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激光对中仪在长联轴器轴流压缩机组找正中的实践探讨

李海鹏 孙永明 王运学 / 西安陕鼓动力股份有限公司    

摘要:针对某轴流压缩机组由于结构特殊,联轴器长度达3 280mm,传统的打表找正方法不能保证找正精度,为了保证机组在厂内机械运转试验中,长联轴器在机组运行中有良好的对中性,在冷态下应用激光对中仪进行了高精度、快速找正。通过分析机组机械运转试验的联接方式,计算出了机组在冷态下的找正目标值,通过分析激光对中仪找正原理,给出了机组采用激光对中仪的找正过程和方法,并以找正过程的测量结果为例,对影响激光找正精度的因素进行了分析,提出了解决对策,为正确使用激光对中仪和减少找正测量误差有借鉴作用。
关键词:激光对中; 轴流压缩机;找正;测量误差
中图分类号:TH432 文献标志码:A
Practice on Axial Compressor used Long Coupling by Laser Shaft Alignment Instrument
Abstract: This article mainly aims at the traditional centering is more difficult to achieve in 3280 mm long coupling of Axial compressor, In order to ensure factory mechanical operation test , the long coupling must have good centring in the cold state. This paper analyses the connection method of mechanical operation test, computes the alignment target of Axial Compressor in the cold. Analyse of measuring theory and centering process for laser alignment, Finally , The paper take the process measurement results for instance, analyse of influencing factor by Laser Shaft Alignment Instrument, So the paper has a good reference to put forward the correct use of laser instrument and reduce the measurement error in Practice.
Key words: Laser Alignment ; Axial Compressor; Alignment; Measurement Error
0 引言
  风机的冷态找正无论在厂内机械运转试验还是在用户现场运行都有着非常关键的作用,尤其是两个转子之间联轴器的对中找正,直接影响着机组运行的平稳性和可靠性。如果冷态找正不好,联轴器中间段与两个半联器之间将存在较大的接触应力或内应力,产生摩擦,造成连接件的磨损,既损耗能量,又干扰转子平稳运行,机组振动加剧。在冷态找正过程中,只有给出合理的机组找正曲线和找正目标值,严格的找正操作,才能够保证机组在热态下运行有良好的对中性,减少轴系的振动,提高机组的使用寿命。
  本文介绍了激光对中仪在某轴流压缩机长联轴器找正中的应用,通过分析机组结构特点和机械运转试验联接方式,确定机组的找正目标值,以测量结果为例,对影响找正的因素进行了分析,并提出了解决对策。
1 机组结构特点和联接方式
  该轴流压缩机组总长8 010mm,宽4 490mm,轴承跨距1 955mm,结构上采用长3 280mm的膜片联轴器,联轴器重264.5kg,给机组安装找正造成很大困难,由于联轴器较长,微小的找正偏差则会导致整个轴系的稳定运转和设备故障。在厂内机械运转试验中,机组的联接方式如图1所示,电机和压缩机之间采用液力耦合器进行机械运转速度调节,采用两个变速器使之转速达到额定工作转速,并且实现换向作用。机组的找正主要是保证轴流压缩机和变速器之间3280mm的联轴器的冷态对中。
  由于联轴器较长,联轴器外面有联轴器套筒,安装空间有限,传统的打表找正需要制作专用找正工装,较长的专用工装在使用中存在挠度,对测量精度有一定的影响,为了保证测量精度,在厂内机械运转试验中采用激光对中仪完成机组的找正。

2 找正曲线及找正目标值的确定
  机组找正是机组安全平稳运行的基本保证,确定找正目标值是完成激光找正的首要环节。找正目标值的确定关键是计算各轴颈中心从冷态到热态稳定运行后位置的变化量。主要考虑下面几方面的因素。
2.1 风机、变速器轴心因油膜而产生的偏移量
  风机的径向轴承采用可倾瓦轴承,油膜在垂直方向产生位移Y,计算轴承比载荷Pm,查表1可得轴承在垂直方向的偏移量。
           m=100F/(D*B)
式中:F为转子质量的一半,N;D为轴承直径,mm;B为轴承宽度,mm。
  该风机轴承宽210mm,直径180mm,转子质量为5 335kg,通过计算可得Pm=69.15N/cm2,风机的转速最高为3 600r/min,轴颈为180mm,查图2 、表1可得风机轴心因油膜而产生的偏移量Y1为0.15mm。
  同理,变速器径向轴承为椭圆瓦轴承,油膜在水平方向和垂直方向产生偏移XY,计算轴承比载荷Pm,查图2、表2可得轴承在水平和垂直方向的偏移量为X1’=0.03mm(方向向右),Y1’=0.07mm。

