FZF03系列弹性金属塑料瓦概述

■前言

大连三环公司研制开发拥有自主知识产权的FZF03C通用型弹性金属塑料瓦，已生产19年，产品诸多优异性能得到用户的普遍认可。产品为国内外各大电机厂、水电设备公司等几十个发电设备制造厂家和齿轮箱制造厂家常年配套供应。产品在葛洲坝、丹江口、小峡等电站3200多台大、中、小型水电机组推力轴承、导轴承长期安全可靠运行。

    为满足市场对产品使用性能的更高要求和市场规模需求。2005年在国内率先进行特大型弹性金属塑料瓦产业化建设。塑料瓦产业化进行了产品创新、工艺创新及产品检验技术创新，建成国内生产规模最大，工艺技术水平先进的弹性金属塑料瓦专业制造厂。在生产上首创采用真空浸锡钎焊新工艺，确保钎焊结合质量。采用超声波检测技术进行复合材料钎焊质量的检验和控制。

2007年中国电力企业联合会组织行业专家进行“全国水轮发电机塑料瓦推力轴承运行情况调研” ，通过对11个大型水电站75台机组使用国内外塑料瓦情况的调研，实际使用寿命一般未超过17年。调研报告提出：“希望塑料瓦制造单位重视使用寿命的研究，早日实现预期寿命；钎焊质量对塑料瓦的磨损和使用寿命有直接影响，建议研究采用科学的检测方法”；报告中还指出：“调研组参观考察了大连三环公司。我国塑料瓦的研制和生产经历十多年，走过了引进技术、消化吸收、自主创新、研制开发的道路，已形成了以大连三环公司等企业为代表的一支研究、开发、制造水轮发电机推力轴承弹性金属塑料瓦的产业化、专业化队伍。具有生产特大型机组推力轴承弹性金属塑料瓦的能力”。

大连三环公司不断致力于产品创新，总结了近20年生产实践经验，为满足市场更高的使用要求，2008年和2009年相继推出了新一代FZF03E环保型高性能塑料瓦和FZF03EW环保型水润滑塑料径向瓦。

■产品分类

大连三环公司生产的FZF03系列弹性金属塑料瓦按瓦面材料、润滑介质的不同共分成三个系列，即：

第一系列：FZF03C通用型弹性金属塑料瓦—非环保产品，适用于油、脂润滑；

第二系列：FZF03E环保型高性能塑料瓦—环保高耐磨产品，适合油、脂润滑；

第三系列：FZF03EW环保型水润滑塑料径向瓦—环保高耐磨产品，适合水润滑。

■优异的摩擦磨损性能

FZF03系列弹性金属塑料瓦的优异性能主要是由弹性金属塑料瓦面表现出来的，塑料瓦面以金属丝多孔弹性垫为基体，与改性聚四氟乙烯模压复合，经高温烧结塑化而成的低摩擦、自润滑复合材料，其自润滑性能非常好，聚四氟乙烯是目前为止塑料中摩擦系数最小的一种自润滑材料，经过改性，其自润滑性、耐磨性比纯聚四氟乙烯显著提高。且改性后聚四氟乙烯对金属的亲和力特别强，在无油润滑或边界润滑状态下，当滑动摩擦时，聚四氟乙烯立即向对磨的金属表面转移，形成牢固的固体“转移膜”，使摩擦变成了聚四氟乙烯之间的摩擦，从而使摩擦磨损条件得到了改善，其摩擦磨损系数非常小，故轴瓦的使用寿命很长。

塑料瓦表面摩擦材料耐磨性能的优劣， 对塑料瓦使用寿命和安全可靠运行影响非常大。轴瓦耐磨性能较差时，易产生磨屑，特别是初始运行磨合阶段和起、停机时线速度低于润滑边界条件下磨屑增加，由于塑料磨屑密度小，漂浮在油面上，当油过滤器不能有效将漂浮物全部滤除时，磨屑在旋转部件搅拌的作用下完全混入润滑油中，导致损伤轴瓦表面，甚至发生磨屑在进油边部位积聚堵塞楔形进油边，无法建立流体动压润滑油膜，这时瓦面出现严重磨损（瓦面沿圆周出现浅犁沟状磨痕），严重时轴瓦发生烧损。因此，保证塑料瓦具有更高的可靠性和安全裕度，进一步提高表面摩擦材料的耐磨损性能是非常重要的。

