技術(shù)與安全知識

康明斯柴油發(fā)電機組軸對準和熱膨脹

 

摘要：隨著(zhù)重工業(yè)的大力發(fā)展，生產(chǎn)規模日趨大型化，柴油發(fā)電機組不斷朝著(zhù)大體積、高參數、高速度、高負載的方向發(fā)展。大型柴油發(fā)電機組一般都由軸系來(lái)傳遞動(dòng)力，由主軸帶動(dòng)從動(dòng)軸旋轉，用來(lái)充當傳遞力矩、輸出動(dòng)力的關(guān)鍵部件?？得魉构驹诒疚闹嗅槍Υ笮筒裼桶l(fā)電機組的對中問(wèn)題和常用的對中方法及適用范圍進(jìn)行了全面分析，并通過(guò)軸系對正計算公式測算，最后建議主機廠(chǎng)采用激光對中儀進(jìn)行大型發(fā)電機組軸系對中，測量精度高、操作簡(jiǎn)便、適用面廣。

 

一、軸系對中的基本知識

 

1、對準

      軸對準是指將兩個(gè)或多個(gè)軸在特定公差范圍內令人滿(mǎn)意地相互連接的過(guò)程。對于發(fā)電機組，柴油機和交流發(fā)電機必須正確對準，以確保長(cháng)和使用壽命。

      軸錯位是與旋轉機械故障相關(guān)的所有成本的50%。當耦合時(shí)，柴油機主要被定義為參考點(diǎn)，而對準調整通常是在交流發(fā)電機上進(jìn)行的。對準對發(fā)電機組的運行特性和使用壽命至關(guān)重要，工作振動(dòng)、橡膠聯(lián)軸器工作溫度、軸承可用性和發(fā)電機轉子對準（氣隙）是容易導致不對準的區域。

     根據發(fā)電機組的設計，需要各種確保對準的方法；單軸承交流發(fā)電機和緊密耦合的雙軸承交流發(fā)電機依靠飛輪殼提供軸對準（如圖1所示）。開(kāi)放式耦合的雙軸承交流發(fā)電機依賴(lài)于精確的軸對準程序。通常，橡膠聯(lián)軸器制造商將有需要遵守的最大的偏差公差。此外，還需要考慮工作溫度和軸中心高度，以盡量減少工作條件下的徑向偏差。表1提供了不同速度下徑向偏差的推薦最大值。

表1    根據工作速度推薦的徑向對準偏移量

 

2、熱膨脹

       在正常運行期間，交流發(fā)電機內部的溫度會(huì )顯著(zhù)升高。用于建造交流發(fā)電機的材料，如銅、電鋼、鐵和鋁，將隨著(zhù)溫度的升高而膨脹?？偟膩?lái)說(shuō)，在運行期間，交流發(fā)電機的水平和垂直尺寸都會(huì )增大。增長(cháng)幅度可能很小，但也可能很顯著(zhù)。因此，有必要對真實(shí)的對準進(jìn)行熱補償，即長(cháng)度的增加(?L)，如圖1所示。根據安裝布置的類(lèi)型和基底機架的設計，可能需要補償交流發(fā)電機/發(fā)動(dòng)機的軸向熱膨脹。 

      長(cháng)度?L的變化取決于溫度的變化，?T=T_f -T_i；棒L0的初始長(cháng)度；一個(gè)常數是被加熱材料的特性。實(shí)驗觀(guān)測到的?L和L0?t之間的線(xiàn)性關(guān)系可以用方程來(lái)表示：

 ΔL=L0Δt

      式中，α為線(xiàn)性膨脹系數（10×10-6K-1）；T_f 是最終溫度 (°K)；T_i 是初始溫度 (mm)。

（1）軸向熱膨脹

      以下公式可用于計算交流發(fā)電機的軸向熱膨脹率

?L = α ∗ ?T ∗ L 

      式中，ΔL為熱膨脹系數(mm)；α為線(xiàn)性膨脹系數（10×10-6K-1）；ΔT是對準溫度和預期的工作溫度之間的溫差(°K)；L是從固定軸承到軸驅動(dòng)端的距離(mm)。

