教学转动机械中心偏差控制方法.docx
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教学转动机械中心偏差控制方法
转动机械中心偏差控制方法
摘要:
本文主要介绍转动机械联轴器中心控制方法,针对不同转速的转动机械,分析中心偏差标准,介绍中心偏差测量方法和计算调整方法,学习文章内容可以掌握转动机械中心偏差找正技巧。
1、概述
联轴器是转动机械主动轴与从动轴间重要的连接部件,俗称对轮,其主要作用是传递扭矩做功。
在此类设备检修安装过程中,联轴器中心找正是一项重要的工作,如何确保转动机械在工作中主动轴和从动轴两轴中心线在同一直线上,对消除设备振动、噪音及设备正常运转至关重要。
中心偏差控制精度关系到转动机械能否能正常运行,尤其是高速运转的设备。
但两轴轴心线绝对重合是难以达到的,对连续运转的设备要求始终保持重合就更困难,转动机械在运行中由于各部件的不均匀热膨胀,轴的挠曲,轴承的不均匀磨损,设备产生的位移及基础的不均匀下沉等,都会造成两轴轴心线产生偏差,即中心不正,因此,在转动机械设计时规定两轴轴心有一个允许偏差值,这就是联轴器安装时中心偏差标准。
在装配上,只要能保证联轴器安全可靠地传递扭矩,两轴中心允许的偏差值越大,安装时越容易达到要求。
在安装质量方面,两轴中心线偏差值愈小,对中越精确,设备的运转越稳定,使用寿命则越长,安装要求也越高。
所以,控制两轴对中允许偏差在标准范围内,关系设备运行的成败。
2、联轴器两轴偏移情况分析
转动机械安装时,联轴器轴向和径向均会出现偏差或倾斜,图1所示为联轴器两轴出现偏差的四种情况,表1所示为联轴器两轴偏移的分析。
(图1)联轴器两轴出现偏差的四种情况
(表1)联轴器两轴偏移的分析
a
b
c
d
a1=a3
a1≠a3
a1=a3
a1≠a3
两轴同心
两轴不同心
两轴同心
两轴不同心
s1=s3
s1=s3
s1≠s3
s1≠s3
两轴平行
两轴平行
两轴不平行
两轴不平行
3、中心测量方法
转动机械安装或检修时,一般是在设备本体中心位置固定并调整完水平之后,再进行联轴器的找正。
通过测量与计算,分析偏差情况,调整原动机轴中心位置以达到主动轴与从动轴既同心,又平行。
联轴器找正一般要结合现场设备实际情况采用适合的方法进行,常用的方法一般有以下几种:
3.1角尺和塞尺测量法
简单的测量方法如图2所示。
采用角尺和塞尺测量联轴器外圆各方位上的径向偏差,用塞尺测量两半联轴器端面间的轴向间隙偏差,通过分析和调整,达到两轴轴心对中,这种方法操作简单,但精度不高,对中误差较大。
只适用于转速较低的转动机械,精度要求不高的联轴器的安装测量。
(图2)角尺和塞尺的测量方法
3.2中心卡及塞尺测量法
用中心卡及塞尺的测量方法找正用的中心卡(又称对轮卡)结构形式有多种,根据联轴器的结构,尺寸选择适用的中心卡,中心卡没有统一规格,考虑实际现场测量要求可自行制作,常见的结构如图3所示,型式如下:
(a)用钢带固定在联轴器上的可调节双测点对轮卡
(b)测量轴用的不可调节的双测点对轮卡
(c)测量齿式联轴器的可调节双测点对轮卡
(d)用螺钉直接固定在联轴器上的可调节双测点对轮卡
(e)有平滑圆柱表面联轴器用的可调节单测点对轮卡
(f)有平滑圆柱表面联轴器用的可调节双点对轮卡
(图3)常见对轮卡型式
利用中心卡及塞尺可以同时测量联轴器的径向间隙及轴向间隙,这种方法操作简单,测量精度较高,利用测量的间隙值可以通过计算求出调整量,较为适用。
3.3百分表测量法
百分表测量法是目前使用较专业、较广泛的测量方法,主要是把专用的夹具或磁力表座装在作基准的(常是装在主机本体转轴上)半联轴器上,用百分表测量联轴器的径向间隙和轴向间隙的偏差值,此方法使联轴器找正的测量精度大大提高,现在介绍常用的四种百分表测量方法。
3.3.1双表测量法(一点测量法)
双表测量法采用两块百分表分别测量联轴器外圆(径向)和端面(轴向)同一方向上的偏差值,故又称一点测量法,即在测量某个方位上的径向读数的同时,测量出同一方位上的轴向读数。
