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大型透平压缩机组联轴器对中问题的探讨

作者:佚名    文章来源:河北京诚联轴器厂    点击数:    更新时间:2009-10-20

1  引言

在高速转动的大型设备的运行过程中,联接联轴器的轴系不对中是产生设备振动和各部分零件损坏的原因之一,为了减少设备的振动和保证设备运行的稳定性,要对联接设备的联轴器的两轴系的对中进行调整,联接联轴器的两轴系对中精度越高,设备零件的使用寿命就越长,但由于大型设备非常笨重,体积庞大,调整联接联轴器的两轴对中是非常很困难而精细的工作,本文以我们的客户使用的透平机组为例来分析一下机组对轴系对中的问题。

 

 

 

2  机组联轴器介绍

本机组是某化工厂14000m3/h大型空分装置配套机组,它的作用是为空分装置提供原料空气。电机采用同步电机,其转速为3000r/min。该机组是由沈阳鼓风机厂制造的。其结构简图如图1,电机是通过一个长2490mm齿式联轴器向压缩机传输扭矩。为方便机组与联轴器的对中,厂家随机配备联轴器对中的专用工具,称之为假轴(图2)。它是一个一端焊接法兰的无缝钢管,使用时假轴通过法兰与基准轴相联接,另一端架表来调整电机主轴与压缩机主轴的对中。考虑到假轴与基准轴连接后是一个一端固支的悬臂梁,厂家在假轴上给了一个挠度值(f=1.3mm)。

 

 在安装过程中,按厂家图纸文件要求:

允许值:圆周径向跳动值:0±0.025mm

        端面轴向跳动值:0.025mm

目标值:0±0.01mm

端面:BC两平面的端面轴向跳动值调整在0.025mm以内。径向:考虑假轴挠度和机组温度补偿值(由于在冷态找正,考虑到机组运转后温度升高而发生的机组本体的热胀),旋转中心E比旋转中心F低一个挠度值(m)减一个温度补偿量(n,h=mn,如图3 这样拆下假轴安装上联轴器后,会出现电机主轴端面与压缩机电机主轴端面事实上存在一个角度,角度开口方向向上,称之为上开口,如图4所示。

3  原因分析

大型机组,尤其是高速运转的透平机组的找正是很复杂的,现只分析其联轴器对中这一部分。大型机组联轴器对中一般步骤如下:

1)首先确定一台找正完了的机器主轴为基准轴。

2)调节另一台机器的主轴与基准轴的径向跳动度和端面误差在机组要求的范围之内。

在本例中,由于电机与压缩机之间有一很长的联轴器,它的对中是通过将假轴一端装在基准轴(电机轴)上来找正压缩机主轴的对中。当把假轴装到基准轴上,假轴另一端架百分表对压缩机主轴找正时,考虑了由于假轴的挠度而产生的误差,而忽视了假轴B端旋转平面与A端主轴端面有一个角度a,如图3所示,当找正完成后,存在AC平面端面误差变大,也即AC平面有一个a角度。因此当取下假轴装上联轴器后会出现电机主轴端面与压缩机电机主轴端面事实上的上开口。造成端面误差变大。

4  处理方法

考虑转角的影响,根据挠度值计算出假轴的转角。计算方法如下:

根据材料力学,只考虑自身重量的悬臂梁可看作是一个均布载荷的悬臂梁,如图4

 

根据材料力学,悬臂梁的挠曲线方程为(推导过程省略):

f=(x24lx+6l2)qx2/24EI                  (1)

在自由端(x=L时)挠度最大,转角最大。即

最大挠度¦max=qL4/(8EI)             (2) 

最大转角amax= =-qL3/(6EI)             (3)

由(2)(3)两式可得出:

amax=4¦max/3l

式中  E——材料的弹性模量(材料一定时即为定值)

I——惯性矩(截面)(几何形状一定时即为定值)

L——悬臂梁长度,mm

q——悬臂梁的均布载荷,N

f——悬臂梁上任意一点的挠度,mm

a——悬臂梁上任意一点的转角,rad

由厂家给的挠度值¦=1.3mm,可以计算出最大转角:

amax=4¦max/3l

   =4×1.3/3×2490

   =0.0007rad

压缩机主轴端面直径为d= 300mm ,a max角较小sin amaxa max,因此,压缩机主轴端面与联轴器端面上下轴向偏差:

Δx=d sin amax

d a max

=d×0.0007

=0.21mm

即端面跳动下部比上部多一个Δx值。考虑图3的偏差形式:两轴心线既有倾斜又有偏移。在对中时增加了转角的内容,调节压缩机主轴端面与假轴端面,使其上轴向比下轴向小0.21mm左右,即形成两端面有一个角度,且角度开口方向是向下的,根据上面的计算这个角度大约是a角。考虑到机组的温度补偿,调节使压缩机主轴向上偏移h值,这样就保证了压缩机主轴与基准轴(电机主轴)的径向跳动度和轴向偏差要求,如图5

 

5  结论

通过这次对中的实际运用,得出在有长联轴器的大型机组,尤其是高速运转的透平机组的对中过程中,虽然对中专用工具转角很小(本例为0.0007rad),但由其引起的端面跳动误差不容忽视(本例为端面轴向上、下跳动值相差Δx=0.21mm,比机组允许值0±0.025mm要大近10倍)。在大型机组安装过程中要考虑到转角的影响。这对于提高对中精度、保障机组安装质量有着不可忽视的作用。

本组19994月开始安装,20004月一次试车成功,自200011月正式投入生产运行以来,机组运行平稳,情况良好。

 

:公式(1)(2)(3)来自刘鸿文主编,高等教育出版社出版的《材料力学》(上册)225页,它们是通过悬臂梁的挠曲线微分方程推导的,在这里就不一一推导。

 

     

 

[1] HGJ206-92  化工机器安装工程施工及验收规范(离心式压缩机) 

[2] HGJ203-83  化工机器安装工程施工及验收规范(通用规定)

[3] 刘鸿文.材料力学.高等教育出版社,1992.9.

 

 
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