（2）垂直熱膨脹

      交流發(fā)電機的垂直熱膨脹可以用底座和軸的中心之間的距離來(lái)近似地計算出來(lái)，如下一頁(yè)的圖3所示。以下公式可用于計算交流發(fā)電機的垂直熱膨脹率：

?H = α ∗ ?T ∗ H

      式中，ΔH為熱膨脹系數(mm)；α為熱膨脹系數（10×10-6K-1）；ΔT是對準溫度和預期的工作溫度之間的溫差(°K)；H為軸的高度(mm)。

 

圖1  柴油機發(fā)電機飛輪孔對中檢查方法	圖2  一個(gè)對象的典型線(xiàn)性展開(kāi)
圖3  柴油機軸向熱膨脹曲線(xiàn)圖	圖4  柴油機垂直熱膨脹曲線(xiàn)圖

 

二、軸不對中常見(jiàn)情況

 

      軸不對中情況如圖5所示。兩軸的旋轉中心在同一條直線(xiàn)上稱(chēng)之為對中，若不在同一直線(xiàn)上稱(chēng)為不對中，在對中的過(guò)程中存在著(zhù)兩個(gè)潛在的平面：水平平面和垂直平面。軸系的不對中通常會(huì )有以下幾種情況出現：

1、平行偏移

      兩孔或兩軸的端面平行，中心線(xiàn)平行但是不在同一直線(xiàn)上，兩中心線(xiàn)之間的徑向距離為△h。如圖5（a）所示。

2、角度偏差

      兩孔或兩軸端面不平行，中心線(xiàn)的延長(cháng)線(xiàn)互相交叉，交點(diǎn)落在主軸中心線(xiàn)上，兩中心線(xiàn)之間存在角度偏差△a。如圖5（b）所示。

3、角度和平行偏差結合

      兩孔或兩軸的端面不平行，且兩者中心線(xiàn)延長(cháng)線(xiàn)的交點(diǎn)也不在主軸中心線(xiàn)上，此時(shí)兩者既有角度偏差也有平行偏移。如圖5（c）所示。

4、完全對中

      兩孔或兩軸同心且中心線(xiàn)重合，是理想的對中狀態(tài)。如圖5（d）所示。

      當兩孔或兩軸出現以上幾種情況的偏差時(shí)，需要對軸系進(jìn)行對中調整，對于大型發(fā)電機組，一般通過(guò)調整機器支腳處墊片的厚度，使得△h和△a消失，達到完全對中。如圖6所示。

 

圖5  柴油發(fā)電機軸不對中情況示意圖

圖6  柴油發(fā)電機完全對中標準示意圖

 

三、軸與軸的對中方法

 

      大型旋轉設備發(fā)電機組軸線(xiàn)跨度很長(cháng)，有些超過(guò)10 m，如柴油機轉子和發(fā)電機轉子對中，這些設備的從動(dòng)軸和主動(dòng)軸在安裝維修對中操作時(shí)，由于跨度長(cháng)，在對中操作和計算調整量的時(shí)候比較復雜，由于設備轉速高，對精度的要求也很高。軸對中一般有直尺、塞尺法，千分表法以及激光對中儀測量法。

1、直尺、塞尺法

（1）直尺法將直尺水平放置在聯(lián)軸器上，觀(guān)察兩軸線(xiàn)的平行偏移量，如圖7所示。

（2）塞尺法是用塞尺測量聯(lián)軸器四周的縫隙值是否相同，從而判斷兩軸線(xiàn)的角度偏差，而人眼的分辨率只能達到0.1mm。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測量方法比較簡(jiǎn)單，但是精確度不高，只適用于對中精度要求不高的低轉速、小功率的機器，難以滿(mǎn)足大型發(fā)電機組的對中要求。

2、千分表法

      千分表法一般分為雙表法、三表法和單表法，測量工具安裝方法如圖8所示。

（1）雙表法

      雙表法由對中支架支撐兩塊千分表，分別置于聯(lián)軸器的外圓周及端面，測量時(shí)，分別在聯(lián)軸器端面0°，90°，180°，270°的4個(gè)固定位置做上標記，兩軸同時(shí)轉動(dòng)一周，記錄兩塊千分表在4個(gè)固定位置的讀數，通過(guò)分析計算，就可以測量出從動(dòng)軸相對于主動(dòng)軸的平行偏移和角度偏差。測量原理如圖9所示。

