30HB。但個別鏡板，因剛度偏小，在長期運行后產(chǎn)生微小變形，且鏡板在制造加工過程中不可避免地產(chǎn)生波浪度。如若潤滑油過濾不夠，或油槽中有雜質，則其中的雜質顆粒在運行中沿油流方向，懸浮運動并恰好懸浮至鏡板波浪度的波峰處時，不可避免地在鏡板與推力瓦瓦面上產(chǎn)生劃痕。因推力瓦瓦面采用鋼瓦坯面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(chǎn)生磨痕、劃痕的原因之一。
第三、因軸瓦與巴氏合金不脫開，由于鋼和巴氏合金的熱膨脹系數(shù)不同，受熱后易變得起伏不平，特別是在鳩尾槽處的合金有明顯的凸起。另外，由于剛性支柱的托瓦剛度太大。一方面可減小機械變形，另一方面由于瓦的變形會在托瓦的對應方向的瓦面上產(chǎn)生磨痕，這也是瓦面產(chǎn)生磨痕的一個重要因素，同時也嚴重影響著鏡板工作面，這一點往往被人們所忽視。以上三點，是影響鏡板工作面的主要因素。
（3）在每次設備檢修時，都要根據(jù)磨損情況，進行推力瓦的刮研，而推力瓦刮削一般要求達3∽5點/平方厘米，且刀花的深淺分布要符合質量標準要求。如刮削時有毛刺或高點，也會向上述所分析的那樣在波浪度的波峰處產(chǎn)生磨痕或劃痕。
（4）還有如下因素加之如上所述的一些不利因素并和這些因素相結合，也會導致鏡板及推力瓦的磨損或出現(xiàn)劃痕，即：
a 、卡環(huán)厚薄不均，影響推力頭平面與主軸的垂直度。這一點如不是首次安裝一般不會出現(xiàn)，但在特殊情況下也會出現(xiàn)。
b、推力頭底面與主軸的垂直度不好。
c、推力頭與鏡板之間絕緣墊厚薄不均，即：加墊不合理或在檢修時未將上次的絕緣墊進行登記復原而加錯墊。所以在檢修時一定要嚴格檢修工序工藝，加強責任心。
d、鏡板精度不夠，平行度較差。
e、電機主軸法蘭與水泵泵軸法蘭面不平行，主軸與法蘭面不垂直。
f、鏡板、推力頭與主軸的垂直度不夠。
（5）推力瓦瓦面的劃痕、磨痕產(chǎn)生的原因在上面進行了分析，但還有一個重要的因素，即如下圖所示瓦面偏心處的圓形磨痕是怎樣產(chǎn)生的呢？
a、根據(jù)監(jiān)測推力瓦在正常運轉時進油溫度一般為36℃，平均出油溫度一般為51℃，參照如下圖瓦溫場。
b、剛性支柱式推力軸承在正常運行時，支柱螺栓支承部位的溫度較高，促使支承中心處的瓦面因溫度的升高而變形凸起，如下圖。瓦面熱變形導致瓦面單位壓力增大，容易使瓦面磨損或燒瓦，瓦面磨損的部位正是受力集中的部位（高溫度場區(qū)），即支柱托瓦的周圍線附近。支柱托瓦直徑的大小,就是瓦面磨損的圓形磨痕，正是瓦面熱變形后，支柱托瓦抵抗變形而產(chǎn)生的。
（6）避免水輪機運行
水泵在停止運行以后,如若泵出口的逆止閥關不嚴或液壓控制蝶閥關閉不到位,則倒泄水流加大。水泵開始反轉并逐漸加速，水泵中水壓也不斷升高，倒泄水流很快達到最大值，反轉速也因而上升。但隨著葉輪轉速的升高，它作用于水的離心力也越來越大，從而阻止水流倒泄，倒泄流量降低，引起管中正壓水錘，反轉速達到最大值，倒泄流量繼續(xù)減小，由于倒泄流量繼續(xù)減小，反轉速從而降低。但水泵在無任何負載的情況下空轉，即低速運轉時間較長，推力油膜厚度被破壞，致使推力瓦與鏡扳處于半干摩擦狀態(tài)，加速軸瓦、鏡扳的磨損和軸瓦的熱變形，而使推力瓦磨損加重，從而導致鏡扳進一步磨損。在正常水泵工況下，由于水泵慣性較大，水泵在停泵后，低速正轉時間較長，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空轉（即反轉）?？梢哉J為，危險油膜厚度不完全取決于推力軸承是否處于半干摩擦狀態(tài)，而在于這種狀態(tài)所持續(xù)的時間長短。所以，不論是啟動、停機，均要求水泵機組能迅速地度過半干摩擦狀態(tài)，盡可能地縮短機組在此狀態(tài)下運轉時間，無疑是很重要的。