a.我國90年代初才開始研制開發(fā)，在1989-1993年期間，彈性金屬塑料軸瓦在映秀灣、白山、鹽鍋峽、八盤峽、大化、葛洲壩等水電站機(jī)組投人試運行和運行，推力由1MN級到30MN級上了四個等級，基本取得了比較滿意的運行效果，國內(nèi)其它電站的一些老機(jī)組也希望改造，逐漸由彈性金屬塑料瓦取代巴氏合金瓦。但是，由于彈塑瓦的瓦面材料為聚四氟乙烯塑料，其性能與原巴氏合金明顯不同，一些設(shè)計參數(shù)和性能指標(biāo)需要研究和確定，在潤滑理論和制造技術(shù)等方面提出了很多新課題。目前，針對大型水電機(jī)組推力軸承應(yīng)用彈塑瓦，已進(jìn)行了一些潤滑理論研究，這些工作為彈塑瓦的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。然而，在使用中有時也發(fā)生瓦溫偏高、甚至燒瓦的情況。由于彈塑瓦的結(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜，制造成本較高，為了提高現(xiàn)場裝機(jī)運行的成功率，進(jìn)行。氟塑料層厚一般為2~3mm，青銅絲為5mm左右，用以增大氟塑料復(fù)合層的彈性模量，減小總的變形值。氟塑料是無極性螺旋直鉸鏈型的聚四乙烯聚合物結(jié)晶體，白色、無毒、無味，耐熱250弋、不燃燒、不粘附、即使融化也不會與金屬枯附，它與鋼和巴氏合金的干摩擦系數(shù)分別為//=0.04-0.08和n=0.15~0.2，具有自潤滑性，不受是否有潤滑劑的影響，安裝時不需涂動物油亦能盤車，它酎物候性好，自然老化期長達(dá)數(shù)十年之久。彈塑瓦除具有巴氏合金瓦的一些優(yōu)點外，因其復(fù)合結(jié)構(gòu)的特點，它還具有強(qiáng)的抗環(huán)境能力（即使?jié)櫥椭谢烊怂趾突覊m仍能正常工作）以及均衡負(fù)荷和嗯收振動的能力。但是，氟塑料是絕緣體，雖對軸電流起到良好的絕緣作用，但是導(dǎo)熱性能比鋼和巴氏合金低99.4%，使瓦面的熱量不容易傳散。
（2）試驗條件模擬試驗在哈爾濱理工大學(xué)軸承。模擬試驗臺最大軸向推力為392kN，主軸最篼轉(zhuǎn)速為1700i/rain.綜合中、大型電站工作條件，模擬圓周速度選擇為15.3m/s，瓦面工作負(fù)荷壓力由3.0~8MPa變化，分別測試瓦溫、油溫和電機(jī)拖動電功率，瓦溫以5、7、8處3點的平均值表示。
2模擬試驗結(jié)果及分析（1）固定工況彈塑瓦的瓦溫是在固定圓周速度i>= 15.3m/s、負(fù)荷壓力p=5.4MPa的工況條件下，分別測得的巴氏合金瓦和彈性金屬塑料瓦在油槽水冷卻時的瓦溫隨時間的變化。由圖可見，大約在40min后，兩種瓦的瓦溫都處于穩(wěn)定不變狀態(tài)，巴氏合金瓦的溫度穩(wěn)定在51.8，彈性金屬塑料瓦則穩(wěn)定在33.57，明顯比巴氏合金瓦溫低18.23.巴氏瓦和彈塑瓦的瓦溫油溫隨時間的變化（2）不同負(fù)荷壓力下拖動電機(jī)電功率拖動電機(jī)電功率反映了去掉空載時的損耗，近似于軸瓦負(fù)荷所產(chǎn)生的摩擦熱損耗。為在圓周速度u.