新一代环保型塑料瓦表面摩擦材料由两种高性能添加材料对聚四氟乙烯增强改性后，在保证环保要求和不降低摩擦性能的前提下，提高耐磨损性能，滴油润滑时的磨损系数为4.69 ×10－11 cm3/（N·m）、摩擦系数为0.015～0.035。采用高耐磨特种高分子材料和高强度纤维增强改性聚四氟乙烯，形成以高强度纤维为骨架，均匀分布的高耐磨特种高分子材料为耐磨质点，聚四氟乙烯为固体润滑基体提供低摩擦的环保型高性能化复合材料。高强纤维均匀分布于树脂之间，形成无序纵横交错的网格骨架，提高了摩擦材料的抗压缩和抗剪性能，大幅度提高摩擦材料的耐磨损性能，同时增加了摩擦材料与金属丝多孔垫之间的结合牢度。由于该复合材料瓦面的耐磨性能大幅度提高，产品的使用寿命明显延长，在正常运行条件下，推力瓦的预期使用寿命可达40年。

新一代环保型塑料瓦表面材料有良好的亲水性并且抗泥沙，水润滑性能非常优越，用水作为润滑介质时，有良好的低摩擦性能和极佳的耐磨损性能，水润滑时磨损系数小至9.0×10-9 cm3/（N·m），在油水混合润滑工况条件，轴瓦仍可安全运行。且轴瓦水润滑时摩擦功耗比稀油润滑低14％，比巴氏合金轴承稀油润滑低19％，比滚动轴承脂润滑低30％，是一种节能环保型高科技新材料。

以立式水轮发电机组上使用的轴瓦为例，在正常的运行条件下，轴瓦是在液体动压润滑的状态下工作的。工作时形成的液体动压润滑油膜将瓦面与镜板（或轴颈）分开，使轴瓦处于良好的工作状态。但是，当机组处于起动、停机或出现其它意外情况，使液体润滑油膜不能形成或受到破坏时，轴瓦将处于边界摩擦状态（边界润滑状态），这时传统的巴氏合金瓦将出现磨损、粘着甚至烧瓦现象。而新一代环保型塑料瓦在较低的摩擦速度下，也可以建立起流体动压润滑油膜。这一特性使轴瓦在起、停机阶段或速度较低的使用工况下仍可安全可靠工作。不但可使机组处于正常的运行状态，而且轴瓦还有着相当长的使用寿命。另外，弹性金属塑料复合材料瓦面具有独特的自调性能，改善瓦面接触压力和各瓦之间的受力状况呈均匀分布，复合材料瓦面还具有良好的隔热性，有效减小瓦基的热变形，确保轴瓦安全可靠运行。弹性金属塑料瓦的这一系列优异性能，是由组成这种产品的材料和结构所赋予的。

■瓦面材料的设计

众所周知，纯聚四氟乙烯的耐磨性差，压缩蠕变性大，尺寸稳定性差，导热性差。改性聚四氟乙烯是在纯聚四氟乙烯中加入金属填料（如铜粉、铅粉等），来提高其弹性模量、抗磨性及导热系数。这种改性聚四氟乙烯材料的优异性能在弹性金属塑料推力瓦和油导瓦上得到了充分的发挥。但是随着塑料瓦应用领域的拓宽，添加金属填料后，虽然提高了它的部分性能，但亦不能满足一些特殊领域的要求。为了使瓦面更加适应以水为润滑介质的工作环境，经不断的研究和试验对比，在原有改性聚四氟乙烯中添加有机高分子材料研制成的水轮机水润滑导轴承，其瓦面耐磨性和使用寿命显著提高。近年来,随着国产大型立磨减速机的研制成功，对其使用推力瓦的性能要求越来越高，针对立磨减速机运转速度低，润滑油粘度大，使用工况复杂，冲击载荷较大等使用特性，为了提高瓦面材料的抗拉强度，在聚四氟乙烯中添加了增强纤维（如玻纤、碳纤和凯英拉短纤维），同时考虑到立磨减速机运转速度低液体动压润滑油膜不易形成这一特性，在上述瓦面材料的基础上进一步改进，添加了聚苯脂、二硫化钼和石墨等，使瓦面的强度、减磨耐磨性能有了更大提高。瓦面材料经过优化组合和实验对比确定最佳配方，其抗磨性能提高150倍以上，相应的弹性模量也有较大提高，摩擦系数小，干摩擦时小至0.14，滴油润滑时小于0.04。

综上所述，瓦面材料的设计选择要根据它的综合性能，并结合具体的使用条件来确定。添加金属填料可提高聚四氟乙烯的抗蠕变性、硬度及尺寸稳定性，但自调性下降。大量填充增强纤维可使其耐磨性大幅提高，最大可增加500倍以上，但自调性下降，而且摩擦系数不稳定。因此，在选择瓦面材料时不能只追求某一种性能的突出，而要根据具体的使用条件，综合考虑各种性能，使其更加适应该工作条件。这样就可大大提高轴瓦使用的安全性和稳定性。

