重水供應系統(tǒng)重水泵聯(lián)軸器對中分析

李平原

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

重水供應系統(tǒng)重水泵聯(lián)軸器對中分析

李平原

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

重水供應系統(tǒng)重水泵是燃料操作系統(tǒng)的重要的核心設備，在重水堆機組中占有重要的地位，直接關(guān)系到反應堆的功率正常與否，甚至影響到核安全這條生命線。重水泵電機通過聯(lián)軸器與泵體相連，且聯(lián)軸器對中時偏移情況比較復雜。考慮到電機和齒輪箱聯(lián)軸器的外觀尺寸及裝配空間的限制，使用“百分表+量塊法”來實現(xiàn)重水泵聯(lián)軸器的對中。重水泵聯(lián)軸節(jié)對中的過程，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析了影響對中精度的因素及其控制方法。

重水泵；聯(lián)軸器；對中；百分表；量塊

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.57

1 問題的提出

裝卸料機重水供應系統(tǒng)是重水堆機組重要的系統(tǒng)，其功能是為裝卸料機提供高壓重水，在保障裝卸料機內(nèi)乏燃料冷卻的同時，提供裝卸料水回路操作的動力。重水泵是整個系統(tǒng)的核心部件，每臺泵能夠提供的最小流量為4.54 L/s，壓力高達18.62 MPag。重水泵是3缸式、立式柱塞，每臺泵轉(zhuǎn)速為360 r/min，由1臺147 kW，轉(zhuǎn)速為1800 r/min的電機通過聯(lián)軸器與減速齒輪箱驅(qū)動（圖1）。在機組停堆大修期間，會對重水泵進行解體檢修，聯(lián)軸器對中是重水泵檢修最后一道重要工序。檢修程序中要求聯(lián)軸器軸向同軸度在0.05 mm以內(nèi)，徑向偏差不能超過0.23 mm，且該數(shù)據(jù)需系統(tǒng)工程師見證，是質(zhì)量見證點。若重水泵聯(lián)軸器在回裝時對中狀態(tài)不夠精確，則可能會對聯(lián)軸器產(chǎn)生較大的應力，泵軸、軸瓦、軸承和聯(lián)軸器產(chǎn)生附加載荷，從而使泵體震動較大，軸承、軸瓦等轉(zhuǎn)動部件磨損加劇，運行噪音較高，壽命降低，嚴重時還會造成疲勞斷裂事故。因此，重水泵聯(lián)軸節(jié)的對中是直接關(guān)系到重水泵能否投入運行的關(guān)鍵步驟。

圖1 重水泵機械結(jié)構(gòu)

2 重水泵與電機聯(lián)軸器的對中

2.1 重水泵聯(lián)軸器的類型

聯(lián)軸器俗稱靠背輪或?qū)哰1]，是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸，使之共同旋轉(zhuǎn)并傳遞扭矩和運動的部件。聯(lián)軸器由兩部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接，是機械軸系傳動最常用的聯(lián)接部件。重水泵與電機之間的聯(lián)軸器是齒式聯(lián)軸器，是沒有彈性元件的撓性聯(lián)軸器中的一種。該聯(lián)軸器在傳遞運動、扭矩的同時，還具有一定的軸向、徑向和角向的補償能力。

2.2 重水泵聯(lián)軸器對中時不同的偏移情況

重水泵聯(lián)軸器對中的目的是盡可能使電機軸與泵軸的中心線在同一條直線上，即兩半聯(lián)軸器處于同軸且平行的位置。但是，重水泵聯(lián)軸器的軸向、徑向可能會出現(xiàn)偏差、傾斜，因此，聯(lián)軸器的對中情況可能會有4種情形（圖2），其中，s1、a1表示在兩半聯(lián)軸器上方（即 0°）軸向間隙、徑向間隙；s3、a3則表示在兩半聯(lián)軸器下方（即 180°）軸向間隙、徑向間隙。

