FZF03系列彈性金屬塑料瓦概述

■前言

大連三環公司研製開發擁有自主知識產權的FZF03C通用型彈性金屬塑料瓦，已生產19年，產品諸多優異性能得到用戶的普遍認可。產品為國內外各大電機廠、水電設備公司等几十個發電設備製造廠家和齒輪箱製造廠家常年配套供應。產品在葛洲壩、丹江口、小峽等電站3200多臺大、中、小型水電機組推力軸承、導軸承長期安全可靠運行。

    為滿足市場對產品使用性能的更高要求和市場規模需求。2005年在國內率先進行特大型彈性金屬塑料瓦產業化建設。塑料瓦產業化進行了產品創新、工藝創新及產品檢驗技術創新，建成國內生產規模最大，工藝技術水平先進的彈性金屬塑料瓦專業製造廠。在生產上首創採用真空浸錫釬焊新工藝，確保釬焊結合質量。採用超聲波檢測技術進行復合材料釬焊質量的檢驗和控制。

2007年中國電力企業聯合會組織行業專家進行“全國水輪發電機塑料瓦推力軸承運行情況調研” ，通過對11個大型水電站75台機組使用國內外塑料瓦情況的調研，實際使用壽命一般未超過17年。調研報告提出：“希望塑料瓦製造單位重視使用壽命的研究，早日實現預期壽命；釬焊質量對塑料瓦的磨損和使用壽命有直接影響，建議研究採用科學的檢測方法”；報告中還指出：“調研組參觀考察了大連三環公司。我國塑料瓦的研製和生產經歷十多年，走過了引進技術、消化吸收、自主創新、研製開發的道路，已形成了以大連三環公司等企業為代表的一支研究、開發、製造水輪發電機推力軸承彈性金屬塑料瓦的產業化、專業化隊伍。具有生產特大型機組推力軸承彈性金屬塑料瓦的能力”。

大連三環公司不斷致力于產品創新，總結了近20年生產實踐經驗，為滿足市場更高的使用要求，2008年和2009年相繼推出了新一代FZF03E環保型高性能塑料瓦和FZF03EW環保型水潤滑塑料徑向瓦。

 

■產品分類

大連三環公司生產的FZF03系列彈性金屬塑料瓦按瓦面材料、潤滑介質的不同共分成三個系列，即：

第一系列：FZF03C通用型彈性金屬塑料瓦—非環保產品，適用於油、脂潤滑；

第二系列：FZF03E環保型高性能塑料瓦—環保高耐磨產品，適合油、脂潤滑；

第三系列：FZF03EW環保型水潤滑塑料徑向瓦—環保高耐磨產品，適合水潤滑。

 

■優異的摩擦磨損性能

FZF03系列彈性金屬塑料瓦的優異性能主要是由彈性金屬塑料瓦面表現出來的，塑料瓦面以金屬絲多孔彈性墊為基體，與改性聚四氟乙烯模壓復合，經高溫燒結塑化而成的低摩擦、自潤滑復合材料，其自潤滑性能非常好，聚四氟乙烯是目前為止塑料中摩擦係數最小的一種自潤滑材料，經過改性，其自潤滑性、耐磨性比純聚四氟乙烯顯著提高。且改性后聚四氟乙烯對金屬的親和力特別強，在無油潤滑或邊界潤滑狀態下，當滑動摩擦時，聚四氟乙烯立即向對磨的金屬表面轉移，形成牢固的固體“轉移膜”，使摩擦變成了聚四氟乙烯之間的摩擦，從而使摩擦磨損條件得到了改善，其摩擦磨損係數非常小，故軸瓦的使用壽命很長。

塑料瓦表面摩擦材料耐磨性能的優劣， 對塑料瓦使用壽命和安全可靠運行影響非常大。軸瓦耐磨性能較差時，易產生磨屑，特別是初始運行磨合階段和起、停機時線速度低於潤滑邊界條件下磨屑增加，由於塑料磨屑密度小，漂浮在油面上，當油過濾器不能有效將漂浮物全部濾除時，磨屑在旋轉部件攪拌的作用下完全混入潤滑油中，導致損傷軸瓦表面，甚至發生磨屑在進油邊部位積聚堵塞楔形進油邊，無法建立流體動壓潤滑油膜，這時瓦面出現嚴重磨損（瓦面沿圓周出現淺犁溝狀磨痕），嚴重時軸瓦發生燒損。因此，保証塑料瓦具有更高的可靠性和安全裕度，進一步提高表面摩擦材料的耐磨損性能是非常重要的。

