彈性金屬塑料瓦的認識

1、彈性金屬塑料瓦的認識摘 要：彈性金屬塑料瓦在丹江電廠已運用多年，通過多年來的檢修與維護，積累了一定的經(jīng)驗，本文主要從金屬塑料瓦的結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點、認識誤區(qū)、檢修這幾個方面，對彈性金屬塑料瓦作以敘述。 關(guān)鍵詞：彈性金屬塑料瓦 0前言 塑料瓦的出現(xiàn)，給工程塑料在水輪發(fā)電機組上的運用開辟了一條新路，我國從90年代開始引進塑料瓦，到目前為止，許多大容量的水輪發(fā)電機組（特別是新建的電廠）的推力瓦、甚至導瓦都采用塑料瓦。 1彈性金屬塑料瓦的結(jié)構(gòu)：右圖彈性金屬塑料瓦的示意圖：1氟塑層2彈性層3基體 從右圖1中可以看出彈性金屬塑料瓦由瓦基、彈性層、氟塑層三部分組成，復合層（由彈性層、氟塑層組成）是在彈性模量較高而

2、又穩(wěn)定的彈性層表面覆蓋一層較薄的氯四氟乙烯組成的（表面的氯四氟乙烯的厚度一般為2mm2.5mm，這主要是根據(jù)液體潤滑的原理，推力瓦面上各點承受的壓力是不相同的，中間壓力大，四周壓力小，而塑料的彈性模量很低，在壓力的作用下容易變形，如果太厚，會使得瓦面在油膜壓力的作用下出現(xiàn)不平，這樣不利于油膜的形成。彈性層的作用是提高瓦面的彈性模量，克服因聚四氟乙烯彈性模量太低帶來的影響，從而達到減小變形的目的。由于聚四氟乙烯無法與瓦胚聯(lián)結(jié)，需要彈性層作為中間層來過渡，通過焊錫采用釬焊的方式與瓦胚連接為一體，這種彈性層是用青銅絲通過一定的工藝壓制而成的。 2彈性金屬塑料瓦的優(yōu)、缺點 2.1、彈性金屬塑料瓦的優(yōu)點

3、 一是承載能力強。氟塑料瓦的平均單位壓力一般可用到6.5MPa7.0MPa，最大可達11MPa,而鎢金瓦的平均單位壓力一般為4MPa6MPa。 二是耐高溫。鎢金瓦的運行溫度一般限制在70左右，其允許油膜溫度為8590；氟塑料瓦由于可導熱性差，其運行溫度一般比鎢金瓦低20左右，但其允許油膜溫度可達100110。 三是瓦的變形小。氟塑料瓦在塑料層下面壓鑄有一層青銅絲彈性層，具有一定的彈性，受壓時能自動改善瓦面的壓力分布，自調(diào)節(jié)性能好，使其機械變形減小，對軸瓦彎曲補償能力比巴氏合金瓦相對要大。同時由于聚四氟乙烯塑料層導熱性差，瓦面熱量不易傳給瓦體，減小了瓦體的熱變形。 四是有減振特性，可降低轉(zhuǎn)動部分

4、到固定部分的振動。 五是檢修維護方便，無需刮瓦，其絕緣性遠遠優(yōu)于巴氏合金瓦。 2.2、彈性金屬塑料瓦的缺點 從表1中可以看出塑料瓦的最大問題是硬度和彈性模量很低，其硬度僅為巴氏合金的1/7，彈性模量僅為巴氏合金的1/160，這表明其抗磨性差且較為容易變形。 如果導葉止漏不好，高水頭電站采用氟塑料瓦后將造成停機困難，且停機后易發(fā)生自轉(zhuǎn)，故被迫采用停機時長期加閘的措施，因而增加了開停機的操作程序。我廠部分機組在停機狀態(tài)下經(jīng)常發(fā)生機組自轉(zhuǎn)，為此不得不將制動閘投入。 氟塑料層與鋼坯開裂。氟塑料層與鋼坯的焊接采用特殊工藝，如果制造廠家焊接工藝不好，容易造成氟塑料層與鋼坯開裂的現(xiàn)象。 燒瓦后難以修復，且禍