3.3.1.1操作方法
先采用角尺法对需要调整的转动机械联轴器做初步测量与调整,然后采用百分表法进行精确调整,将百分表及表座固定在作基准的主机本体侧半联轴器上,使百分表的测量触头与原动机侧半联轴器的外圆面及端面接触(要求有一定的接触量),图4所示为双表测量法示意图及测量记录图。
(图4)双表测量法示意图
测量前一般将圆周360°平分为4个对称的方向进行测量取值,测量时,先测0°方位的径向读数a1及轴向读数s1,一般为了分析计算方便,常把a1和s1初始值调整为零(可以转动百分表刻度盘进行调整),然后同时对两半联轴器进行盘车,每旋转90°记录一次百分表读数值(不超出1mm的,超出1mm的应计算百分表实际转动的量程值),并把数值记录在测量记录图上,圆外记录径向读数a1,a2,a3,a4,圆内记录轴向读数s1,s2,s3,s4,当百分表转回到0°方位时,其读数必须与初始调整值一致,否则需找出原因并排除之。
3.3.1.2测量误差分析
百分表旋转360°后不归零,常见的原因有:
原动机与从动机轴窜动或地脚螺栓松动;测量过程中人为误碰百分表;半联轴器表面不平整,联轴器未同步旋转,百分表测点偏移;百分表座及表架固定不好;百分表脏污卡涩精度不准等故障。
3.3.1.3数值计算
测量记录的读数必须符合下列条件:
a1+a3=a2+a4………………..
(1)s1+s3=s2+s4………………..
(2)
通过对测量记录数值的计算分析,确定两轴在空间的相对位置,然后按计算结果进行调整,将在调整方法章节里进行讲解。
这种方法应用比较广泛,可满足一般转动机械的安装精度要求。
主要缺点是对有轴向窜动的联轴器,在盘车时百分表测量端面的轴向读数会产生误差。
因此,这种测量方法适用于由滚动轴承支撑的转轴,轴向窜动比较小的中,小型转动机械。
3.3.2三表测量法(两点测量法)
三表测量法与两表测量法不同之处是在与轴中心等距离处对称布置两块百分表,在测量一个方位上径向读数和轴向读数的同时,在其相对对称的方位上测其轴向读数,即同时测量相对两方位上的轴向读数,故又称两点测量法。
3.3.2.1操作方法
三表测量法与两表测量法操作方法基本相同,百分表固定方法类似,测量注意事项不同在于两块端面百分表触头测量的部位必须是在端面同一圆周线上对称的点。
3.3.2.2测量特点
三表测量法可以消除盘车时轴窜动对轴向读数的影响,适用于具有轴向窜动的转轴中心测量。
由于测量表计数量增加,要求表计安装及测量记录中必须仔细有条理,否则容易造成数据混乱。
图5所示为三表测量法示意图及测量记录图。
(图5)三表测量法示意图
3.3.2.3数值计算
根据测量结果,取0°,180°和180°,0°两个测量方位上轴向读数的平均值,即
s1=(s1'+s1'')/2……………..(3)
s3=(s3'+s3'')/2……………..(4)
取90°,270°和270°,90°两个测量方位上轴向读数的平均值,即
s2=(s2'+s2'')/2……………..(5)
s4=(s4'+s4'')/2……………..(6)
取s1,s2,s2,s4四个平均值作为各方位计算用的轴向数值,与a1,a2,a3,a4,四个径向读数数值记入同一个记录图中,按此图中的数据分析联轴器的偏移情况,并进行计算和调整。
这种测量方法精度很高,适用于需要精确对中的精密或高速运转的设备,如汽轮机、给水泵、离心式压缩机等。
相比之下,三表测量法比两表测量法在操作与计算上稍繁杂一些。
3.3.3五表测量法(四点测量法)
顾名思义,共计使用5块百分表进行数值测量,其中1块百分表测量径向数值,4块百分表测量轴向端面数值。
具体就是在测量一个方位上的径向读数的同时,测出0°,90°,180°,270°四个方位上的轴向读数,盘车两轴完成360°四个方位数值测量并记录在记录图上,取其同一方位上的四个轴向端面读数数值的平均值作为分析与计算用的轴向数值,与同一方位的径向读数合起来分析联轴器的偏移情况。