（2）三表法

      三表法和雙表法類(lèi)似，在雙表法的基礎上，在聯(lián)軸器的端面增加了一塊表測量角度偏差，兩塊表在測量位置上相差180°，測量方法同雙表法，測量聯(lián)軸器端面的兩表讀數相減就可以消除軸向竄動(dòng)帶來(lái)的測量誤差。測量原理如圖10所示。

（3）單表法

      單表法只需要使用一塊千分表分別交替安裝在聯(lián)軸器兩側的外圓周上，兩軸同時(shí)轉動(dòng)或者分別轉動(dòng)，記錄間隔90°的4個(gè)固定位置時(shí)千分表的讀數，通過(guò)計算或作圖分析，得出平行和角度偏差量，確定調整方案。測量原理如圖11所示。

      雙表法受軸向竄動(dòng)的影響較大，精度不高，適用于軸向竄動(dòng)比較小的設備。三表法的精度很高，但是操作和計算方法比較復雜，在對中要求較高的精密設備和高速旋轉的大型發(fā)電機組中常用，單表法在操作和計算上比三表法要簡(jiǎn)單一些，又能達到比較好的精度，應用場(chǎng)合更廣泛一些。但是千分表法對操作人員的要求非常高，需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員才能完成，費時(shí)費力，通常需要反復測量才能得到滿(mǎn)意的結果，而且千分表法要求軸系要轉動(dòng)360°，記錄每隔90°的4個(gè)位置上的千分表讀數，對于一些兩軸無(wú)法同時(shí)轉動(dòng)大型軸系，無(wú)法完成測量。

3、激光對中法

      激光對中儀主要由激光發(fā)射裝置、激光接收裝置、控制顯示設備以及各種支架連接設備組成，如圖12所示。

      將發(fā)射裝置以及接收裝置分別用磁力座或鏈條安裝在從動(dòng)軸和主動(dòng)軸上，由發(fā)射裝置發(fā)射出一束準直激光射入接收裝置上的位置敏感探測器(PSD)上，激光打到PSD的不同位置會(huì )輸出不同的電流，兩軸同時(shí)轉動(dòng)一定角度，檢測激光在PSD上的位置變化，操作完成后，通過(guò)內置程序計算，在短時(shí)間內便可得出平行偏差和角度偏差。

      并在顯示屏上以圖像及數字的形式顯示出對中結果，對中是否理想以及如何進(jìn)行調整。對于不能轉動(dòng)一周的軸，最少需要轉動(dòng)60°，便可以進(jìn)行對中測試，由于激光對中儀內置傾角測量裝置，所以對角度和測量點(diǎn)沒(méi)有嚴格的要求，在任意角度測量6個(gè)以上的點(diǎn)即可，測量點(diǎn)數越多，覆蓋角度越廣，測量的準確度越高。激光對中的優(yōu)點(diǎn)在于對中精度高，可達到0.001 mm，由于激光具有準直性，不受重力影響，測量距離可達到10 m以上。

 

圖7  直尺塞尺法測量對中原理	圖8  柴油機對中千分表安裝	圖9  雙表法測量對中原理
圖10  三表法測量對中原理	圖11  單表法測量對中原理	圖12  激光對中儀測量原理

 

總結：

      很多康明斯主機廠(chǎng)還在使用以往的直觀(guān)法來(lái)對柴油發(fā)電機校準，這種方法通過(guò)肉眼觀(guān)察來(lái)對準軸線(xiàn)。使用直尺、線(xiàn)或激光指示器等工具，觀(guān)察軸承或機器部件之間的對齊情況。盡管這種方法可能相對簡(jiǎn)單，但精度較低，容易受到主觀(guān)因素的影響。因此，康明斯公司推薦主機廠(chǎng)改用激光對正法為妥，激光對中儀器通常被認為是最精確和相對快速的軸對中方法。它提供實(shí)時(shí)數據，允許操作者直接進(jìn)行微小調整，以便使軸線(xiàn)精確對準。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于高精度、快速且減少了人為誤差的可能性。

----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://www.aticodonostia.com