5、及鏡板，污染油質(zhì)。燒瓦基本上是一整套瓦受損害。 壽命較短，從實際運行情況看很難達到40年（我廠#3機推力彈性金屬塑料瓦的壽命也只有十幾年），而鎢金瓦已有安全運行50年以上的。 表1：巴氏合金與聚四氟乙烯主要性能指標對比摩擦系數(shù)（）熔點（）線膨脹系數(shù)*10-6彈性模量E（GPa）硬度（HB）熱變形溫度（）有潤滑無潤滑固相點液相點巴氏合金0.0050.282403702363.430聚四氟乙烯0.041200.44.5553彈性金屬塑料瓦應用認識誤區(qū) 1、塑料瓦運行時的瓦溫 一些資料在介紹氟塑料瓦時，都把機組滿負荷運行時的瓦體溫度高低作為主要指標，認為瓦溫低，瓦的質(zhì)量就好,筆者認為同一臺機組，鎢金

6、瓦更換成氟塑料瓦，瓦溫是高是低，很難以一個簡單數(shù)值來說明。 主要原因是，瓦溫測量點位置在瓦更換后變化不大，但兩種瓦的特性發(fā)生了根本性的變化，測量反映的數(shù)值僅僅是兩種類型瓦的瓦體溫度，氟塑料瓦瓦體溫度可能要低于鎢金瓦瓦體溫度，而真實的瓦面運行溫度，氟塑料甚至要高于鎢金瓦瓦面的運行溫度。這主要是由于測溫元件距離瓦面有一定的距離，溫度計的讀數(shù)與實際溫度有一個差值，這個差值與材料的導熱系數(shù)有關(guān)，聚四氟乙烯的導熱系數(shù)比巴氏合金的導熱系數(shù)要低的多，例如某廠更換塑料瓦時曾做過較為全面的測試，在滿負荷運行時，瓦面的最高溫度為78，而溫度計反映的最高溫度只有50，兩者相差近30。據(jù)資料介紹巴氏合金的瓦面實際溫度

7、與溫度計測量值相差約710，同一臺機，原來使用巴氏合金瓦時，溫度計反映的最高溫度為58，推算到瓦面的溫度不到70，就是兩臺相同型號機組更換的兩套氟塑料瓦，溫度計測量反映的“溫度”也很難作為標準來判定瓦的優(yōu)劣。因為氟塑料瓦的結(jié)構(gòu)包含瓦基、彈性層、氟塑料層。每套瓦(或每塊瓦)都存在差異。而影響瓦體測量溫度的因素很多，如：氟塑料層的厚度、測量點周向、徑向、縱向位置，流量、水頭、負荷、冷卻水量以及推力軸承的支撐結(jié)構(gòu)等。因此，用“瓦溫”來判別其質(zhì)量優(yōu)劣既不科學，也無實際意義。瓦溫只是監(jiān)控機組運行的重要參數(shù)。2、斷水運行 對于鎢金瓦運行，推力油冷器是不允許斷水。而氟塑料瓦能夠耐較高溫度。因此，一些資料介紹

8、，氟塑料瓦能夠較長時間斷水運行，1小時至數(shù)小時不等。國內(nèi)有些電站也有機組做過類似試驗，時間多半在12小時以內(nèi)，機組正常運行推力油冷器能否短時間斷水運行，由許多因素決定的。 推力油冷器的作用是通過冷卻器吸熱來平衡摩損產(chǎn)生的熱量建立一個動態(tài)平衡，使瓦溫穩(wěn)定在一個能維持機組正常運行的區(qū)域。斷水運行時使動態(tài)平衡在較高的量值上，即摩擦損耗生熱與推力外壁散熱建立一個動態(tài)平衡，這種動態(tài)平衡的維持與機組的結(jié)構(gòu)，推力負荷的大小，推力支撐方式等都有密切的關(guān)系。某種型號的機組能夠斷水運行數(shù)小時，不能簡單判定其它機組就能斷水運行。就是同一臺機組，季節(jié)、水頭、流量發(fā)生變化時，這種動態(tài)平衡也隨之發(fā)生變化。有些電站屢次發(fā)生