表 1 可倾瓦轴承油膜对转子产生的偏移量表   mm

轴颈

①区域内轴承上移量

②区域内轴承上移量

③区域内轴承上移量

④区域内轴承上移量

⑤区域内轴承上移量

125

0.12

0.11

0.09

0.07

0.05

140

0.14

0.12

0.10

0.08

0.06

160

0.16

0.13

0.11

0.09

0.07

180

0.18

0.15

0.13

0.10

0.08

200

0.20

0.17

0.14

0.12

0.09

225

0.22

0.19

0.16

0.13

0.10

250

0.24

0.21

0.18

0.15

0.11

280

0.27

0.24

0.20

0.16

0.12

表 2 椭圆瓦轴承油膜对转子产生的偏移量表 mm

轴颈

① 区域内轴承上移量

② 区域内轴承上移量

③ 区域内轴承上移量

④ 区域内轴承上移量

⑤ 区域内轴承上移量

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

45/50

0.01

0.04

0.01

0.03

0.02

0.03

0.02

0.02

0.03

0.02

56/63

0.01

0.04

0.02

0.04

0.03

0.04

0.03

0.03

0.04

0.03

71/80

0.01

0.06

0.02

0.05

0.03

0.05

0.04

0.04

0.05

0.03

90/100

0.01

0.07

0.03

0.07

0.04

0.06

0.05

0.05

0.06

0.04

110/125

0.03

0.09

0.04

0.08

0.05

0.07

0.07

0.07

0.07

0.05

140

0.04

0.11

0.05

0.10

0.06

0.09

0.08

0.08

0.09

0.06

160

0.04

0.12

0.05

0.11

0.07

0.10

0.09

0.09

0.10

0.07

180

0.05

0.14

0.06

0.13

0.08

0.11

0.10

0.10

0.11

0.08

200

0.05

0.15

0.07

0.14

0.09

0.12

0.11

0.11

0.12

0.09

225

0.06

0.17

0.07

0.16

0.10

0.14

0.13

0.12

0.14

0.10

250

0.06

0.19

0.08

0.18

0.11

0.16

0.14

0.13

0.15

0.11

280

0.07

0.21

0.09

0.20

0.13

0.18

0.16

0.15

0.17

0.12

315

0.08

0.24

0.10

0.22

0.15

0.20

0.18

0.17

0.20

0.14

355

0.09

0.27

0.12

0.25

0.17

0.22

0.20

0.19

0.22

0.15

400

0.10

0.30

0.13

0.28

0.19

0.25

0.23

0.22

0.25

0.17

450

0.11

0.34

0.15

0.32

0.21

0.28

0.26

0.25

0.28

0.20

2.2 风机、变速器因轴承体温度的升高产生的偏移
  风机轴承座和变速器由于温升产生的偏移量按下式进行计算:
            △L=L×α×△t
式中:L为原长,mm;α为材料的线胀系数,1/℃;△t为温度变化量,℃。
  该风机轴承座中心高450mm,进气轴承温度约30℃,大气温度取15℃,排气温度取60℃,材料膨胀系数取11.3×10-6/℃,通过计算可得风机进气侧Y2=0.08mm,排气侧Y3=0.23mm。
  变速器垂直方向高650mm,齿轮轴中心水平方向约为340mm,温升为22℃,线胀系数取11.3×10-6/℃,通过计算可得变速器因温升产生的偏移量Y2’=0.16mm,X2’=0.08mm(方向向左)。
2.3 轴心因齿轮的啮合力产生的偏移量X
  变速器齿轮啮合力将造成两个齿轮轴沿齿轮啮合力方向浮动,为了简便估算,只计算在中心距上的热胀量,同时加上啮合力方向上0.05~0.10mm的油膜厚度值即可。通过计算X3’=0.05mm+ X2’=0.13mm(方向向左)。
2.3 最终找正目标值的确定
  综合上述三种轴心位移计算值,可以得到冷态找正时转子轴心的偏移量,同时把数据按照机组转子实际尺寸向两半联器端面,径向通过转换就可得出找正目标值,如图3所示。

