水泵同步电动机推力瓦烧损原因及预防措施分析

龚元涛

（武汉市水务局，湖北 武汉 430119）

大军山泵站位于湖北省武汉市经济技术开发区军山街大军山前军山大桥上游长江北岸，东南临长江，水陆交通较为便利。1974 年开工建设，1976 年建成，水泵为立式混流泵，设计装机容量10×1 000 kW，排水流量81 m³/s，属于大型电力排水泵站。泵站主要担负湖北省武汉市西南部的杜家台分蓄洪区，一般年份服务于蚂蚁河流域22 万亩农田的排涝任务，受益面积846 km2。随着武汉市新城区及沌口开发区的开发与发展，泵站在武汉市防洪排涝中的作用越显重要。

1 水泵同步电动机推力瓦的作用

大军山泵站二站已经处于在建状态，目前水泵为10 台1600HLB-9 大型立式混流泵，同步电动机为10 台TL1000-20/2150 型号。水泵同步电动机推力瓦承受机组转动部分的所有重量和水流作用在叶轮上的轴向力量，由此传递给荷重机架。推力头、绝缘垫和镜板组成一整体，压套在主轴上，随主轴旋转（如图1 所示）。

图1 推力瓦剖面图

推力瓦为锻钢件，大都采用巴氏合金瓦，做成扇形，一般共有8 块，在扇形分块表面上铸有一层厚度为5 mm 的锡基轴承合金，具有减摩、适应性和压入性，为轴承座所支撑，转动部分的重量及水推力通过推力头传递到推力瓦上，最后由轴承座传导至电动机大梁上。底部装有放抗重螺栓的圆孔，在孔与螺栓中间放有紫铜垫板，推力瓦及抗重螺栓为静止部件，用细纹螺栓支承在上油槽底的瓦架上。推力瓦与镜板紧密接触，推力瓦的瓦面具有很好的平面性，与镜板接触点过少难以形成油膜，应保证有0.04~0.10 mm 厚度的均匀油膜。而接触点过多会导致与镜板的表面配合不紧密，每cm2至少有2~3 个接触点，所有瓦要在同一水平面上，运行时在推力瓦面与镜板之间形成一层厚度均匀的油膜，保证全部推力瓦受力均匀。上机架内装设有油槽，油槽里面盛有透平油，这油既起润滑作用，又是热交换介质。水泵同步电动机在运行时，推力瓦与镜板互相摩擦所产生的热量通过油吸收，经过循环水冷却，将油的热量带走，使水泵同步电动机推力瓦温度保持在正常范围内。

2 水泵同步电动机推力瓦烧损事故原因分析

大军山泵站建成四十多年来，进行了几次大规模更新改造，面对1998 年和2020 年汛期连续特大暴雨机组超负荷运行，泵站人一代代的辛苦坚守，有力的保障了排区范围内广大人民群众生命和财产的安全。曾经检修机组发现油槽有黑色不明固体和少量金属碎屑，判断可能出现推力瓦烧瓦情况，后续把油槽内的油抽出来后，对推力瓦进行检查，观察到推力瓦瓦边有金属拉丝挤压条，则确定为推力瓦烧瓦。由于推力瓦本身、安装检修及运行管理等多方面的原因都会导致推力瓦瓦片或局部瓦面温度升高，进而发展为烧损，分析水泵同步电动机推力瓦烧损事故原因主要有以下几种[1-3]：

2.1 推力瓦刚度不够，刮瓦加工质量差

推力瓦安装时要进行研磨刮削成平面，由于推力瓦刮瓦加工质量，刚度不达标，水泵同步电动机运行后，底部抗重螺栓和面部镜板双重荷载作用，使推力瓦边缘产生较大挠度，轴瓦温度不断升高膨胀，推力瓦瓦面中部逐步变形上凸，易造成推力瓦磨损、烧熔发生。

2.2 安装检修质量不达标

（1）限位螺钉或挡块安装不当。由于推力瓦的限位螺钉或挡块安装使推力瓦的灵活性受阻，易造成推力瓦瓦轴温度过高而烧瓦。

（2）推力瓦受力不均。检修安装螺栓时，靠手感调整推力瓦受力，螺栓的拧紧拉力不均匀，抗重螺栓支承部位不平衡、支承部位脱焊和抗重螺栓松动等都容易造成推力瓦静态受力不均。

