轴线测量和调整(上)
2011-02-19 12:45阅读：
轴线测量和调整
机组轴线的测量和调整,包括发电机主轴轴线的测量和调整、发电机与水轮机主轴连接后总轴线的测量调整、励磁机整流子及滑环处的轴线测量调整。它们可以分阶段逐项进行,也可以一并综合进行。
1、
发电机主轴轴线的测量
发电机主轴轴线的测量,是为了检查主轴与镜板的不垂直度,测出它的大小数值和方位,以通过有关组合面的处理,使各部位摆度符合规定的要求。
测量前要做好下例准备工作:
1、在上导轴径(推力头)及法兰(或下导)处,沿周圈划八等份线,上下两部分的等份线应在同一方位上,并按逆时针方向顺次对应编号.具体做法是:先在推力头上作八等分线,在+Y处装表,然后再在下导或法兰处的+Y处也装表,准确的盘每一点停车,按上导编号编下导或法兰号(划针法
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2、调整推力瓦受力,并使镜板处于水平状态,推力瓦面应加洁净的猪油作润滑剂(也可以用其他的动物油或二硫化钼)。
3、安装推力头处的导轴瓦(悬吊型的为上导,伞型的为下导),用以控制主轴的径向位移,瓦面涂薄而均匀的猪油.瓦背支拄螺栓用扳手轻轻扳紧,以盘车过程中主轴位移在0.03—0.05㎜为适宜。
4、清除转动部件上的杂物,检查各转动与固定部件缝隙处,应绝对无异物卡阻及刮碰。
5、在上导、下导或法兰处按X、Y方向各装一只百分表,作为上下两个部位测量摆度及互相校核用.百分表测杆应紧贴被测部件,且小针应有2㎜的压缩量,大针调到零位。
6、在法兰处沿坐标的4个方向推动主轴,应能看到百分表指针摆动,证明主轴处于自由状态。
以上准备工作完毕后,各百分表派专人负责读表和记录,在统一指挥下,,用人力方式或电动盘车,使转动部件按机组旋转方向慢慢的旋转,并在各测点等份处准确停止,解除盘车动力对转动部件的外力影响,然后通知各百分表记录人,记录各百分表读数,如此逐点测出旋转一周八点的读数,并重点看第8点的读数是否归零。不归零值一般不大于0.03㎜。(我们一般在上导处用千分表,在其余部位用百分表)
如果发电机轴线与镜板底面(与推力瓦的摩擦面)不垂直,当镜板处于水平状态时,这就是轴线的倾斜。
当轴线发生倾斜时,回转1800,其倾斜方向也随之改变.并与00时相对应.轴线测量关系如图1—1所示。
由于导轴承存在着不可避免的间隙,主轴回转时轴线将在轴承间隙限制的范围内发生位移,因此,导轴承处的千分表的读数,既反映了轴线的倾斜J,又反映了轴线的位移e。轴的长度越长,反映越明显.如在法兰处卡表,法兰处的千分表读数,则是法兰处的倾斜值2J与轴线e位移之和。
我们把同一测量部位(同一平面)对称两点数值之差,称为全摆度。
在上导处便有公式为:
Φa=Φa180-Φ0=e
式中:
Φa-上导轴承处的全摆度(㎜)。
Φa180-上导轴承处大轴旋转1800时的摆度读数(㎜)。
Φa0-上导轴承处大轴没有旋转时的摆度读数(㎜)。
e-大轴径向位移值(㎜)。
全摆度—包括轴的径向移位在内的全部摆度值,用同一平面内的对应两点数值之差来表示.在上导处,由于距离很短,摆度值非常小,可忽略不计。
在下导处和法兰处便有公式为:
Φb=Φb180-Φb0=2J+e
式中:
Φb-下导或法兰处的全摆度(㎜)。
Φb180-下导或法兰处大轴旋转1800时摆度读数(㎜)。
Φb0-下导或法兰处大轴没有旋转时的摆度读数(㎜)。
J-下导与上导或法兰与上导之间的倾斜值(㎜)。
我们把同一测点上下两部位全摆度数值之差称之为净摆度。
Φba=Φb-Φa=(2J+e)-e=2J
式中:Φba-下导或法兰处的净摆度(㎜)。
净摆度—去掉了轴的径向移动值后的摆度,用同一方位上下两点的全摆度之差来表示。
轴线的倾斜值:J=Φba/2
因此,只要我们测出了上导及下导或上导及法兰两处八点的数值,既可算出下导或法兰处的最大倾斜值及其方位。
在这里还要引出两个概念，相对摆度和绝对摆度。