=15.3m/s、負(fù)荷壓力由p=3.0~8MPa變化時，拖動電機(jī)電功率隨負(fù)荷壓力的變化。由圖可見，無論在低負(fù)荷壓力還是在高負(fù)荷壓力，彈塑瓦的電功率均低于巴氏瓦，并且負(fù)荷壓力越高差值越大，說明使用彈塑瓦具有較低的摩擦熱損耗。當(dāng)負(fù)荷壓力為6MPa時，巴氏瓦拖動電機(jī)電功率增加到65kW，而當(dāng)負(fù)荷壓力為6.5MPa時，巴氏瓦的拖動電機(jī)電功率急劇增加到82kW；同時，巴氏瓦的瓦溫也迅速升高到80尤，不得不中斷試驗。然而，在彈塑瓦的試驗中，即使負(fù)荷壓力增加到8.0MPa，拖動電機(jī)電功率也沒有明顯增加。此外，從的彈塑瓦在圓周速度u=15.3m/s、負(fù)荷壓力P=8MPa試驗條件下所測得的瓦溫隨時間的變化發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過40min以后，瓦溫和油溫曲線基本是24一條穩(wěn)定不變的水平線，彈性金屬塑料瓦的瓦溫為40.95.這表明彈塑瓦在較高的負(fù)荷壓力下仍能維持較好的工作性能，具有較低摩擦熱損耗。
彈塑瓦的瓦溫和油溫隨時間變化分析以上試驗結(jié)果，可以得出在圓周線速度15.3m/S條件下，巴氏瓦的安全運行負(fù)荷不大于6MPi，而塑料瓦的安全運行負(fù)荷可以達(dá)到或高于8MPa，另外還發(fā)表彈塑瓦的瓦溫始終低于巴氏瓦的瓦溫，而使用彈塑瓦時油槽溫度卻略高于B氏瓦的油槽溫度，如所示。此外，從下面水電站真機(jī)試驗的結(jié)果幾乎得到同樣的結(jié)論。為何會產(chǎn)生彈塑瓦的瓦溫偏低現(xiàn)象，這是一個值得深人研究的理論問銓。根據(jù)經(jīng)典雷諾方程建立的潤滑理論，在同樣的工作條件、瓦塊尺寸情況下，兩種瓦塊工作中發(fā)熱量是相同的，而彈塑瓦的瓦面材料為聚四氟乙烯，其導(dǎo)熱性很差，導(dǎo)熱系數(shù)為。24W/mK，比一般金屬小300多倍。在同樣發(fā)熱量條件下，彈塑瓦瓦面溫度應(yīng)比巴氏瓦高，這與試驗結(jié)果相矛盾。這里引用近年來提出的邊界滑移理論加以分析。該理論與經(jīng)典潤滑理論的不同點在于，假設(shè)聚四氟乙烯與潤滑油的界面存在滑移，滑移使得鏡板與彈塑瓦之間的潤滑油的流量增大，從而抵消或降低了因彈塑瓦瓦體熱傳導(dǎo)小而產(chǎn)生的油膜溫升，導(dǎo)致彈塑瓦瓦溫偏低。另外，從油槽溫度的測試結(jié)果也間接表明，在同樣水冷卻條件下，使用彈塑瓦導(dǎo)人油槽的潤滑油溫度略高于巴氏瓦的油溫，說明摩擦區(qū)較多的熱量被導(dǎo)出，使得彈塑瓦的油槽溫度略高。除此之外，從的拖動電機(jī)電功率測試結(jié)果可知，彈塑瓦具有較低的摩擦損耗，這是因為聚四氟乙烯材料表面能低、不粘附、摩擦系數(shù)低、具有自潤滑性使得彈塑瓦具有較低的摩擦轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生較低的摩擦熱，導(dǎo)致瓦溫較低。
