新材料新技术在大型混流泵维修中的应用

张家明，姜守尚，董金龙

（1.山东省胶东调水工程棘洪滩水库管理处，山东 青岛 266100；2.江苏省江都水利工程管理处，江苏 扬州 225200）

新材料新技术在大型混流泵维修中的应用

张家明1，姜守尚1，董金龙2

（1.山东省胶东调水工程棘洪滩水库管理处，山东 青岛 266100；2.江苏省江都水利工程管理处，江苏 扬州 225200）

针对在胶东调水工程棘洪滩泵站大修中存在的问题，结合工作实际将新型填料、新型水导轴瓦等材料应用到机组大修中；利用光学合像水平仪调整转子水平、采用局部加热校正转子轴线摆度等新技术应用，改进了传统施工工艺和流程，效果较好。

混流泵；填料；轴瓦；转子水平

山东省胶东调水工程是国内较早采用梯级泵站引水项目，棘洪滩泵站作为入库泵站自1989年建成以来，经过近30年运转设备陈旧老化，在急需大规模整体性改造升级同时，又面临自2013年以来胶东半岛持续干旱，泵站引水任务繁重与工程改扩建的矛盾，期间设备大修的频次和强度大幅增加。这迫切需要在机组大修中应用新工艺、新技术以及新型材料，延长大修周期，缩短大修工期，满足当前泵站的引水需要。

1 新材料的应用

1.1 新型填料

大型立式混流泵的密封填料在60°出水弯管上方的轴孔处，具有防止泵体内水外溢的作用，通常采用分半式结构，由填料盒、填料压环组成。近年来，由聚四氟乙烯制作的填料，在棘洪滩泵站应用取得良好效果。该填料具有止水效果好、摩擦系数低、轴颈磨损小的优势，化学稳定性和热稳定性好以及硬度低等特点，这种材料也是在电机中广泛使用的弹性金属塑料导瓦主要成份。聚四氟乙烯是典型的软而弱聚合物，大分子间的相互引力较小，在外界应力作用下会变形，可减小泵轴起动阻力，使之从起动到运转都十分平稳。在本站运行2万小时后发现对轴颈磨损小于0.05 mm，这样可以有效避免对泵轴的磨损，减少维修工作量，降低大修费用。当然也存在填料自身磨损率高、造价高等缺点，需要定期更换。

1.2 新型水导轴瓦

水导轴瓦在大型立式混流泵中通常由上水导和下水导两部分组成，是承受水泵转动部分径向力、减小摆度、减低机组震动幅度的重要部件，可以有效避免发生叶轮碰壳事故。在大型混流泵中水导轴瓦通常是普通橡胶轴瓦，运行一段时间后，橡胶面会出现硬化、龟裂等裂缝现象，严重时会出现橡胶面的局部脱落。水利部颁布的泵站安装技术规范规定水导轴承轴瓦单边间隙0.05～0.25 mm，由于橡胶的磨损，间隙会超过0.25 mm上限，水导轴承丧失支撑、稳定泵轴作用，使机组震动幅度增大。橡胶轴瓦的耐磨性能较差，一般运行1万小时左右，轴瓦与轴颈磨损严重，需进行大修，轴颈要进行喷镀，轴瓦要更换。

目前包括本泵站在内的多个泵站使用的各种材料轴瓦，如聚氨酯合成橡胶、弹性金属塑料（聚四氟乙烯塑料）、赛龙材料、陶瓷材料，可以有效避免轴瓦耐磨性能差的劣势。普通橡胶轴瓦运行时间通常在1万～1.5万小时；聚氨酯合成橡胶轴瓦运行时间通常在3万～4万小时；赛龙材料和弹性金属塑料运行时间通常在5万小时以上。

从经济成本和使用寿命以及后期维护管理等方面综合考虑，本站采用赛龙轴瓦进行改造，赛龙轴瓦具有良好的自恢复性，具有耐冲击的特性，并且加工工艺简便。在使用赛龙材料轴瓦时需要特别注意水导轴承的密封防漏，由于在水压作用下，泥沙会随着河水渗进轴承内部造成磨损，这可以在周期性中修中更换水导轴承的止水密封圈解决。需要注意的是，由于赛龙材料水膨胀系数大，在安装水导轴承时，轴瓦单边间隙以泵轴直径的0.3%为宜，否则会出现抱死泵轴现象，电机无法转动导致过负荷跳闸。