相对摆度—单位距离内的净摆度（双振幅）；
相对摆度=净摆度/该点到推力轴承的距离；
绝对摆度—在该点处测出的实际净摆度；
实例:某台水轮发电机单独盘车时,测得上导及法兰处的摆度数据如表1—1
表1—1
发电机盘车记录
单位0.01㎜
测量
部分
|
测点编号及数据
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
上导
|
1
|
1
|
1
|
0
|
-1
|
-2
|
-1
|
0
|
法兰
|
-12
|
-24
|
-19
|
-11
|
0
|
8
|
-1
|
-7
|
则上导处的全摆度有:
Φa5-1=(-1)-1=-2
Φa6-2=(-2)-1=-3
Φa7-3=(-1)-1=-2
Φa8-4=0-0=0
法兰处的全摆度:
Φb5-1=0-(-12)=12
Φb6-2=8-(-24)=32
Φb7-3=(-1)-(-19)=18
Φb8-4=(-7)-(-11)=4
法兰处的净摆度:
Φ5-1=12-(-2)=14
Φ6-2=32-(-3)=35
Φ7-3=18-(-2)=20
Φ8-4=4-0=4
由此可知,法兰处的最大摆度点在“6”点，其值为：
J=Φ6-2/2=35/2=17.5
附页
有人问我，为什么要（5-1）呢？（1-5）是否可行？我的回答是，行！
下面就以上例为准，来分析一下。
上导全摆度：
Φa1-5=1-(-1)=2
Φa2-6=1-(-2)=3
Φa3-7=1-(-1)=2
Φa4-8=0-0=0
法兰全摆度：
Φb1-5=(-12)-0=-12
Φb2-6=(-24)-8=-32
Φb3-7=(-19)-(-1)=-18
Φb4-8=(-11)-(-7)=-4
法兰净摆度：
Φ1-5=（-12）-2=-14
Φ2-6=（-32）-3=-35
Φ3-7=（-18）-2=-20
Φ4-8=（-4）-0=-4
分析：由于绝对值∣35∣这个数最大，所以最大点不是在2点，就是在6点。又由于式中（2-6）为负值，故6点为最大点。以上分析和（5-1）的方式得出的结论一样。所以，这两种方法都可以用。
如果没有其他干扰因素，则法兰处的八点数值座标应能成正弦曲线，并可在正弦曲线中找到最大摆度值及其方位。但在实际工作中往往有许多的其他干扰因素的存在，使得正弦曲线不规则。当此正弦曲线发生较大突变时，说明所测数据不可靠，应重新盘车。这也是检验盘车数据是否准确的一个方法。
仍以上述例题的计算为例，验出净摆度坐标曲线如图1-3所示。此图基本上为正弦曲线,最大摆度在“6”点，最大摆度值Φmax=0.35㎜.与计算的结论一致。
图1—3
净摆度坐标曲线
2、
发电机主轴轴线的调整
如上所述,镜板摩擦面与轴线不垂直是产生摆度的主要原因。而造成这种不垂直的因素有：1、推力头与主轴配合较松，卡环厚薄不均匀，产生的摆度；2、推力头底面与与主轴不垂直，加工精度不够产生的摆度；3、推力头与镜板垫厚薄不均匀，超差产生的摆度；4、镜板加工精度不够，产生的摆度；5、主轴本身弯曲，等等。
根据我国近年来机械加工的水平及安装中碰到的实际情况,不垂直的主要因素是推力头与镜板间的垫厚薄不均匀,其次是推力头底面与主轴不垂直,主轴本身因应力作用弯曲。其他因素偶然遇到。因此，目前国内使用比较成熟的方法是刮削镜板垫。没有镜板垫时，加工推力头底面。
当我们测出了法兰处的最大倾斜值J后，知道了两点间的距离L。即可作出一个直角三角型△ABC，见图1—4所示：
如果我们在轴线AB的延长线上，作推力头底面直径D的垂线，使它与水平线相交d,
而且do=of=D/2，再通过f点作AB的平行线交于水平线的e,得另一个直角三角形△def。
由于fe∥AB
df⊥AB
ed∥BC
ed⊥AC
所以
△def∽△ABC
故fe/df=BC/AC=δ/D=J/L
{JD/L=2JD/2L} {Φ=2J}
由此即可求得镜板垫的最大刮削量：δ=JD/L=ΦD/2L