  垂直方向:风机排气侧偏移量Y=Y1+Y2=0.15+0.08=0.23mm;
  风机进气侧偏移量Y=Y1+Y3=0.15+0.23=0.38mm;
  变速器轴心偏移量Y变速器=Y1’+Y2’=0.07+0.16=0.23mm
  按照机组转子实际尺寸向两半联器端面,径向通过转换可得最终垂直方向上的目标值为:变速器比风机低0.20mm,下张口0.005/100mm。
  水平方向:忽略风机水平方向上的偏移量,变速器水平方向的偏移量为XX=X1’- X3’=0.03-0.13=-0.10mm,方向向左。
  所以水平方向上的找正目标值为:变速器偏风机左侧0.10mm,右张口0.003/100mm。
3 激光对中仪找正的测量原理和步骤
3.1 激光找正仪的测量原理

  激光对中仪的测量原理与传统的单表找正法原理相通,激光找正法中S单元和M单元分别替代百分表并固定在联轴器的两侧,根据相似三角形几何原理输入相应数据,操作完成后中央计算器将自动计算出水平与垂直方向上平行偏差和角度偏差,并给出各个支点需要调整的量值。该机组找正中使用瑞典Fixturlaser公司生产的Fixturlaser Go激光对中仪,它包括激光发射器S(探测器)、激光反射器M(接收器)、显示单元(微型计算机)、支架、链条、连接线、测量尺等。
3.2 利用激光找正仪找正过程
  该联轴器中间段长为2 980mm,找正前首先对安装中间轴的距离进行测量,对风机和变速器进行粗找正,粗找正用卷尺来通过拉对角来完成。
  为了测量方便,采用磁力座将S端发射器固定在风机轴端上,然后将M端发射器安装固定在变速器输出端轴上,最后将SM端发射器通过连接线正确与显示单元相连。
  启动测量系统,选择水平对中测量模块,输入允许误差,径向偏差为0.02mm,张口为0.01mm,保存。然后选择目标值对中模块,输入找正目标,垂直方向为变速箱比风机低0.20mm,下张口0.01mm,水平方向:变速器偏风机外0.10mm,右张口为0.01mm,保存,见图3所示。测量并输入两个探头之间距离、M探头到前地脚中心的距离和前后地脚间的距离值,进行测量。
  测量时将轴依次转到9、12、3点钟的位置(注:不一定是9点、12点、3点钟位置,只要保证测量的三个点不在扇形区域内就能采集信号),由于风机和变速器轴没有相连,所以转动时候每个位置必须保证显示单元上的角度误差在0.3°以内。三点测量后显示单元显示测量结果,测量画面如图4所示,测量结果见表3所示。

表 3 测量过程记录表

测量次数

第一次测量

第二次测量

第三次测量

复检 1

复检 2

测量结果

垂直方向

平行偏差

-0.25mm

+ 0.08mm

+ 0.03mm

+ 0.03mm

+ 0.02mm

角度偏差

+ 0.04mm / 100mm

+ 0.01mm / 100mm

0.00mm / 100mm

0.00mm / 100mm

0.00mm / 100mm

水平方向

平行偏差

+ 0.89mm

+ 0.43mm

0.00mm

0.01mm

0.00mm

角度偏差

+ 0.02mm / 100mm

+ 0.01mm / 100mm

0.00mm / 100mm

0.00mm / 100mm

0.00mm / 100mm

  由于测量显示精度为0.01mm,所测量过程中平行偏差和角度偏差可能出现为0的情况,需要保存测量文件,通过测量文件读取更加精确的测量结果。
  最后还需要对测量结果进行复查,保证最终数据的真实可信,一般两次复检结果不能有较大变化,保证测量结果在允许误差范围内。
3.3 激光找正仪找正注意事项
  1) 转动一定角度进行测量时,必须始终朝一个方向盘动转子,转动方向要保证与风机运转方向一致,不允许盘动后使转子回转,造成测量误差。齿轮轴的盘车要按照齿轮啮合方向始终朝一个方向转动,以消除齿啮合和齿间隙对测量产生的影响。
  2) 防止机组和变速器支撑部位出现“软脚”,找正前必须保证基础和机座有良好的接触,垫片尺寸要合理,且层数不宜过多,建议在3层以内。
  3) 由于激光接收窗较小,联轴器较长,较小的角度偏差将造成激光无法进入接收窗,造成调试难度,在粗找正时,为了节省时间,可先使用磁性滑动支架,在联轴器外圆处大于180°的扇形区域内进行激光接收调试,保证激光能进入接收窗体,避免了来回盘动转子和变速器齿轮轴。通过上述方法仍不能将激光对中接收窗,则说明机组对中性较差,由于该对中仪器无激光微调系统,需要对磁力座进行调整,在磁力座底部不同位置加薄垫片,以保证激光对中接收窗体。
  4) 测量过程中要防止探头连接线对测量产生影响,由于联轴器较长,连接线与显示单元之间连接较紧,影响测杆刚性,对测量结果造成误差。
4 激光找正影响因素及对策分析

