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立式水泵推力瓦温度高分析

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  摘要:本文主要针对大型水泵推力轴承中的重要部件的磨损、变形以及由此而引发的润滑、调整问题,运用理论分析和探讨的方法,结合多年来对实际设备所出现问题的探讨及经验积累,进行综合分析。
  关键词:磨损;变形;润滑;轴承
  1.概述
  1.1.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。
  1.2.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。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。
  1.3.研磨镜板和刮削推力瓦是立式泵(大型立式水泵)必不可少的项目。只要使推力瓦具有良好的平面性,与镜板有良好的接触性,保证水泵机组启动时,在推力瓦瓦面与镜板之间迅速建立起油膜,并在机组运转时始终保持有一定的油膜厚度而不被破坏,才能保证推力轴承良好的稳定性和运行的安全可靠。
  2.原因分析
  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,因立式水泵轴向负荷相对水轮机等大型设备较小,所以,立式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。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。经过长期检修观察,总结分如下原因。
  2.1.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,泵组在正常运行时,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。即泵组正常运行时,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。
  2.2.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。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。
  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:
  2.2.1.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。
  2.2.2.推力头底面与主轴的垂直度不好。
  2.2.3.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。
  3.结论
  为保证大型水泵的运行稳定性,应对推力轴承系统,进行科学调整和综合治理。通过以上诸项分析,对所发现的问题,提出以下相应对策和解决的办法,以促进设备的不断完善。
  3.1.推力瓦方面
  3.1.1.改善推力油冷却器的水循环,降低推力轴承油温,以减小推力瓦的热变形,因轴瓦受力不均,运行中轴瓦温差一般达5-8℃,所以还要进行推力轴承受力调整。
  3.1.2.根据推力轴承有关参数要求及润滑油选用原则,选用适合的润滑油牌号。严格检修工艺质量,保证过滤油质量,避免油中杂质进入。
  3.1.3.在轴瓦刮削时,注意在轴瓦中部约轴瓦瓦面积1/2的扇形刮低0.02∽0.03mm,刮削后瓦面达3-5点/平方厘米。
  3.1.4.提高传动主轴与镜板的垂直度,保证镜板、上机架水平在0.02mm/m之内,也就是通过刮削推力头与镜板之间绝缘垫来实现。调整轴线时,首先要调整好推力瓦水平高差、镜板等水平,然后调整机组总轴线并保证各处摆度符合质量要求。检修后测定机组油温、瓦温、振动值及推力油膜厚度来评判机组。
  3.2.镜板方面
  3.2.1.依测定结果,进行绝缘垫的刮削调整,保证镜板与主轴的垂直度。测定推力头与镜板、推力瓦与镜板的绝缘(其相互绝缘电阻大于1MΩ,充油后大于0.3 MΩ),防止轴电流侵蚀镜板,引起油温升高瓦面变形或烧瓦事故,或镜板损坏现象。以及由此而出现的润滑油变黑劣化现象等。
  3.2.2.检修中发现镜板有锈蚀、划痕、磨痕等应进行研磨,研磨后镜板表面粗糙度达到0.05μm以下。合理选用研磨材料用M5-M 10粒度的Cr2O3进行研磨,控制研磨转速,经粗、精、细磨削达到质量要求。或送制造厂进行精车研磨或珩磨处理。
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