（1—1）
式中：δ--镜板垫的最大刮削量，单位㎜。
Φ—法兰（或下导）处的最大净摆度，单位㎜。
D—推力头底面直径，单位㎜。
L—两测点的距离，单位㎜。
J—轴线的倾斜值,单位㎜。
当控制轴线位移的导轴承不与推力头在一起，或在其下方时，如图1—5a所示，或在其上方时，如图1—5b所示。（1—1）公式依然成立，因为：
△
A/BC/∽△ABC∽△A//BC//∽△def
下图为1—5轴线倾斜与推力头调整的关系之二
所以,J//L/=J/L=J///L//=δ/D
实际上J/L是轴线偏离垂线a夹角的正切。同一根轴线倾斜夹角a不变，因此，其正切为一常数。
既：tga=J/L=J//L/=J///L//=K
由此可知，不论测点如何变化，只要“L”用两测点的距离代入（1—1）公式总是成立的。
同理(1—1)公式也适用于伞型机组,尽管这时推力轴承及导轴承移到了轴的下端,如图1—6所示,公式(1—1)依然成立.只不过推力头的镜板垫的刮削方向相反。既最大刮削点应在最大摆度点的对侧，这点应特别注意，以免混淆。
计算出最大刮削量及刮削点,即可进行镜板垫的刮削。
先用制动风闸将转子顶起，可加锁锭。拆除盘车工具，松开推力
头与镜板之间的连接螺栓，落下镜板，在推力头、镜板垫及镜板上作装配基准线，并在镜板垫上，
按轴线测量等分线方位，作相应的八等分编号。
抽出镜板垫后，根据上述计算的数据，找到最大刮削点，以最大刮削点垂直的方位通过圆心划中心线，以中心线为基准，分出高半区和低半区。在高低两半区内再等分刮削区。等分刮削区一般视镜板垫的直径大小，以4—8区为宜。然后按比例确定每一刮削区相应的刮削量，镜板垫分区刮削见图1—7所示。
要在大面积的镜板垫上，用手工按定量平整刮出一个斜面，且刮削误差要求达到0.01㎜，这是很不容易的，必须仔细耐心的刮削。目前各地采用的方格刮削法，比较成功。既先把刮削平面等分划成许多方格，例如5×5（厘米2），将镜板垫放在平台上，用千分表测出各方格的厚度数据，并用铅笔将数据记在相应的方格内，然后按分区刮削。（也可以将镜板垫放在平台上，用一水平梁和划分好区域的镜板垫相互摩擦，在发黑的格内量出厚度，刮之。）要求逐格进行刮削，并以千分表检验其刮去的厚度是否正确。
待所有的方格全部都刮完，把镜板垫放于平台上，用研磨平台加微量显示剂，压在镜板垫上来回研磨，用以显示高点，并将高点刮去，使其平整。最后用细砂布打光，除去边缘毛刺，既可装复重新盘车检验，直至合乎要求为止。
有时为了加快安装进度，尽管盘小车摆度不合格，但按比例推算到水轮机迷宫环处的摆度不至相碰时，亦可以提前与水轮机主轴连接，待到机组总轴线测量调整时，一并处理。
对于无镜板垫的机组,则可用磨削推力头底面的方法来调整,磨削时,同样需要按上述方法划等分刮削区,并最好采用“沟槽法”，既先在各等分区域线上，用砂轮机磨出标准沟槽，然后以这些沟槽为基准，在两沟槽之间大面积磨削，并用研磨平台检查高点，以标准沟槽为准磨平为止。
3、
机组总轴线的测量和调整
用盘车的方式，按制造厂主轴加工装配标记，使发电机和水轮机主轴法兰螺孔对准,进行主轴联接。
主轴联接后，机组总轴线的测量和调整方法与上述基本相同，只是在水轮机导轴承处再增加一对千分表，用以测量水导处的摆度，并计算分析由于主轴法兰结合面与轴线不垂直而引起的轴线曲折，以便通过综合处理获得良好的轴线。
主轴联接以后，法兰处的摆度由于重力作用而发生了改变，应重新盘车效验，并根据盘车数据综合分析轴线的倾斜。实际工作中可在上导、法兰、水导处同时架表盘车，测出数据，分析其摆度。几种轴线曲折典型状态如图1--8所示。
1、镜板摩擦面及法兰组合面都与轴线垂直，总轴线无摆度及曲折，如图1--8a所示。
2、镜板摩擦面与轴线不成垂直，法兰与实际轴线垂直，总轴线无曲折，摆度按距离线性放大，如图1—8b所示。
3、镜板摩擦面与轴线垂直，法兰与轴线不垂直，总轴线发生曲折。法兰处摆度为零，水导处有摆度，如图1—8c所示。