迄今为止，大连三环公司经过对瓦面材料的优化，已经在不同领域、不同工况条件下，有针对性的使用了十几种不同配方的瓦面。现在三环公司全体科技人员正在不断努力，运用先进的技术手段，研制新的材料，不断提高产品的综合性能，拓宽应用领域。用我们不断发展、不断创新的产品来满足用户需要。

■制造能力和品质

    大连三环公司FZF03系列弹性金属塑料瓦产品已形成专业化、规模化生产，拥有各种先进的大型生产设备，生产出高品质塑料轴瓦。塑料瓦专业制造厂，制造的推力瓦单瓦面积最大可达5000㎝2/块，具备巨型水电机组推力轴承塑料瓦和大型径向塑料轴瓦的制造能力，可满足1000MW世界级最大水电机组推力轴承的需求。塑料瓦产品从设计（包括润滑程序计算）到产品制造、质量控制、产品检验、售前、售中、售后服务等具备完善的质量保证体系。

    塑料瓦制造过程中，塑料瓦面与钢基体的钎焊工序是最关键的，钎焊质量直接影响产品的使用性能和寿命。大连三环公司在国内首创采用真空浸锡钎焊新工艺。解决了目前业界普遍对瓦面金属丝多孔垫浸焊料（浸锡）均在大气条件下进行，孔隙中的空气无法彻底排除，导致金属丝孔隙中不能完全填充满焊料，且结合面容易被空气中的氧气所氧化，由此不但影响钎焊结合质量，而且影响产品弹性模量的均匀性。

大连三环公司根据多年的塑料瓦生产实践，总结制定的企业标准《弹性金属塑料瓦钎焊超声检测与质量评定方法》，结束了我国塑料瓦行业钎焊质量多年来无科学检验方法的历史、产品质量控制难、质量不稳定的局面，填补了空白。依据该标准进行钎焊质量的检验与控制，使产品的质量得到进一步的提高，为机组的安全、平稳、长期高效运行提供有力保障，使企业创造出更大的经济效益和社会效益。

■产品应用

FZF03C通用型塑料瓦主要应用于立式、卧式水轮发电机组、齿轮箱、球磨机、水泵、冶金设备、矿山机械、船舶等行业领域，适合稀油润滑和脂润滑，由于瓦面中含有铅（Pb）等重金属元素，不符合环保要求，故使用领域受到了限制。

FZF03E环保型高性能塑料瓦是FZF03C通用型塑料瓦的更新换代产品，其应用领域与FZF03C塑料瓦完全相同。该瓦自2008年投放市场后很快被人们所认知，产品已在水轮发电机、磨煤机减速机等设备设计上采用，并在大、中型水电机组上更换寿命周期已到的早期塑料瓦。由于FZF03E塑料瓦属环保产品，受到国外水电设备制造厂家的欢迎，产品已远销国外。

火电厂重要配套设备磨煤机减速机推力轴承属重载低速且齿轮油润滑的较苛刻使用工况。如国电内蒙东胜热电厂磨煤机减速机推力轴承是国内某厂家提供的塑料瓦（表面呈灰黑色），投入运行后多台减速机先后发生严重烧瓦事故。更换FZF03E新一代塑料瓦后，瓦温大幅度降低，烧瓦问题得到彻底解决，磨煤机均实现安全稳定运行，得到用户好评。

FZF03EW环保型水润滑塑料径向瓦主要应用于水轮机导轴承、大型水泵轴承（包括矿山井下抗灾抢险水泵）、船舶轴承等行业领域。新型水润滑塑料轴承，替代传统的水润滑橡胶轴承，克服了橡胶轴承弹性模量低，变形大，承载能力低，易磨损，易老化，运行精度差，安装不易调整及中断冷却水立即发生烧损等缺点。本产品替代巴氏合金导轴瓦，可将润滑介质油改为水，不但降低运行成本，同时避免由于轴密封泄漏造成的油污染，有利于保护环境，该瓦自2009年投放市场以来，受到使用单位的广泛好评。2010年，FZF03EW塑料瓦在小型立式水电机组推力轴承的水润滑条件应用取得成功，安全可靠，降低运行成本，维护简单，开创了水电机组推力轴承水润滑的先例。

■产品制造执行标准

◇参照机械行业标准JB/T10180－2000《水轮发电机组推力轴承弹性金属塑料瓦技术条件》；

◇参照电力行业标准DL／T622－1997《立式水轮发电机弹性金属塑料推力轴承技术条件》；

◇三环公司企业标准Q/DLSH002－2006《弹性金属塑料瓦》；

◇三环公司企业标准Q/DLSH011－2009《水润滑金属塑料轴瓦》；

◇三环公司企业标准Q/DLSH013－2009《弹性金属塑料瓦钎焊超声检测与质量评定》。