立式水泵推力轴承磨损润滑与对策（上）

大型立式水泵的推力轴承，是应用液体润滑承载原理的机械结构部件，主要由推力瓦、镜板、推力头、冷却器等部件组成。推力瓦是推力轴承中的重要部件，它是整个机组转动部分和固定部分的摩擦面，并且承受整个机组转动部分的重量和轴向水推力。轴承运转时，要求各轴瓦均匀地承受推力负荷，如果各轴瓦受力不均，将产生较大温差，造成个别轴瓦温度增高，瓦面变形磨损增大，影响机组安全运行。在额定工况下，推力瓦温度不得超过70℃，但如能使各推力瓦受力均匀，则可提高推力轴承的承载能力，减缓推力瓦磨损及热变形，同时也防止镜板的磨损，提高设备运行的稳定性，所以，除设计和制造上必须保证其必要的条件外，安装、检修、维护调试对机组综合性能起着重要的作用。
2、推力轴承要保证在油润滑条件下运行，必须使出油边的最小油膜厚度，符合设计值（如：大型机组推力轴承油膜厚度一般在0.03∽0.07mm之间）。这就要求镜板有较高的精度和较低的粗糙度，如果镜板的粗糙度高，则轴承摩擦损耗增大。镜面如有伤痕或锈蚀等缺陷，则可能破坏油膜，甚至造成烧瓦事故。所以，镜板研磨、推力瓦刮削以及对镜板、推力瓦的检修调整工作就显得十分重要。另外，要求镜板保证其波浪度，其平行度根据不同的机组一般为0.02mm/m，推力瓦之间相互高差一般控制在0.02mm之内，即要求推力瓦的平面度与镜板的平面度相近才行。如果，镜板与推力瓦的平面度不好，其偏差超过了最小油膜厚度，会破坏推力瓦与镜扳之间所建立的油膜。推力轴承就会在半干摩擦或干摩擦状态下运行，造成烧瓦事故或瓦面损坏。此外，推力瓦的受力也与它本身的平行度直接相关，只有接触面积大，才能使推力瓦承受较大的压力。如果，推力瓦凸凹不平，具有局部高点，受力集中，也会发生烧瓦事故或瓦面严重磨损。

推力轴承按其支柱形式不同主要分为刚性支柱式、液压支柱式、平衡块式三种，因立式水泵与水轮发电机组相比，毕竟轴向负荷较小。所以，大型水泵普遍所采用的是刚性支柱式，它的缺点主要集中为检修后或安装调水平难、受力不易调整，调整工作量大，运行时各瓦块的负荷不均（这种现象主要是安装、加工、调整引起的）。推力瓦是推力轴承中的主要部件，呈扇型分块式。一般在轴瓦的钢坯上浇注一层厚约5mm的锡基轴承合金，由于轴瓦受力不十分均匀，尽管轴瓦的底部有托瓦（均匀受力，减少变型），但水泵经过长期运行，还是不可避免地出现磨损变形。如下图所示为推力瓦磨损变形的痕迹
2、从以上瓦面磨损情况可以看出，磨损有一定的规则性，那么为什么会出现如上图的磨损划痕呢？经过长期检修观察，总结分如下原因。
（1）前面我们已经介绍过，保证机组启动时，在推力瓦面与镜板之间应迅速建立起油膜，并在机组运行时，始终保证有一定的油膜厚度而不被破坏，才能保证机组安全可靠的运行。事实上当镜板与瓦面相对旋转时，将润滑油带进镜板与推力瓦的接触面间，形成一层油膜，使镜板与瓦面之间形成液体摩擦。进油侧比出油侧油膜厚，即形成楔形油膜。也就是说，机组在正常运行时，通过镜板传递的轴向力（包括转子重量、轴、镜板重量等），是通过镜板与推力瓦之间的高压油膜而传递给推力瓦承受的。即机组正常运行时，由于油膜的作用，使静止与转动部分两平面之间通过油膜而分开，镜板是悬浮在推力瓦上，而并非处于半干摩擦或干摩擦状态，如果处于半干摩擦或干摩擦状态，则会发生严重的瓦面磨损或烧瓦事故。（2）镜板是推力轴承的关键部件之一，当轴承运行时，油膜厚度只有0.03∽0.07mm。因此，要求镜板有较高的精度和较低的粗糙度。
第一、镜板的粗糙度高，轴承的磨损增加；镜板表面有伤痕、硬点、毛刺等缺陷，轻则致使镜面出现磨痕，而影响推力瓦，重则破坏油膜出现事故，这是镜板表面出现划痕的原因之一。