4、镜板摩擦面及法兰组合面均与轴线不垂直，两处不垂直方位相同、相反或成某一方位角等。总轴线有曲折，法兰及水导处都有摆度，并大小变化不等。如图1—8d—k。
不论总轴线曲折情况如何，只要法兰及水导处的摆度均符合规定既可。如果总轴线曲折很小，而摆度较大，可采用刮削镜板垫的方法来综合调整。只有轴线曲折较大，无法通过上述方法使各处摆度符合要求时，才能处理法兰组合面。在实际工作中，也用加垫的方法解决。
机组总轴线的测量，可按X、Y方向千分表的读数，分别记录在表1—2中，同理，这时水导处的倾斜值：
Jca=(Φc-Φa)/2=Φca/2
(1--2)
式中：
Jca—水导处的倾斜值(毫米)；
ΦC—水导处的全摆度(毫米)；
Φa—上导处的全摆度（毫米）；
Φca--水导处的净摆度（毫米）；
表1—2
机组轴线测量记录
（单位：毫米）
测
点
|
测点记录
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
千分表读
数
|
上导处a
|
|
|
|
|
|
|
|
|
法兰处b
|
|
|
|
|
|
|
|
|
水导处c
|
|
|
|
|
|
|
|
|
相 对
点
|
1-5
|
2-6
|
3-7
|
4-8
|
全
摆
度
|
上导处Φa
|
|
|
|
|
法兰处Φb
|
|
|
|
|
水导处Φc
|
|
|
|
|
净摆度
|
法兰处Φba
|
|
|
|
|
水导处Φca
|
|
|
|
|
若用磨削推力头底面或刮削镜板垫的方法来调整水导处的倾斜值时,计算公式为:
δ=JcaD/(L1+L2)=JcaD/L=ΦcaD/2L
(1—3)
式中:
δ--推力头或镜板垫的刮削量(毫米)；
Jca—水导处的倾斜值（毫米）；
D—推力头底面直径（米）；
L1—上导测点至法兰测点的距离（米）；
L2—法兰测点至水导测点的距离（米）；
L—上导测点至水导测点的距离（米）；
如果由于法兰组合面与主轴不垂直,使水轮机轴产生曲折,如图1—9所示,那么为了纠正这种曲折,需将法兰组合面削去或垫入一个斜垫,其最大值δΦ为:
δΦ=JCDΦ/L2=DΦ(JCa-Jcba)/L2=DΦ(Jca-JbaL/L1)/L2
(1—4)
式中:
δΦ—法兰组合面应刮削或垫入的数值(毫米)；
JC
--由于法兰组合面不垂直造成水轮机曲折的倾斜值(毫米)；
DΦ—法兰直径（毫米）；
Jcba—按法兰处倾斜值成比例放大至水导处的倾斜值（毫米）；
Jba—法兰处的倾斜值（毫米）；
δΦ为正值时，该点法兰处应加金属楔型垫，或在它的对侧磨削法兰结合面，δΦ为负值时，则该点法兰处应磨削结合面，或在它的对侧点加金属楔型垫。
法兰结合面的磨削方法与磨削推力头的方法相同，不再重述。
附页
对（1—4）公式的推理：
原公式
δΦ=JCDΦ/L2=DΦ(JCa-Jcba)/L2=DΦ(Jca-JbaL/L1)/L2
式中第二部分脱式用(JCa-Jcba)代替JC，可在图1—9中直接看出。式中第三部分脱式中
Jcba=JbaL/L1的推理为：
∵
tga=对/邻=Jba/L1=Jcba/L
∴
Jcba=JbaL/L1
4、励磁机整流子摆度的测量和调整
当机组总轴线将要调整好或已调整好时,把励磁机电枢装于轴端。用同样的方法在整流子上X及Y方向装两只千分表,以测量整流子摆度.(有集电环时,尽量在集电环上测量;也可在轴上测量.)由于整流子表面有沟槽,故千分表测头应改接平面触头,使其不易落入沟槽,以免影响测量精度和损坏千分表。
励磁机整流子处的绝对摆度不得大于规范表中的规定。超差时可在法兰组合面处加金属楔型垫进行调整。加垫厚度为:
δd=D3/L3·J3
（1—5）
式中：δd—法兰组合面最大加垫厚度（㎜）;
D3—励磁机法兰组合面直径（㎜）;
L3—励磁机法兰组合面至整流子测点的距离（㎜）
J3—整流子处轴线的倾斜值;
δd—为正值时，该点法兰处应加垫;