这种方法与三表测量法应用特点相同,架表及注意事项也相同,不同处就是轴向端面间隔90°多2块百分表。
3.3.4单表法
单表法是目前应用较多的一种联轴器找正方法。
这种方法只测定联轴器轮毂外圆的径向读数,不测量端面的轴向读数,测量操作时仅用一个百分表,故称单表法。
其测量示意图如下:
(图6)单表测量法示意图
此种方法用一块百分表就能判断两轴的相对位置并可计算出轴向和径向的偏差值。
也可以根据百分表上的读数用图解法求得调整量。
用此方法测量时,需要特制一个找正用表架,其尺寸,结构由两半联轴器间的轴向距离及轮毂尺寸大小而定。
表架自身质量要小,并有足够的刚度。
表架及百分表均要求固紧,不允许有松动现象。
(图6)便是两轴端距离较大时找正用表架的结构示意图。
单表测量的操作方法是,在两个半联轴器的轮毂外圆面上各作相隔90°的四等分标志点1a,2a,3a,4a与1b,2b,3b,4b。
先在“B”联轴器上架设百分表,使百分表的触头接触在“A”联轴器的外圆面上的1a点处,然后将表盘对到“0”位,按轴运转方向盘动“B”联轴器,分别测得“A”联轴器上的1a,2a,3a,4a的读数(其中1a=0),为准确可靠可复测几次。
为了避免“A”联轴器外圆面与轴不同心给测量带来误差,可同时盘动“B”与“A”联轴器。
然后再将百分表架设在“A”联轴器上,以同样方法测得“B”联轴器上1b,2b,3b,4b的读数(其中1b=0)。
(图7)偏差分析示意图
测出偏差值后,利用上图所示的偏差分析示意图分析方法,可得出“A”与“B”两半联轴器在垂直方向和水平方向两轴空间相对位置的各种情况,如表2,表3所示。
表2垂直方向两轴相对位置
表3水平方向两轴相对位置分析
图中假设“B”轴向上平移,使Ob’与Oa’相重合,此时3b=0,而3a的读数则变为3ac,由于3ac=3a+3b(代数和),这时Oa’与Oa’’的垂直距离也就是两轴在垂直方向的偏差值3ac/2。
因此,只要测得3a与3b的数值,可以求得3ac的数值(要注意读数的正负号)。
水平方向的偏差分析与垂直方向相同。
4、中心调整方法
测量完联轴器的对中情况之后,根据记录图上的读数值可分析出两轴空间相对位置情况,按偏差值作适当的调整,为使调整工作迅速,准确进行,可通过计算或作图求得各支点的调整量,测量方法不同,计算方法也不同。
4.1两表测量法,三表测量法及五表测量法
两表,三表及五表法都可测量出同一方位上的径向读数和轴向读数,若测点位置及调整支点的位置如图10所示(请注意测量轴向读数百分表的指向),可用下式进行计算:
H1=L1*(s1-s3)/D+(a1-a3)/2………(7)
H2=(L1+L2)*(s1-s3)/D+(a1-a3)/2………(8)
式中各符号表示如下:
①H1、H2:
支点1和支点2的调整量(正值时加垫负值时减垫);
②s1、s3、a1、a3:
0°和180°方位轴向和径向百分表读数;
③D:
联轴器的计算直径;
④L1:
支点1到联轴器测量平面间的距离;
⑤L2:
支点1与支点2之间的距离;
应用上式计算调整量时的注意事项:
①式中s1,s3,a1,a3是用百分表测的读数,应包含正负号一起代入计算公式。
②H的计算值是由两项组成,前项L(s1-s3)/D中,L与D不可能出现负值,所以此项的正负决定于(s1-s3)。
s1-s3>0时,前项为正值,此时联轴器的轴向间隙呈形状,称为“上张口”;s1-s3<0时,前项为负值,联轴器的间隙呈形状,称为“下张口”。
当a1-a3>0时,后项为正值,此时被测的半联轴器中心(主动轴中心)比基准的半联轴器中心(从动轴中心)偏低,当a1-a3<0时,被测的半联轴器中心偏高,
③设备安装时,通常以主机转轴(从动轴)做基准,调整电机转轴(主动轴)。
电机低座四个支点于两侧对称布置,调整时,对称的两支点所加(或减)垫片厚度应相等。