第二、镜板采用45号锻钢制成，两平面的硬度值一般为180∽220HB，镜面硬度差值小于30HB。但个别镜板，因刚度偏小，在长期运行后产生微小变形，且镜板在制造加工过程中不可避免地产生波浪度。如若润滑油过滤不够，或油槽中有杂质，则其中的杂质颗粒在运行中沿油流方向，悬浮运动并恰好悬浮至镜板波浪度的波峰处时，不可避免地在镜板与推力瓦瓦面上产生划痕。因推力瓦瓦面采用钢瓦坯面加工鸠尾槽浇铸巴氏合金，故其硬度低，易引起划痕。这也是产生磨痕、划痕的原因之一。
第三、因轴瓦与巴氏合金不脱开，由于钢和巴氏合金的热膨胀系数不同，受热后易变得起伏不平，特别是在鸠尾槽处的合金有明显的凸起。另外，由于刚性支柱的托瓦刚度太大。一方面可减小机械变形，另一方面由于瓦的变形会在托瓦的对应方向的瓦面上产生磨痕，这也是瓦面产生磨痕的一个重要因素，同时也严重影响着镜板工作面，这一点往往被人们所忽视。以上三点，是影响镜板工作面的主要因素。
（3）在每次设备检修时，都要根据磨损情况，进行推力瓦的刮研，而推力瓦刮削一般要求达3∽5点/平方厘米，且刀花的深浅分布要符合质量标准要求。如刮削时有毛刺或高点，也会向上述所分析的那样在波浪度的波峰处产生磨痕或划痕。
（4）还有如下因素加之如上所述的一些不利因素并和这些因素相结合，也会导致镜板及推力瓦的磨损或出现划痕，即：
a 、卡环厚薄不均，影响推力头平面与主轴的垂直度。这一点如不是首次安装一般不会出现，但在特殊情况下也会出现。
b、推力头底面与主轴的垂直度不好。
c、推力头与镜板之间绝缘垫厚薄不均，即：加垫不合理或在检修时未将上次的绝缘垫进行登记复原而加错垫。所以在检修时一定要严格检修工序工艺，加强责任心。
d、镜板精度不够，平行度较差。
e、电机主轴法兰与水泵泵轴法兰面不平行，主轴与法兰面不垂直。
f、镜板、推力头与主轴的垂直度不够。
（5）推力瓦瓦面的划痕、磨痕产生的原因在上面进行了分析，但还有一个重要的因素，即如下图所示瓦面偏心处的圆形磨痕是怎样产生的呢？
a、根据监测推力瓦在正常运转时进油温度一般为36℃，平均出油温度一般为51℃，参照如下图瓦温场。
b、刚性支柱式推力轴承在正常运行时，支柱螺栓支承部位的温度较高，促使支承中心处的瓦面因温度的升高而变形凸起，如下图。瓦面热变形导致瓦面单位压力增大，容易使瓦面磨损或烧瓦，瓦面磨损的部位正是受力集中的部位（高温度场区），即支柱托瓦的周围线附近。支柱托瓦直径的大小,就是瓦面磨损的圆形磨痕，正是瓦面热变形后，支柱托瓦抵抗变形而产生的。
（6）避免水轮机运行
水泵在停止运行以后,如若泵出口的逆止阀关不严或液压控制蝶阀关闭不到位,则倒泄水流加大。水泵开始反转并逐渐加速，水泵中水压也不断升高，倒泄水流很快达到最大值，反转速也因而上升。但随着叶轮转速的升高，它作用于水的离心力也越来越大，从而阻止水流倒泄，倒泄流量降低，引起管中正压水锤，反转速达到最大值，倒泄流量继续减小，由于倒泄流量继续减小，反转速从而降低。但水泵在无任何负载的情况下空转，即低速运转时间较长，推力油膜厚度被破坏，致使推力瓦与镜扳处于半干摩擦状态，加速轴瓦、镜扳的磨损和轴瓦的热变形，而使推力瓦磨损加重，从而导致镜扳进一步磨损。在正常水泵工况下，由于水泵惯性较大，水泵在停泵后，低速正转时间较长，也是引起推力瓦磨损的原因之一，但主要是应避免在水轮机工况下空转（即反转）。可以认为，危险油膜厚度不完全取决于推力轴承是否处于半干摩擦状态，而在于这种状态所持续的时间长短。所以，不论是启动、停机，均要求水泵机组能迅速地度过半干摩擦状态，尽可能地缩短机组在此状态下运转时间，无疑是很重要的。