9、氟塑料瓦燒損事故，其中有冷卻器斷水后造成的，氟塑料瓦能斷水運行，極易誤導人們放松對推力系統(tǒng)的監(jiān)視，導致惡性事故發(fā)生。 3、氟塑料瓦燒損 有關(guān)資料介紹，氟塑料瓦發(fā)生燒瓦時，某塊瓦發(fā)生燒瓦不波及其它瓦(即相鄰瓦)，實際發(fā)生的燒瓦事故，并不如此。 某塊瓦發(fā)生燒瓦時，局部溫度將激劇升高，油溫迅速上升，粘度降低，隨著軸的旋轉(zhuǎn)，必將影響周圍瓦的溫度場和壓力場。在負荷不變的情況下，壓力場承受不了機組負荷，鏡板與氟塑料瓦將直接局部接觸，由于氟塑料為熱的不良導體，溫度測量反應較慢，待人們發(fā)現(xiàn)時，后果已經(jīng)非常嚴重，導致鏡板與瓦嚴重損毀，某電站多次出現(xiàn)的情況就是如此。氟塑料瓦燒損程度取決于發(fā)現(xiàn)溫升超限到停機之間的時

10、間長短，時間越久，鏡板和瓦(整套瓦)損毀的程度越嚴重。 4、氟塑料瓦的摩擦系數(shù) 巴氏合金瓦與金屬的干摩擦系數(shù)一般控制在0.150.20。聚四氟乙烯與金屬干摩擦系數(shù)為0.050.10。推力軸承不可能在干摩擦工況下運行，正常運行工況屬流體動力潤滑。傳統(tǒng)軸承潤滑理論認為：流體動力潤滑工況由于兩摩擦表面不直接接觸，表面相互滑動時只在流體分子間發(fā)生摩擦，因而流體動力潤滑的摩擦性質(zhì)完全取決于流體粘性(溫度、粘度等)，與摩擦表面的材質(zhì)無關(guān)，所以氟塑料瓦的低摩擦系數(shù)并沒有太大的優(yōu)越性。對于正常運行的推力軸承來說，使用合金瓦還是使用氟塑料瓦并沒有太大的差別，只是在機組開始啟動的一段時間及停機的最后一段時間，由于

11、油膜厚度接近于零，軸承處于邊界潤滑狀況，軸承的潤滑條件不好，有可能處于半干摩擦狀態(tài)，這時候氟塑料瓦的低摩擦系數(shù)的優(yōu)越性才表現(xiàn)出來。 5、高壓油頂起裝置 高壓油頂起裝置是為了使機組在開停機過程中能保持較好的潤滑而設(shè)置的，如果塑料推力瓦能設(shè)置高壓油頂起裝置則只有好處沒有壞處，但塑料推力瓦表面的塑料層不足2mm，下面的彈性層又封不住油，所以塑料推力瓦無法設(shè)置高壓油頂起裝置，而并不是因為塑料瓦可以取消高壓油頂起裝置，近幾年有些電廠就塑料瓦上實現(xiàn)高壓油頂起功能作過一些嘗試，效果不理想。 4彈性金屬塑料瓦運行中應注意的問題 1、機組加閘轉(zhuǎn)速。機組在低轉(zhuǎn)速下運行會導致瓦磨損加劇，筆者查閱相關(guān)運行經(jīng)驗資料，大

12、部分機組的制動轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的15%25%，很少有10%的。國內(nèi)有些廠商片面宣傳氟塑料瓦的優(yōu)點，提出允許在額定轉(zhuǎn)速10%以下進行制動，甚至允許惰性停機。筆者認為從安全考慮，加閘轉(zhuǎn)速降低到額定轉(zhuǎn)速的20%左右為好，對于惰性停機在一般情況下最好也不要采用。 2、報警與事故停機溫度整定。由于氟塑料瓦導熱性差，其導熱系數(shù)約為巴氏合金的1/130，所以瓦表面與瓦體溫度差較大，純聚四氟乙烯(白色)瓦面與瓦體溫度差值約為2530，漢性聚四氟乙烯(灰色)瓦面與瓦體溫差約為2030，而且反應速度慢，有時要遲20min30min。所以報警溫度與事故停機溫度必須進行相應調(diào)整。國家電力公司提出：在正常(最高)穩(wěn)定的瓦