3工業(yè)試驗及總結(jié)（1）工業(yè)試驗結(jié)果為考察彈塑瓦的應(yīng)用效果，本文分別制造了幾套彈塑瓦進(jìn)行裝機(jī)試驗。表1摘錄了幾個水電站將巴氏合金瓦改造成彈性金屬塑料瓦的實際運行性能記錄結(jié)果。由表1可見，無論在最低運行負(fù)荷3.2MPa，還是在最高運行負(fù)荷7.IMPa，彈性金屬塑料瓦的瓦溫比巴氏合金低12.6-22.9，這一真機(jī)試驗結(jié)果證實了試驗室模擬實驗的正確性。
表1四電站彈性金塑料推力瓦工業(yè)試驗結(jié)果電站名稱映秀海白山鹽鍋峽八盤峽機(jī)組號3號卜5號7號1號發(fā)電機(jī)容童（跚）發(fā)電機(jī)型號水輪機(jī)型號推力負(fù)荷（kN）單位負(fù)荷（Mft）圓周速度巴氏瓦平溫巴氏瓦平削1溫（t）1料瓦平均M（t）（2）彈性金屬塑料瓦應(yīng)用總結(jié)根據(jù)上述試驗結(jié)果和彈塑瓦的應(yīng)用經(jīng)驗，彈塑瓦與傳統(tǒng)應(yīng)用了近百年的巴氏合金瓦相比具有如下優(yōu)點：安裝、檢修時瓦面不需要刮研；盤車時瓦面不用涂抹動物油脂；取消篼壓油頂起裝置；啟動時不受油箱內(nèi)油的低溫限制；允許在停機(jī)以后再起動的熱工況起動；允許在10%額定轉(zhuǎn)速以下制動，以致于允許惰性停機(jī)；允許較長時間不頂轉(zhuǎn)子起動；一經(jīng)裝機(jī)以后，幾乎不需要維修，縮短整機(jī)檢修時間；簡化了開機(jī)程序，適應(yīng)快速起動、停機(jī)，使電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)壓更加機(jī)動靈活。
巴氏合金瓦改造成彈性金屬塑料瓦以后，不僅實現(xiàn)了隨時起機(jī)停機(jī)、安全可靠性高的目標(biāo)，還使水電站有可能實現(xiàn)增容挖潛和非常情況的適應(yīng)能力。例如白山發(fā)電廠五臺300MW水輪發(fā)電機(jī)組，原巴氏推瓦負(fù)荷5.7MPa，經(jīng)常因瓦溫高而被迫停機(jī)；改造成彈性金屬塑料瓦之后，盡管負(fù)荷增大到7.IMPa，但瓦溫未增大，而且機(jī)組發(fā)電容量從300MW提高到330MW，相當(dāng)于五臺機(jī)增容150MW，如同新建一座150MW的發(fā)電站，每年為電網(wǎng)提供調(diào)峰電力1.5-2八盤峽水電站只有1號機(jī)組是由巴氏合金瓦改為彈性金屬塑料瓦，2號國產(chǎn)機(jī)和3、4號瑞士進(jìn)口機(jī)尚未改造。1995年8月中旬黃河上游洪水沖擊時，致使全部水冷系統(tǒng)不能正常工作，結(jié)果2、3、4號機(jī)因瓦溫過篼而被迫停機(jī)。只有1號機(jī)工作，塑料瓦溫僅升到47.5，―直運行到洪峰過去。
4結(jié)論彈性金屬塑料瓦不僅瓦溫和油溫較低，而且承載能力也超過了巴氏合金瓦，完全可以代替巴氏合金瓦在大型水電機(jī)組中應(yīng)用。應(yīng)用中取消了篼壓油頂起裝置，具有不需研瓦，盤車時不用潤滑油，停機(jī)后即能熱起動也能冷起動，允許低速制動和惰性停機(jī)等優(yōu)點。由于彈塑瓦的耐高溫、耐磨和優(yōu)異的電絕緣性，在其它軸承系統(tǒng)中也具有廣闊的應(yīng)用前景。
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