弹性金属塑料瓦的认识

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1、弹性金属塑料瓦的认识摘 要：弹性金属塑料瓦在丹江电厂已运用多年，通过多年来的检修与维护，积累了一定的经验，本文主要从金属塑料瓦的结构、 优缺点、认识误区、检修这几个方面，对弹性金属塑料瓦作以叙述。关键词：弹性金属塑料瓦0 前言塑料瓦的出现，给工程塑料在水轮发电机组上的运用开辟了一条新路，我国从90 年代开始引进塑料瓦，到目前为止，许 多大容量的水轮发电机组（特别是新建的电厂）的推力瓦、甚至导瓦都采用塑料瓦。1 弹性金属塑料瓦的结构：右 图弹性金属塑料瓦的示意图： 1 氟塑层2弹性层3 基体从右图1 中可以看出弹性金属塑料瓦由瓦基、弹性层、氟塑层 三部分组成，复合层（由弹性层、氟塑层组成）是在弹

2、性模量较高 而又稳定的弹性层表面覆盖一层较薄的氯四氟乙烯组成的（表面的 氯四氟乙烯的厚度一般为2mm2.5mm，这主要是根据液体润滑的 原理，推力瓦面上各点承受的压力是不相同的，中间压力大，四周 压力小，而塑料的弹性模量很低，在压力的作用下容易变形，如果 太厚，会使得瓦面在油膜压力的作用下出现不平，这样不利于油膜 的形成。弹性层的作用是提高瓦面的弹性模量，克服因聚四氟乙烯 弹性模量太低带来的影响，从而达到减小变形的目的。由于聚四氟 乙烯无法与瓦胚联结，需要弹性层作为中间层来过渡，通过焊锡采 用钎焊的方式与瓦胚连接为一体，这种弹性层是用青铜丝通过一定的工艺压制而成的。2 弹性金属塑料瓦的优、缺点

3、2.1、弹性金属塑料瓦的优点一是承载能力强。氟塑料瓦的平均单位压力一般可用到6.5 MPa7.0MPa,最大可达11MPa,而钨金瓦的平均单位压力一般为4 MPa 6MPa。二是耐高温。钨金瓦的运行温度一般限制在70C左右，其允许油膜温度为85C90C；氟塑料瓦由于可导热性差，其运行温度 一般比钨金瓦低20C左右，但其允许油膜温度可达100C110C。三是瓦的变形小。氟塑料瓦在塑料层下面压铸有一层青铜丝弹性层，具有一定的弹性，受压时能自动改善瓦面的压力分布，自调 节性能好，使其机械变形减小，对轴瓦弯曲补偿能力比巴氏合金瓦相对要大。同时由于聚四氟乙烯塑料层导热性差，瓦面热量不易传 给瓦体，减小了

4、瓦体的热变形。四是有减振特性，可降低转动部分到固定部分的振动。 五是检修维护方便，无需刮瓦，其绝缘性远远优于巴氏合金瓦。2.2、弹性金属塑料瓦的缺点 从表1中可以看出塑料瓦的最大问题是硬度和弹性模量很低，其硬度仅为巴氏合金的 1/7，弹性模量仅为巴氏合金的1/160，这 表明其抗磨性差且较为容易变形。如果导叶止漏不好，高水头电站采用氟塑料瓦后将造成停机困难，且停机后易发生自转，故被迫采用停机时长期加闸的措施，因 而增加了开停机的操作程序。我厂部分机组在停机状态下经常发生机组自转，为此不得不将制动闸投入。氟塑料层与钢坯开裂。氟塑料层与钢坯的焊接采用特殊工艺，如果制造厂家焊接工艺不好，容易造成氟塑

5、料层与钢坯开裂的现象。 烧瓦后难以修复，且祸及镜板，污染油质。烧瓦基本上是一整套瓦受损害。寿命较短，从实际运行情况看很难达到40年（我厂#3机推力弹性金属塑料瓦的寿命也只有十几年），而钨金瓦已有安全运行50年 以上的。表1：巴氏合金与聚四氟乙烯主要性能指标对比摩擦系数（p）熔点（C）线膨胀系数*10-6c弹性模量E （GPa）硬度(HB)热变形温度（C）有润滑无润滑固相点液相点巴氏合金0.0050.282403702363.430聚四氟乙烯0.041200.44.5553 弹性金属塑料瓦应用认识误区1、塑料瓦运行时的瓦温一些资料在介绍氟塑料瓦时，都把机组满负荷运行时的瓦体温度高低作为主要指标，

