立式水泵推力轴承常见故障分析与对策

崔恒进

[摘要]本文主要针对立式水泵推力轴承中重要部件的磨损、变形以及由此引起的润滑、调整问题，运用理论分析和探讨的方法，结合我厂多年来对设备出现问题的处理经验，进行综合分析。

[关键词] 磨损；变形；润滑；轴电流

一、概述：

1、立式水泵推力轴承是运用液体润滑承载原理的机械结构部件，主要由推力瓦块、推力盘、冷却器等部件组成。推力瓦是是整个水泵转动和固定部分的摩擦面，承受整个水泵转动部分重量和轴向推力。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，瓦块之间将产生较大温差，造成个别轴瓦温度升高，瓦面磨损量增大，甚至使瓦块乌金面烧坏，影响水泵安全运行。

2、推力轴承要保证在油润滑条件下运行，应使出油边的最小油膜厚度，符合设计值（如：大型水泵推力轴承油膜厚度一般在0.03∽0.07mm之间）。这就要求推力盘有较高的精度和较高的光洁度，推力盘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。

3、研磨推力盘和刮削推力瓦是立式水泵检修必不可少的项目。只有使推力瓦具有良好的平面性，与推力盘有良好的接触性，保证水泵启动时，在推力瓦瓦面与推力盘之间迅速建立起良好的油膜，并在水泵运转时始终保持有一定的油膜厚度而不被破坏，才能保证推力轴承具有良好的稳定性和运行的安全可靠。

    综上所述，推力轴承的磨损多发生在推力瓦与推力盘之间，解决问题的关键点就是处理好磨损、润滑方面的问题。

二、推力瓦磨损分析

1、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，立式水泵普遍所采用的是刚性支柱式， 它的缺点主要集中在检修或安装后调水平难、受力不易调整。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，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？分析原因如下：

（1）由于轴承室内有足够的润滑油，当推力盘与瓦面相对旋转时，将润滑油带进推力盘与推力瓦的接触面间，形成一层油膜，使推力盘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。由于油膜的作用，静止与转动部分两平面之间通过油膜而分开，推力盘是悬浮在推力瓦上，推力瓦与推力盘并不是处于半干摩擦或干摩擦状态，如果油膜不能有效建立，推力瓦与推力盘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）当轴承运行时，油膜厚度只有0.03∽0.07mm，因此，要求推力盘有较高的精度。第一、推力盘粗糙度高，轴承磨损量增加；推力盘表面有伤痕、硬点、毛刺等缺陷，轻则加重推力瓦磨损影响推力瓦使用寿命，重则破坏油膜出现事故。第二、推力盘在长期运行后产生微小变形，且推力盘在制造加工过程中不可避免地产生细微的波浪度，若润滑油中有杂质，杂质中的颗粒在运行中沿油流方向作悬浮运动，如果颗粒恰好悬浮至推力盘波浪度的波峰时，在推力盘或推力瓦瓦面上产生划痕。第三、因巴氏合金是浇筑在轴瓦钢面上，钢和巴氏合金的热膨胀系数不同，受热后巴氏合金易变得起伏不平，加上其它一些因素会使轴瓦产生一定的磨痕。以上三点，是影响推力盘工作面的主要因素。

（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；推力瓦刮削后一般要求放在研磨平板上研磨，研磨后达到3∽5点/平方厘米，且刀花的深浅分布要符合质量标准要求。值得一提的是：对一些因瓦温或回油温度高，经研刮处理后效果不明显的，应采取推力盘与推力瓦对磨的方法，以修正推力盘与推力瓦轻微不平行度。

（4）还有以下几方面因素也会导致推力盘及推力瓦的磨损或出现划痕：

A、推力盘精度不够，平行度较差。

B、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。

C、推力盘与主轴的垂直度不够。

（5）瓦面偏心处的圆形磨痕产生原因如下：                     

a、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运行时，由于支柱螺栓支承部位受力较大、加之刚性支柱与瓦托之间有轻微相对运动，导致局部区域温度偏高，使支承中心处的瓦面因温度升高而变形凸起，如下图。瓦面热变形导致瓦面单位压力增大，比较容易使瓦面磨
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。

（6）避免水轮机运行

   水泵在停止运行后,如果水泵出口的逆止阀关不严或液控蝶阀关闭不到位,则会引起出口水倒流，倒泄水流量与不严程度成正比。水泵在无负载情况下空转或低速运转时间过长，推力油膜被破坏，推力瓦与推力盘处于半干摩擦状态，加速轴瓦、推力盘的磨损和轴瓦的热变形。