（3）镜板表面安装不平整。绝缘垫与推力头、镜板组合面不平，使镜板表面顶推凸起，造成推力瓦受力不均，甚至还会引起波浪形镜板转动部分振摆。

（4）导轴瓦的间隙问题。间隙太小，破坏轴瓦的油膜。导轴承间隙过大，水泵同步电动机运行时，由于转动部分横向力使轴线在导轴承间隙内斜，镜板被翘起，导致推力瓦所在平面不平行，使油膜最薄处推力瓦荷载增大而烧瓦。

2.3 推力瓦轴承过载

推力瓦[4]轴向力集中在少数瓦上，超过推力瓦本身允许承担的总负载。同时，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力，增加了轴承荷载。此外，泵站进、出水位落差太大，或拦污栅阻水严重，会引起水泵扬程增大，也会导致轴承过载而烧瓦。

2.4 润滑油不合格或劣化

油槽内的油含有杂质或油变质，油位无油或偏低，导致润滑性能降低，引起瓦温的升高。同时，推力瓦与镜板中间没有形成油膜，推力瓦与镜板形成干摩擦，造成瓦温急剧升高而烧瓦。

2.5 循环水冷却能力不够

循环水水压不够，进出水有封堵现象，造成循环水冷却能力不够。同时，推力瓦油槽内的油体没有充分混合换热降温，或冷却器损坏，水进入油槽使油乳化，导致瓦温偏高。

3 预防推力瓦烧损措施

水泵同步电动机烧瓦故障的发生不仅影响了机组正常运行，还增加了维护和检修任务,重则带来经济损失和社会影响。水泵机组设计选型不合理，安装检修质量，运行管理等问题都可能造成水泵同步电动机推力瓦烧损，为有效预防电动机烧瓦事故的发生，应从以下方面采取对策[5]：

3.1 水泵同步电动机设计选型

推力瓦安装时要进行研磨刮削成平面，推力瓦质量，刚度应达到规定要求，镜板与推力头组装后所有推力瓦在同一水平面内，水泵同步电动机设计选型最大荷载系数不宜超过 0.9。

3.2 确保安装检修质量按规定要求

（1）在检修安装时，认真进行轴瓦间隙及推力瓦受力的调整，减小轴线偏斜值。

（2）安装螺栓时，调整推力瓦受力，抗重螺栓支承部位要保持平衡，保证水泵导轴承有足够的润滑液膜，避免镜板翘起造成推力瓦受力不均。

（3）安装推力瓦时，绝缘垫与推力头、镜板组合面应做到平整。

3.3 避免推力瓦轴承过载

机组运行时，要及时清理拦污栅阻水现象，避免水泵扬程增大，避免机组在超高扬程下运行，缩短启动的时间，轴承推力瓦轴向力超过推力瓦本身允许承担的总负载，同时泵站进出水位差要保持在合理范围，避免推力瓦轴导过载。

3.4 定期检验润滑油和冷却器

检查油槽内的油牌号、粘度和油质符合设计规定，观察油颜色是否清亮无杂质，油槽油位应有明显的油位信号装置。油冷却器应定期检查、清理、试验，对油冷却器的管道内要用30%的氢氧化钠液洗涤，最后用清水冲洗干净，防止管道淤积和堵塞，调整油冷却器的供水压力，防止冷却器的铜管破裂。

3.5 保证技术供水系统的稳定

总水管的滤水器要定期清洗、检查，防止淤积和杂物进入，避免泥沙淤积，必要时应对冷却水循环系统作澄清处理，测量装置应有预告信号和事故报警装置。

3.6 严格执行运行操作规程

在开机之前会顶转子，让推力瓦与镜板之间进油，形成油膜，杜绝人为因素造成烧瓦事故。同时，要在冷却水管路上装设压力表和示流器，便于观测故障信号。

4 结语

推力瓦是承受机组转动部件重量的核心部件，烧瓦故障的产生轻则会产生振动、瓦温升高，造成维护和检修成本，重则会影响整个机组稳定运行，造成机组紧急停机，从而影响泵站排涝任务，影响辖区内人民生命安全和经济损失。预防推力瓦烧损事故发生应在平时检修与保养时，对推力瓦进行仔细检查，不仅要从设备本身,还要从推力瓦安装检修质量、运行管理等方面入手，在确保运维工作正常开展的前提下，不断优化预防推力瓦烧损处理措施。此外，长时间不运行后开机，应充分让推力瓦与镜板之间进油，保障水泵同步电动机的安全运行，确保安全度汛。