新一代環保型塑料瓦表面摩擦材料由兩種高性能添加材料對聚四氟乙烯增強改性后，在保証環保要求和不降低摩擦性能的前提下，提高耐磨損性能，滴油潤滑時的磨損係數為4.69 ×10－11 cm3/（N·m）、摩擦係數為0.015～0.035。採用高耐磨特種高分子材料和高強度纖維增強改性聚四氟乙烯，形成以高強度纖維為骨架，均勻分布的高耐磨特種高分子材料為耐磨質點，聚四氟乙烯為固體潤滑基體提供低摩擦的環保型高性能化復合材料。高強纖維均勻分布于樹脂之間，形成無序縱橫交錯的網格骨架，提高了摩擦材料的抗壓縮和抗剪性能，大幅度提高摩擦材料的耐磨損性能，同時增加了摩擦材料與金屬絲多孔墊之間的結合牢度。由於該復合材料瓦面的耐磨性能大幅度提高，產品的使用壽命明顯延長，在正常運行條件下，推力瓦的預期使用壽命可達40年。

新一代環保型塑料瓦表面材料有良好的親水性並且抗泥沙，水潤滑性能非常優越，用水作為潤滑介質時，有良好的低摩擦性能和極佳的耐磨損性能，水潤滑時磨損係數小至9.0×10-9 cm3/（N·m），在油水混合潤滑工況條件，軸瓦仍可安全運行。且軸瓦水潤滑時摩擦功耗比稀油潤滑低14％，比巴氏合金軸承稀油潤滑低19％，比滾動軸承脂潤滑低30％，是一種節能環保型高科技新材料。

以立式水輪發電機組上使用的軸瓦為例，在正常的運行條件下，軸瓦是在液體動壓潤滑的狀態下工作的。工作時形成的液體動壓潤滑油膜將瓦面與鏡板（或軸頸）分開，使軸瓦處於良好的工作狀態。但是，當機組處於起動、停機或出現其它意外情況，使液體潤滑油膜不能形成或受到破坏時，軸瓦將處於邊界摩擦狀態（邊界潤滑狀態），這時傳統的巴氏合金瓦將出現磨損、粘着甚至燒瓦現象。而新一代環保型塑料瓦在較低的摩擦速度下，也可以建立起流體動壓潤滑油膜。這一特性使軸瓦在起、停機階段或速度較低的使用工況下仍可安全可靠工作。不但可使機組處於正常的運行狀態，而且軸瓦還有着相當長的使用壽命。另外，彈性金屬塑料復合材料瓦面具有獨特的自調性能，改善瓦面接觸壓力和各瓦之間的受力狀況呈均勻分布，復合材料瓦面還具有良好的隔熱性，有效減小瓦基的熱變形，確保軸瓦安全可靠運行。彈性金屬塑料瓦的這一系列優異性能，是由組成這種產品的材料和結構所賦予的。

 

■瓦面材料的設計

眾所週知，純聚四氟乙烯的耐磨性差，壓縮蠕變性大，尺寸穩定性差，導熱性差。改性聚四氟乙烯是在純聚四氟乙烯中加入金屬填料（如銅粉、鉛粉等），來提高其彈性模量、抗磨性及導熱係數。這種改性聚四氟乙烯材料的優異性能在彈性金屬塑料推力瓦和油導瓦上得到了充分的發揮。但是隨着塑料瓦應用領域的拓寬，添加金屬填料后，雖然提高了它的部分性能，但亦不能滿足一些特殊領域的要求。為了使瓦面更加適應以水為潤滑介質的工作環境，經不斷的研究和試驗對比，在原有改性聚四氟乙烯中添加有機高分子材料研製成的水輪機水潤滑導軸承，其瓦面耐磨性和使用壽命顯著提高。近年來,隨着國產大型立磨減速機的研製成功，對其使用推力瓦的性能要求越來越高，針對立磨減速機運轉速度低，潤滑油粘度大，使用工況複雜，衝擊載荷較大等使用特性，為了提高瓦面材料的抗拉強度，在聚四氟乙烯中添加了增強纖維（如玻纖、碳纖和凱英拉短纖維），同時考慮到立磨減速機運轉速度低液體動壓潤滑油膜不易形成這一特性，在上述瓦面材料的基礎上進一步改進，添加了聚苯脂、二硫化鉬和石墨等，使瓦面的強度、減磨耐磨性能有了更大提高。瓦面材料經過優化組合和實驗對比確定最佳配方，其抗磨性能提高150倍以上，相應的彈性模量也有較大提高，摩擦係數小，干摩擦時小至0.14，滴油潤滑時小於0.04。

綜上所述，瓦面材料的設計選擇要根據它的綜合性能，並結合具體的使用條件來確定。添加金屬填料可提高聚四氟乙烯的抗蠕變性、硬度及尺寸穩定性，但自調性下降。大量填充增強纖維可使其耐磨性大幅提高，最大可增加500倍以上，但自調性下降，而且摩擦係數不穩定。因此，在選擇瓦面材料時不能只追求某一種性能的突出，而要根據具體的使用條件，綜合考慮各種性能，使其更加適應該工作條件。這樣就可大大提高軸瓦使用的安全性和穩定性。