4.1 “虚脚”和“软脚”的影响
  “虚脚”指的是由于基础支撑不当,导致某个支撑脚接触不好,造成某个支撑脚不受力的情况。“软脚”指的是由于基础支撑脚虽然接触较好,但是由于本身存在缺陷,腐蚀、受振或者外力以后支撑脚出现移位等现象,一般有平行软脚、倾斜软脚、因腐蚀引起的软脚和因外力引起的软脚等情况。激光找正仪在使用过程中要不停的盘动风机转子和齿轮轴,有时需要采用天车或者其他杠杆辅助盘动,这样基础的“虚脚”和“软脚”就会对测量结果产生较大影响。
  对策分析:要解决“虚脚”和“软脚”对测量的影响,除了在测量前对基础的各个支撑点进行检查,保证有良好的接触面,垫片的数量不能多于3个,压板必须紧固,还需要在测量过程中,将每次测量结果进行比照,分析水平方向和垂直方向的测量值的前后变化,从测量结果上寻找基础的“虚脚”和“软脚”,然后进行整改。
4.2 测量过程中外来振动的影响
  外来振动会对测量单元的测量产生影响,尤其是在盘动转子和齿轮轴的过程中,必须保证盘动过程缓慢,盘动结束后必须等转子或齿轮轴完全静止后进行读数,读数时严禁基础受振或者任何与基础相连的部件产生振动,调整盘转角度时,不得来回迅猛的晃动转子。
对策分析:外来振动或干扰会对测量结果产生较大差异,需要测量过程中细心严谨,盘动过程缓慢,保证轴承部位有良好的润滑,减少任何会对测量产生误差的干扰源,提高测量精度和结果的可靠性。
4.3 测量单元固定方式的影响
  测量单元的固定方式有多种:磁性支架、链条支架、磁力座等,不同的固定方式会对测量精度产生影响。磁性支架和磁力座操作简单方便,但是需要支撑平面平整光滑,接触牢固并在盘动转子的过程中不能与转子的吸附部位产生微位移,否则会造成测量误差。链条支架的紧固是通过链条与盘动转子的轴颈进行相连,紧固可靠,但是需要有一定的测量经验,不能紧固太紧而损坏轴颈表面,也不能紧固太松而造成较大的测量误差。无论哪一种紧固方式,统一的原则是保证测量单元与测量转子紧固可靠并在盘动过程中不能发生相对位移。
  对策分析:测量过程中固定方式的选用必须遵循方便、可靠,多种方式并用的原则。由于在实际操作中,粗找正过程中可以使用磁力座或磁性滑动支架,保持大型转子不动,架子在轴颈旋转进行激光窗的调整,保证在每个位置,激光都能射入激光窗口。在精找正过程中,尽量使用链条支架,如果条件不具备,必须保证磁性支架或磁力座与轴颈接触面或轴端接触面有良好的接触条件,保证测量结果的精确。
5 结论
  1) 在大型机组轴系、联轴器较长等传统找正方法不容易操作或操作耗时的情况下,采用激光对中仪进行找正,快捷方便,精度可靠,有着广泛的应用前景。
  2) 找正目标值的确定关键是计算各轴颈中心从冷态到热态稳定运行后位置的变化量,计算中需要考虑轴承油膜产生的偏移量、轴承座温升所产生的偏移量和齿轮啮合力所产生的偏移量等因素。
  3) 采用激光找正要采用正确的测量方法,注意消除“虚脚”和“软脚”、外来振动、固定方式等因素对测量结果的影响,保证测量精度。
  4) 本次轴流压缩机厂内机械运转试验中采用激光对中仪进行找正过程花费1个小时左右,结果精确可靠,机组运行状态良好,试车取得圆满成功。
               参 考 文 献
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[2] 董英武,陈惠萍,司海涛.激光找正仪的应用[J].内蒙古石油化工,2008,16:17-18.
[3] 潘汉军,刘娅.联轴器对中误差的分析与测量[J].安装,2004,4(133):1-4.
[4] 孙亿石.论大型透平压缩机组的对中找正[J].化工施工技术,1998,2(10):12-20.
[5] 王忠实,张志强,沈庆根.用实际测量的方法确定机组对中补偿量[J].石油化工设备技术,2000,21(1):32-34.

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  评论人:风机盘管   打分:0 分  发表时间:2015-6-28 21:52:09
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