13、溫基礎(chǔ)上增加46為報警溫度，再增加23為停機溫度是切實可行的。運行中，監(jiān)控氟塑料瓦溫是確認機組是否正常運行的主要手段，應主要監(jiān)視瓦溫的變化幅度，要掌握機組在一年內(nèi)瓦溫的變化規(guī)律來控制瓦溫，以保證機組的安全運行。 3、關(guān)于頂轉(zhuǎn)子。頻繁頂轉(zhuǎn)子和頂轉(zhuǎn)子時間長對機組沒有益處，高壓憋勁時間越長，高壓油泵、油管路、風閘密封等損害的機會越多。對氟塑料瓦，鏡板脫離瓦的時間長短不同，但效果一樣。頂轉(zhuǎn)子的高度也需要限制，只要保證鏡板與瓦脫離即可。根據(jù)運行經(jīng)驗和查閱運行有關(guān)文獻，建議停機20d后起動機組頂轉(zhuǎn)子較為適宜。 4、制造質(zhì)量。目前彈性金屬氟塑料瓦市場較混亂，一套瓦至少要3年時間的正常運行考驗，如果瓦面四周與

14、鋼坯不開裂，瓦面不開裂，應該說瓦的質(zhì)量對安全運行是不會有問題的。如果質(zhì)量不好，瓦面四周與鋼坯開裂脫焊，破壞瓦的整體性，導致瓦磨損加劇，勢必影響機組運行，因此在新瓦驗收以及每次檢修抽瓦檢查時，應重點檢查瓦面于基體的焊接質(zhì)量。5彈性金屬塑料瓦的檢修 對于彈性金屬塑料瓦的檢修，如沿用巴氏合金瓦的檢修工藝顯然是不行的，而在各種關(guān)于彈性金屬塑料瓦的介紹中，對于其檢修工藝也是泛泛而談，因此筆者根據(jù)丹江電廠在彈性金屬塑料瓦檢修中采用的一些方法以及結(jié)合有關(guān)的資料，詳細地對檢修工藝作予以敘述。 1、彈性金屬塑料瓦檢修過程中的注意事項 彈性金屬塑料瓦表面嚴禁修刮和研磨；檢修前應將其清掃干凈，檢修完畢回裝前，必須在

15、瓦面涂上干凈的透平油；在拆裝過程中防止劃傷及碰撞。 2、彈性金屬塑料推力瓦檢修工藝 1）彈性金屬塑料推力瓦檢修前應具備的條件是推力油槽內(nèi)油已排完、推力冷卻器已拆除；水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分重量已轉(zhuǎn)移到風閘上；推力瓦測溫元件已拆除。 2）拆除推力瓦擋塊，緊上專用吊環(huán)，將推力瓦拉出，放在專用的瓦架上,用綢布及無水乙醇將瓦面清掃干凈。 3）彈性金屬塑料推力瓦瓦面檢查：瓦面光滑（瓦表面粗糙度為Ral.6）、無裂紋，塑料層內(nèi)無夾渣、分層以及明顯的氣孔，瓦面進油邊完好；復合層與鋼制瓦胚結(jié)合應密實、牢固，局部空洞、脫殼和結(jié)合不良缺陷不應超過相關(guān)的規(guī)定；復合層與瓦胚的四周無脫殼和缺損，瓦面周邊均勻整齊。 4）瓦面劃

16、痕檢查:測量并記錄瓦面劃痕的深度、長度以及分布情況。深度0.20mm長度不超過50mm的表面劃痕每塊軸瓦上不超過1條；連續(xù)的水平劃痕深度不超過0.05mm，邊緣部分長度不超過20mm；相鄰水平劃痕之間距離不小于3.5mm，總面積不超過軸瓦面積15。 5）瓦面以下缺陷處理后，可繼續(xù)運行：瓦面?zhèn)€別銅絲裸露，用平頭和圓頭工具能將其輕輕敲入，且低于工作面1mm以下的；個別硬物嵌于表面，取出后并未穿透氟塑料層，且直徑小于2mm的。 6）瓦面磨損檢查: 瓦面刻有試驗圈的推力瓦磨損檢查：檢查其瓦面上的試驗圈的磨損狀況（在瓦面出油邊沿徑向均勻刻有3組同心圓，每組同心圓由四個同心圓組成，每個圓所刻的深度相差0.05mm即最外圈深0.05mm，最內(nèi)圈0.20mm），并做好記錄； 瓦面無試驗圈推力瓦的磨損檢查：用深度尺沿瓦面四周測量瓦面到基體的高度（瓦面四周每邊各測兩點），與設(shè)計高度相比并做好記錄；瓦面磨損量初期運行3000h的磨損量應不超過0.10mm，以后每5年不超過0.10mm。 7）瓦與托瓦接