6、认为瓦温低，瓦的质量就好,笔者认为同一台 机组，钨金瓦更换成氟塑料瓦，瓦温是高是低，很难以一个简单数值来说明。主要原因是，瓦温测量点位置在瓦更换后变化不大，但两种瓦的特性发生了根本性的变化，测量反映的数值仅仅是两种类型瓦的 瓦体温度，氟塑料瓦瓦体温度可能要低于钨金瓦瓦体温度，而真实的瓦面运行温度，氟塑料甚至要高于钨金瓦瓦面的运行温度。这主 要是由于测温元件距离瓦面有一定的距离，温度计的读数与实际温度有一个差值，这个差值与材料的导热系数有关，聚四氟乙烯的导 热系数比巴氏合金的导热系数要低的多，例如某厂更换塑料瓦时曾做过较为全面的测试，在满负荷运行时，瓦面的最高温度为78C, 而温度计反映的最高温

7、度只有50C，两者相差近30C。据资料介绍巴氏合金的瓦面实际温度与温度计测量值相差约7C10C，同一 台机，原来使用巴氏合金瓦时，温度计反映的最高温度为58C，推算到瓦面的温度不到70C，就是两台相同型号机组更换的两套氟 塑料瓦，温度计测量反映的“温度”也很难作为标准来判定瓦的优劣。因为氟塑料瓦的结构包含瓦基、弹性层、氟塑料层。每套瓦（或每 块瓦）都存在差异。而影响瓦体测量温度的因素很多，如：氟塑料层的厚度、测量点周向、径向、纵向位置，流量、水头、负荷、冷却 水量以及推力轴承的支撑结构等。因此，用“瓦温”来判别其质量优劣既不科学，也无实际意义。瓦温只是监控机组运行的重要参数。2、断水运行对于钨

8、金瓦运行，推力油冷器是不允许断水。而氟塑料瓦能够耐较高温度。因此，一些资料介绍，氟塑料瓦能够较长时间断水运 行，1小时至数小时不等。国内有些电站也有机组做过类似试验，时间多半在12小时以内，机组正常运行推力油冷器能否短时间断 水运行，由许多因素决定的。推力油冷器的作用是通过冷却器吸热来平衡摩损产生的热量建立一个动态平衡，使瓦温稳定在一个能维持机组正常运行的区域。 断水运行时使动态平衡在较高的量值上，即摩擦损耗生热与推力外壁散热建立一个动态平衡，这种动态平衡的维持与机组的结构，推 力负荷的大小，推力支撑方式等都有密切的关系。某种型号的机组能够断水运行数小时，不能简单判定其它机组就能断水运行。就是

9、 同一台机组，季节、水头、流量发生变化时，这种动态平衡也随之发生变化。有些电站屡次发生氟塑料瓦烧损事故，其中有冷却器断 水后造成的，氟塑料瓦能断水运行，极易误导人们放松对推力系统的监视，导致恶性事故发生。3、氟塑料瓦烧损有关资料介绍，氟塑料瓦发生烧瓦时，某块瓦发生烧瓦不波及其它瓦（即相邻瓦），实际发生的烧瓦事故，并不如此。某块瓦发生烧瓦时，局部温度将激剧升高，油温迅速上升，粘度降低，随着轴的旋转，必将影响周围瓦的温度场和压力场。在负 荷不变的情况下，压力场承受不了机组负荷，镜板与氟塑料瓦将直接局部接触，由于氟塑料为热的不良导体，温度测量反应较慢，待 人们发现时，后果已经非常严重，导致镜板与瓦严

10、重损毁，某电站多次出现的情况就是如此。氟塑料瓦烧损程度取决于发现温升超限 到停机之间的时间长短，时间越久，镜板和瓦（整套瓦）损毁的程度越严重。4、氟塑料瓦的摩擦系数巴氏合金瓦与金属的干摩擦系数一般控制在0.150.20。聚四氟乙烯与金属干摩擦系数为0.050.10。推力轴承不可能在干摩擦 工况下运行，正常运行工况属流体动力润滑。传统轴承润滑理论认为：流体动力润滑工况由于两摩擦表面不直接接触，表面相互滑动 时只在流体分子间发生摩擦，因而流体动力润滑的摩擦性质完全取决于流体粘性（温度、粘度等），与摩擦表面的材质无关，所以氟塑 料瓦的低摩擦系数并没有太大的优越性。对于正常运行的推力轴承来说，使用合金

11、瓦还是使用氟塑料瓦并没有太大的差别，只是在机 组开始启动的一段时间及停机的最后一段时间，由于油膜厚度接近于零，轴承处于边界润滑状况，轴承的润滑条件不好，有可能处于 半干摩擦状态，这时候氟塑料瓦的低摩擦系数的优越性才表现出来。5、高压油顶起装置高压油顶起装置是为了使机组在开停机过程中能保持较好的润滑而设置的，如果塑料推力瓦能设置高压油顶起装置则只有好处没 有坏处，但塑料推力瓦表面的塑料层不足2mm，下面的弹性层又封不住油，所以塑料推力瓦无法设置高压油顶起装置，而并不是因为 塑料瓦可以取消高压油顶起装置，近几年有些电厂就塑料瓦上实现高压油顶起功能作过一些尝试，效果不理想。4 弹性金属塑料瓦运行中应