④若安装百分表的夹具(对轮卡)结构不同,测量轴向间隙的百分表触点指向原动机(触点与被测半联轴器靠结合面一侧的端面接触)时,百分表的读数值大小恰与联轴器间实际轴向间隙方向相反,所以H值的公式前项s1-s3应改为s3-s1,即s3-s1>0时为“上张口”,s3-s1<0时为“下张口”。
⑤设备在运转工况下因热膨胀会引起轴中心位置变化,联轴器找正的任务是把轴中心线调整到设计要求的冷态(安装时的状态)轴中心位置,使设备在热态(运转工况下)达到两轴中心线一致(既同心,又平行)的技术要求。
安装设备时各支点温升的数据可以从制造厂的安装说明书中得到;有的直接给定设备冷态找正时的读数值;也有的给定各支点的温升数据,由图解法求出冷态找正时的读数值。
在安装大型机组时,有的给出各类设备在不同工况下的经验图表,通过查表或计算找出冷态找正时的读数值。
经验丰富的安装人员还可从实践中得出一些经验数据。
总之,对于安装者来说,要考虑设备从冷态到热态支点处轴中心位置的变化,在工作中保证设备能处于理想的对中状态。
⑥在水平方向上调整联轴器的偏差时,不需要加减垫片,通常也不计算。
操作时利用顶丝和百分表,边测量,便调整,达到要求的精度为止。
一些大型的,重要的机组在调整水平偏差时,各支点的移动量可通过计算或作图求出。
4.2单表测量时计算调整量的方法
计算前,后两支点的调整量如下图所示。
以“B”轴作基准轴,调整“A”轴时应先测定X,Y,Z之值(图(a)),若以δy与δz分别表示前后支点的调整量,从图(b)可推导出:
⊿Oa’Oa”G∽⊿EO”F
由于GO”=XFO”=YGO’=3ac/2(忽略Oa”Ob’)
所以:
EF=Y/X×3ac/2
δy=EF+3b/2=Y/X×3ac/2+3b/2………(9)
同理可得:
HI=Z/X×3ac/2
δz=HI+3b/2=Z/X×3ac/2+3b/2………(10)
注意事项:
①δy及δz为正值,则要求增加垫片厚度;若为负值,则减少垫片厚度.
②上式为垂直方向调整的计算.若水平方向计算调整量可用同样原理,只是调整量为支点的左右移动量,而不需增减垫片厚.
③上述方法是将两轴中心线调成一条直线(冷态联轴器对中),然后根据各转轴支点处的热膨胀量大小撤去相应厚度的垫片,以达到冷态找正的要求.为此,首先根据3a,3b及3ac的数值判断两轴之间的空间位置,再进行计算.调整工作必须分成两步走:
先将两转轴中心线调成一条直线,再按热膨胀量大小在支点处撤去相应厚度的垫片。
单表测量法在实际操作中可以在两个半联轴器上同时装上百分表架和百分表,一个百分表指在“A”联轴器上,另一个百表指在“B”联轴器上,互相错开180°,两轴同步盘动360°,两个百分表同时记录读数。
可以免去装拆卸百分表架的麻烦,减少发生误差的可能性,加快调整速度。
当水平面内两側读数都不是零时,为方便起见,可在两側读数中分别加上一个相等到的数(包括正或负),使其中一側变为零。
这种数学变换对实际偏差没有影响。
应该注意的是支脚螺栓孔和螺栓之间的空隙要满足在水平方向上的调整量,否则应调整基准轴,使其它轴的位置作相称应的调整。
此外,随科技的发展,现在有了激光对中仪,价格从初时的20多万降到现在的7,8万,也已经非常普及了。
相对于其它的找正方式,它具有快捷,简单,准确性高的优势,由其对于大型机组,更为明显。
它由几部分组成:
激光发射器,激光接收器,控制液晶屏,这三者之间的连接数据线,专用的链条式(或磁力表坐)卡具(用来把激光发射和接收器固定在联轴器上)。
在把激光发射器和激光接收器固定在联轴器上之后,再将连线和控制屏接到一起,选择找正模式,按提示输入相应的数据,一般有激光发射器的回转直径,激光发射器和激光接收器之间的距离,调整机各支脚到接收器的距离。
一般只须盘车180°即可,之后各脚的加减垫片数据和水平方向移动调整数据将由控制液晶屏显示出来,一般经过两次调整即可完成。
无论用那种方法求调整量,复查测量时仍可能产生一定的误差。
联轴器找正与调整需要反复进行多次,最终将误差限制在允许的范围内。
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