迄今為止，大連三環公司經過對瓦面材料的優化，已經在不同領域、不同工況條件下，有針對性的使用了十幾種不同配方的瓦面。現在三環公司全體科技人員正在不斷努力，運用先進的技術手段，研製新的材料，不斷提高產品的綜合性能，拓寬應用領域。用我們不斷髮展、不斷創新的產品來滿足用戶需要。

 

■製造能力和品質

    大連三環公司FZF03系列彈性金屬塑料瓦產品已形成專業化、規模化生產，擁有各種先進的大型生產設備，生產出高品質塑料軸瓦。塑料瓦專業製造廠，製造的推力瓦單瓦面積最大可達5000㎝2/塊，具備巨型水電機組推力軸承塑料瓦和大型徑向塑料軸瓦的製造能力，可滿足1000MW世界級最大水電機組推力軸承的需求。塑料瓦產品從設計（包括潤滑程序計算）到產品製造、質量控制、產品檢驗、售前、售中、售后服務等具備完善的質量保証體系。

    塑料瓦製造過程中，塑料瓦面與鋼基體的釬焊工序是最關鍵的，釬焊質量直接影響產品的使用性能和壽命。大連三環公司在國內首創採用真空浸錫釬焊新工藝。解決了目前業界普遍對瓦面金屬絲多孔墊浸焊料（浸錫）均在大氣條件下進行，孔隙中的空氣無法徹底排除，導致金屬絲孔隙中不能完全填充滿焊料，且結合面容易被空氣中的氧氣所氧化，由此不但影響釬焊結合質量，而且影響產品彈性模量的均勻性。

大連三環公司根據多年的塑料瓦生產實踐，總結制定的企業標準《彈性金屬塑料瓦釬焊超聲檢測與質量評定方法》，結束了我國塑料瓦行業釬焊質量多年來無科學檢驗方法的曆史、產品質量控制難、質量不穩定的局面，填補了空白。依據該標準進行釬焊質量的檢驗與控制，使產品的質量得到進一步的提高，為機組的安全、平穩、長期高效運行提供有力保障，使企業創造出更大的經濟效益和社會效益。

 

■產品應用

FZF03C通用型塑料瓦主要應用於立式、臥式水輪發電機組、齒輪箱、球磨機、水泵、冶金設備、礦山機械、船舶等行業領域，適合稀油潤滑和脂潤滑，由於瓦面中含有鉛（Pb）等重金屬元素，不符合環保要求，故使用領域受到了限制。

FZF03E環保型高性能塑料瓦是FZF03C通用型塑料瓦的更新換代產品，其應用領域與FZF03C塑料瓦完全相同。該瓦自2008年投放市場后很快被人們所認知，產品已在水輪發電機、磨煤機減速機等設備設計上採用，並在大、中型水電機組上更換壽命週期已到的早期塑料瓦。由於FZF03E塑料瓦屬環保產品，受到國外水電設備製造廠家的歡迎，產品已遠銷國外。

火電廠重要配套設備磨煤機減速機推力軸承屬重載低速且齒輪油潤滑的較苛刻使用工況。如國電內蒙東勝熱電廠磨煤機減速機推力軸承是國內某廠家提供的塑料瓦（表面呈灰黑色），投入運行后多台減速機先後發生嚴重燒瓦事故。更換FZF03E新一代塑料瓦后，瓦溫大幅度降低，燒瓦問題得到徹底解決，磨煤機均實現安全穩定運行，得到用戶好評。

FZF03EW環保型水潤滑塑料徑向瓦主要應用於水輪機導軸承、大型水泵軸承（包括礦山井下抗災搶險水泵）、船舶軸承等行業領域。新型水潤滑塑料軸承，替代傳統的水潤滑橡膠軸承，克服了橡膠軸承彈性模量低，變形大，承載能力低，易磨損，易老化，運行精度差，安裝不易調整及中斷冷卻水立即發生燒損等缺點。本產品替代巴氏合金導軸瓦，可將潤滑介質油改為水，不但降低運行成本，同時避免由於軸密封洩漏造成的油污染，有利於保護環境，該瓦自2009年投放市場以來，受到使用單位的廣氾好評。2010年，FZF03EW塑料瓦在小型立式水電機組推力軸承的水潤滑條件應用取得成功，安全可靠，降低運行成本，維護簡單，開創了水電機組推力軸承水潤滑的先例。

 

■產品製造執行標準

◇參照機械行業標準JB/T10180－2000《水輪發電機組推力軸承彈性金屬塑料瓦技術條件》；

◇參照電力行業標準DL／T622－1997《立式水輪發電機彈性金屬塑料推力軸承技術條件》；

◇三環公司企業標準Q/DLSH002－2006《彈性金屬塑料瓦》；

◇三環公司企業標準Q/DLSH011－2009《水潤滑金屬塑料軸瓦》；

◇三環公司企業標準Q/DLSH013－2009《彈性金屬塑料瓦釬焊超聲檢測與質量評定》。