2 新技术的应用

2.1 利用光学合像水平仪调整转子水平

根据水利部颁发的 《SL317-2004泵站安装及验收规范》要求，大型立式混流泵在安装底座、导叶体、推力轴瓦水平度分别为：0.07 mm/m、0.04 mm/m、0.02 mm/m。在如此高精度的要求下，采用传统的框式水平仪已经不能满足要求。框式水平仪每格0.02 mm量程±0.12 mm，精度低、量程小、操作繁琐，在调整导叶体等大型装备时，由于调整范围较大，需要经过几天时间按量程逐步调整，工作效率极低，而且由于精度低，最终水平度达不到规范要求。

棘洪滩泵站在2013年大修3#机组时，采用光学合像水平仪进行测量水平。该水平仪精度为0.01 mm/m，量程为±5 mm/m，分主辅尺两个标尺，在水平仪侧面刻有10 mm的主尺，5 mm处作为水平基准点，若小于5则水平读数为负值，若大于5则水平读数为正值，数值大小为刻度尺读数与5的代数差。辅尺在水平仪的上方，刻有100丝的正负旋转钮，通过调整旋钮使水平仪上方两半圆气泡重合时，读出辅尺刻度。这样，主尺与辅尺的读数相加为最终水平值。

这种大范围量程，高精度的水平仪适合调整导叶体、转子等大型装备水平度，在测量过程中很容易找到倾斜的最大和最小值方位，调整水平有针对性、有方向性，通常几个小时就可以调整完成，过去使用的框式水平仪要用几天时间。新技术的使用提高了劳动生产率，提高了安装精度，符合新版的泵站安装技术规范。

2.2 局部加热校正转子轴线摆度

所谓轴线摆度是指在转子转动过程中，电机轴和泵轴形成的轴中心线始终围绕着理论中心线转动，而实际的转动轨迹总是围绕着中心线有一定的偏角和半径形成的椭圆形曲线。轴线摆度允许误差在技术规范中有明确的要求，摆度过大会增加轴颈与轴承的磨损、增加机组震动、产生过高的噪音，所以摆度校正是衡量机组大修成败的重要指标。传统校正摆度方法有两种：一种是处理电机镜板与推力头之间的绝缘垫，另一种是在电机轴与泵轴联轴器结合处垫铜皮。这两种方式校正轴线摆度极易造成绝缘垫厚薄不均匀引起镜板变形，最终导致摆度值不规则变化；另外，联轴器垫铜皮需要反复拆装联接螺栓，不但效率低下，并且由于反复拆装导致螺栓破损。这些传统的摆度校正方法需要十几天时间才能完成。

局部加热校正摆度原理：根据材料力学理论，利用泵轴本身材料机理特性，采用局部高温加热产生的正应力超过泵轴的屈服强度，但没有超过其抗弯强度，发生的细微塑性变形，实现校正转子轴线摆度目的。

采用焊炬在泵轴根部加热，加热的方位是摆度偏大点对面侧，在水导轴颈处架设百分表，当加热温度升至500～550℃时，百分表读数逐渐增大，直到增加到摆度值的3倍时停止加热，迅速用水冷却，由于泵轴自重超过了该温度下金属的屈服强度，泵轴就产生相反方向的塑性变形，等待1～2小时后再测量摆度。如此反复2～3次，测量的摆度就会符合规范要求。

3 结语

近年来，随着胶东调水工程的长期满负荷运转，泵站机组维修、保养任务日趋繁重，新技术新材料的研究及应用日益迫切，逐渐受到上级主管部门重视。本文结合工作实际，针对在胶东调水工程棘洪滩泵站大修中存在的问题，将新技术、新材料应用到机组大修中，改进了传统施工工艺和流程，不仅提高工作效率而且延长设备使用寿命，在实际应用中取得了良好效果，为不断创新大型立式混流泵安装维修奠定基础。

[1] 廖昌果.弹性金属塑料瓦在宋庄泵站中的应用[J].小水电, 2009(04).

[2] 宗尚志.水泵直轴方法在实际生产检修中的应用[J].江西电力职业技术学院学报,2003(03).

（责任编辑崔春梅）

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1009-6159（2017）-05-0021-02

2016-12-16

张家明（1979—），男，工程师