5、自动推力轴承的轴线测量和调整
自动推力轴承不仅能调节各推力瓦的受力，而且还能自动调节因镜板摩擦面与轴线不垂直而产生的部分倾斜，有利于减少机组运行中的摆度及振动。
对于自动性能较好，灵敏度较高的弹性推力轴承，（液压式推力轴承、弹簧托盘式推力轴承等）如果事先将推力轴承与镜板间的中间绝缘垫，经过刮平处理，（或取消中间绝缘垫），则盘车时及运行中的摆度均会很小，能够满足机组长期稳定运行的要求，为今后取消盘车工序创造了条件和经验。
但是,目前许多安装工地,为了提高安装质量,增加推力轴承自调灵敏度,确保机组的运行稳定性。对具有自调推力轴承的机组,仍然照例进行轴线测量和调整。
1、对平衡梁式的自动推力轴承,通常在所有下平衡块的两侧,用临时楔子板将其调平、垫死,按上述钢性推力轴承的调试方法进行轴线测量和调整,合格后再把临时楔子板拆除,使其恢复平衡自调作用。
2、对于液压式自调推力轴承,用测量镜板摩擦面外侧上下波动值来代替轴线的测量。法是:
1、将上下两部导轴承瓦抱住,轴瓦单侧间隙控制在0.05—0.08㎜之内。
2、在镜板摩擦面外侧X及Y方向各装一只千分表,借以测量镜板上下波动值,并互为校核。
3、用盘车的方法,测出镜板摩擦面上下波动值,其值不应超过0.2㎜,超过时,也用刮削相应的中间绝缘垫或处理推力头底面的方法来解决。也可用加垫的方法来解决。
某些工地,也有把液压弹性箱的保护罩旋下来作支撑,使弹性箱变成了刚性,并按刚性推力轴承的方式进行轴线测量和调整,合格后,再把保护罩取下旋上,使其恢复弹性自调作用。
在轴线的测量和调整过程中,要不断的计算和对照规程,使其控制在合格的范围之内。下表中例出规范规定的数值:
表 7.5.7—1
机组轴线的允许摆度值(双振幅)
轴线的
名称
|
测量名称
|
摆度的允许值
|
轴每分钟的转速到
|
100
|
250
|
375
|
600
|
1000
|
发电机轴
|
发电机上下导轴承处轴领及法兰
|
相对摆度(㎜/m)
|
0.03
|
0.03
|
0.02
|
0.02
|
0.02
|
水轮机轴
|
水轮机轴承处的轴
|
相对摆度(㎜/m)
|
0.05
|
0.05
|
0.04
|
0.03
|
0.02
|
发电机上部轴
|
励磁机的
整流子
|
相对摆度(㎜/m)
|
0.40
|
0.30
|
0.20
|
0.15
|
0.10
|
发电机上部轴
|
集电环
|
相对摆度(㎜/m)
|
0.50
|
0.40
|
0.30
|
0.20
|
0.10
|
这里还要陈述一点,轴线测量和调整应在发电机镜板水平度合格的前提下进行;有些施工队不测镜板水平度,只是粗测转轮间隙,以转轮中心来定镜板水平,这是很不科学的。当然,这也要看这机组的安装质量,如果是座环和定子上机架本就不在一条垂直线上,机组安装不合格。那么想叫镜板水平合格也是不可能的。
综上所述:
1、盘车测量摆度数值,用测出的摆度数值计算全摆度。
公式为:
Φa=Φa180-Φ0=e
2、用全摆度计算出净摆度。
公式为:
Φba=Φb-Φa=(2J+e)-e=2J
3、计算轴线的倾斜值
轴线的倾斜值:J=Φba/2
4、相对摆度的计算
相对摆度—单位距离内的净摆度（双振幅）；
相对摆度=净摆度/该点到推力轴承的距离；
5、与表7.5.7—1
机组轴线的允许摆度值(双振幅)进行对比,看是
否合格。如果不合格,计算最大刮消量。
6、镜板垫的最大刮削量：
δ=JD/L=ΦD/2L
（1—1）
式中：δ--镜板垫的最大刮削量，单位㎜。
Φ—法兰（或下导）处的最大净摆度，单位㎜。
D—推力头(法兰)底面直径，单位㎜。
L—两测点的距离，单位㎜。
7、连轴后,下导或法兰、水导可一并盘车测量,测量出数据后,分别计算,综合分析。首先应看下导或法兰处,调整使其合格。如下导或法兰处已合格,但水导处不合格,可以用在法兰结合面处加垫的方法使其合格。计算公式仍可用最大刮削量的公式计算,只是加垫时分析清楚δ方位既可。