12、注意的问题1、机组加闸转速。机组在低转速下运行会导致瓦磨损加剧，笔者查阅相关运行经验资料，大部分机组的制动转速为额定转速的 15%25%，很少有 10%的。国内有些厂商片面宣传氟塑料瓦的优点，提出允许在额定转速10%以下进行制动，甚至允许惰性停机。 笔者认为从安全考虑，加闸转速降低到额定转速的 20%左右为好，对于惰性停机在一般情况下最好也不要采用。2、报警与事故停机温度整定。由于氟塑料瓦导热性差，其导热系数约为巴氏合金的 1/130，所以瓦表面与瓦体温度差较大，纯聚 四氟乙烯（白色）瓦面与瓦体温度差值约为25C30C，汉性聚四氟乙烯（灰色）瓦面与瓦体温差约为20C30C，而且反应速度慢有 时

13、要迟20 min30min。所以报警温度与事故停机温度必须进行相应调整。国家电力公司提出：在正常（最高）稳定的瓦温基础上增加 4C6C为报警温度，再增加2C3C为停机温度是切实可行的。运行中，监控氟塑料瓦温是确认机组是否正常运行的主要手段，应 主要监视瓦温的变化幅度，要掌握机组在一年内瓦温的变化规律来控制瓦温，以保证机组的安全运行。3、关于顶转子。频繁顶转子和顶转子时间长对机组没有益处，高压憋劲时间越长，高压油泵、油管路、风闸密封等损害的机会越 多。对氟塑料瓦，镜板脱离瓦的时间长短不同，但效果一样。顶转子的高度也需要限制，只要保证镜板与瓦脱离即可。根据运行经验 和查阅运行有关文献，建议停机20

14、d后起动机组顶转子较为适宜。4、制造质量。目前弹性金属氟塑料瓦市场较混乱，一套瓦至少要3年时间的正常运行考验，如果瓦面四周与钢坯不开裂，瓦面不 开裂，应该说瓦的质量对安全运行是不会有问题的。如果质量不好，瓦面四周与钢坯开裂脱焊，破坏瓦的整体性，导致瓦磨损加剧， 势必影响机组运行，因此在新瓦验收以及每次检修抽瓦检查时，应重点检查瓦面于基体的焊接质量。5 弹性金属塑料瓦的检修 对于弹性金属塑料瓦的检修，如沿用巴氏合金瓦的检修工艺显然是不行的，而在各种关于弹性金属塑料瓦的介绍中，对于其检修 工艺也是泛泛而谈，因此笔者根据丹江电厂在弹性金属塑料瓦检修中采用的一些方法以及结合有关的资料，详细地对检修工艺

15、作予以 叙述。1、弹性金属塑料瓦检修过程中的注意事项 弹性金属塑料瓦表面严禁修刮和研磨；检修前应将其清扫干净，检修完毕回装前，必须在瓦面涂上干净的透平油；在拆装过程中防止 划伤及碰撞。2、弹性金属塑料推力瓦检修工艺1）弹性金属塑料推力瓦检修前应具备的条件是推力油槽内油已排完、推力冷却器已拆除；水轮发电机转动部分重量已转移到风闸上； 推力瓦测温元件已拆除。2）拆除推力瓦挡块，紧上专用吊环，将推力瓦拉出，放在专用的瓦架上,用绸布及无水乙醇将瓦面清扫干净。3）弹性金属塑料推力瓦瓦面检查：瓦面光滑（瓦表面粗糙度为Ral.6）、无裂纹，塑料层内无夹渣、分层以及明显的气孔，瓦面进油 边完好；复合层与钢制瓦胚结合应密实、牢固，局部空洞、脱壳和结合不良缺陷不应超过相关的规定；复合层与瓦胚的四周无脱壳和 缺损，瓦面周边均匀整齐。4）瓦面划痕检查:测量并记录瓦面划痕的深度、长度以及分布情况。深度0.20 mm长度不超过50 mm的表面划痕每块轴瓦上不超过1条；连续的水平划痕深度不超过0.05 mm,边缘部分长度不超过20 mm；相邻水平划痕之间距离不小于3.5 mm,总面积不超过轴 瓦面积15。5）瓦面以下缺陷处理后，可继续运行：瓦面个别铜丝裸露，用平头和圆头工具能将其轻轻敲入，且低于工作面1 mm以下的；个别 硬物嵌于表面，取出后并未穿透氟塑料层，且直径小于 2 mm 的。6）瓦面磨损检查