危险油膜厚度不完全取决于推力轴承是否处于半干摩状态，而在于这种状态所持续的时间长短。应尽可能地缩短水泵在此状态下运转时间。

三、推力盘磨损分析

   以上分析的几种现象，不但可引起推力瓦的磨损，也会影响到推力盘。推力盘在推力瓦作用下，产生周期性的波浪变形，当波峰转到推力瓦上时，缝隙就会被压合；当波谷转到推力瓦上时，推力瓦和推力盘之间出现缝隙，由于体积突然扩大，产生真空，油被吸入并产生汽泡（气穴）。当汽泡突然收缩时，积聚能量加剧，并形成高能撞击推力盘镜扳表面而溃灭，重又产生汽泡，形成了气穴过程，引起了气蚀破坏。由于气蚀破坏使推力盘的镜扳表面出现了气蚀麻点、坑穴，减小了受力面积，进而扩大了气蚀区域，且这种气蚀区域为不均匀布置。这种恶性循环，不但破坏了轴线，而且促成了水泵轴系的摆度增大，使推力盘和推力瓦产生局部半干磨擦，造成水泵振动增大、推力油温、瓦温升高，也加速推力瓦、推力盘镜扳的磨损。

四、润滑用油对推力瓦的影响

立式水泵的推力轴承广泛采用液体润滑。在适当条件下，摩擦副的两摩擦表面是由一层具有一定厚度的粘性流体完全分开，液体润滑的摩擦性质完全取决于流体的粘性而与两个摩擦表面的材料无关。这种润滑有摩阻低、摩擦系数低（通常为0.001∽0.008）的特点，可以改善摩擦副的动态性能，有效地降低磨损。

液体润滑油膜的产生可分为流体动压和流体静压润滑两种，水泵推力轴承是采用流体动压润滑形成油膜来平衡外载荷的，因而涉及摩擦表面的几何形状、尺寸、间隙、流体粘度、相对运动、速度和载荷等。所以，第一、选用适当的粘度、良好的吸附和楔入能力、有一定油膜强度和稳定性以及良好的化学性能。第二、润滑油粘度随温度升高而降低，所选润滑油应具备在轴承工作温度下能形成油膜。第三、依据以上原则结合水泵的参数（主轴轴颈线速度、工作温度、载荷的大小等）选用一定牌号的润滑油。第四、降低推力轴承油温，提高推力冷却器的性能，并采取措施防止冷却器渗漏水现象。第五、选用清洁的润滑油 。

五、轴电流对推力瓦和推力盘的影响

水泵正常运行时，在主轴上会产生一定数值的电压。大型电机达轴电压达5∽15v。轴电压形成闭环（或接地），就会产生轴电流。因轴电流的存在，它在推力盘（轴颈）和轴瓦间产生小电弧的侵蚀，破坏轴瓦工作面，引起推力瓦过热甚至引起烧瓦事故。此外，由于轴电流的电解作用，也会使润滑油变黑，降低润滑性能，使轴承温度升高。

为了防止轴电流对推力盘和轴瓦的侵蚀，必须采取措施，切断轴电流回路。即在推力头与镜扳之间加装绝缘垫，使之起到绝缘和调整轴线的双重作用。

六、结论

   为保证水泵运行的稳定性，通过对立式水泵常见故障的分析，提出以下对策和解决的办法：

1、推力瓦方面

1）改善润滑油冷却效果，降低润滑油温。

2）进行推力轴承受力调整。

3）选用适合牌号的润滑油。

4）保证润滑油质量，避免油中带水带杂质。

5）在轴瓦刮削时，注意在轴瓦边缘至轴瓦中部约轴瓦瓦面积1/2的扇形区域刮低0.02∽0.03mm，刮削后瓦面达3∽5点/平方厘米。中部刮低，以减小由于支柱托瓦抵抗热变形而产生的单位压力增大和瓦面损坏。

6）提高传动主轴与推力盘的垂直度，保证推力盘、上机架水平在0.02mm/m之内。

7）避免水泵在水轮机工况下运行。

2、推力盘方面

1）保证推力盘与主轴的垂直度。

2）发现推力盘有锈蚀、划痕、磨痕等应进行研磨，研磨后推力盘表面粗糙度达到0.05μm以下。

参考文献

[1]《机械工程手册》第22篇.摩擦 磨损与润滑.北京：机械工业出版社.1980年

[2]《机械工程手册》第23篇.密封.北京：机械工业出版社，1980年。

[3] 南京电力专科学校：《工程流体力学》《泵与风机》。

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