圖2 聯(lián)軸器對中時偏移情況分析

（1）電機軸和泵軸的中心線處在同一條直線上，兩半聯(lián)軸器端面相互平行，處于平衡位置。此時，s1=s3，a1=a3。

（2）電機軸和泵軸的中心線之間有徑向位移e，但兩半聯(lián)軸器端面仍相互平行，不是處于平衡位置。此時，s1=s3，a1≠a，e=（a3-a1）/2。

（3）電機軸和泵軸的中心線相交與電機軸聯(lián)軸器的中心點上，兩半聯(lián)軸器端面相互不平行。此時，s1≠s3，a1=a3兩軸的中心線間夾角為α。

（4）電機軸和泵軸的中心線相交，但交點卻不在電機軸聯(lián)軸器中心點上，兩半聯(lián)軸器端面相互不平行。此時，s1≠s3，a1≠a3；這時兩軸的中心線既有徑向位移e又有夾角α。

聯(lián)軸器對中狀態(tài)處在后3種情況時，都不滿足使用要求，均需要進行對中操作。

2.3 重水泵聯(lián)軸器對中

文獻[2]中介紹了利用直尺和塞尺分別測量聯(lián)軸器的徑向位移和角位移、利用中心卡及千分表測量聯(lián)軸器的徑向間隙和軸向間隙的方法。但重水泵泵軸與電機軸聯(lián)軸節(jié)之間的軸向間距＜3 mm，空間過小無法安裝百分表，只能使用量塊測量聯(lián)軸器的軸向偏差。而徑向偏差則使用百分表測量，測量操作時需要一塊百分表，并把百分表安裝在一個特制的對中專用表架上（圖3）。

圖3 重水泵對中百分表表架

2.3.1 確定調(diào)整基準

重水泵的泵體在機組初始安裝時已經(jīng)安裝到位、并找平，重水泵的電機也基本安裝到位，因此在重水泵聯(lián)軸節(jié)對中時測量和調(diào)整都必須以泵體的輸入軸為基準，把電機的輸出軸作為待定軸。即通過調(diào)節(jié)電機位置得微調(diào)，使得兩聯(lián)軸器的徑向偏差和軸向偏差在允許范圍內(nèi)。

2.3.2 安裝百分表

先將百分表的專用表架固定在電機輸出軸的聯(lián)軸器上面，然后將百分表安裝在表架上（圖4），并用鎖緊螺釘擰緊鎖住。但需注意鎖緊螺釘不能擰的過緊或過松，擰緊的程度要求是既要保證百分表不能松動，也要保證百分表的測量觸頭能夠自由伸縮移動，同時要調(diào)整百分表的位置，使得百分表觸頭與測量點垂直，移動百分表觸頭放松后百分表指針能夠自由且迅速回到先前的刻度。

圖4 重水泵對中百分表安裝效果

2.3.3 測量并記錄重水泵聯(lián)軸器的對中狀態(tài)

測量時，首先在聯(lián)軸器正上方（定義為0°）使用百分表分測量徑向讀數(shù)a1，為了方便數(shù)據(jù)計算和分析，把0°方位的百分表讀數(shù)調(diào)整為零，即a1=0；同時使用量塊測量兩半軸連器的軸向間距s1。然后工作方向同時勻速轉(zhuǎn)動兩半聯(lián)軸器，每轉(zhuǎn)90°讀一次百分表讀數(shù)并用量塊測量軸向間距，把數(shù)據(jù)填到記錄圖中（圖5）。圓外記錄徑向讀數(shù)a1～a4，圓內(nèi)記錄軸向間距s1～s4，當聯(lián)軸器轉(zhuǎn)回到零位時，檢查百分表讀數(shù)是否與初始位置百分表讀數(shù)一直，若讀數(shù)一致，需要檢查原因并消除后按照上述步驟重新測量并記錄。在兩半聯(lián)軸器在轉(zhuǎn)動的過程中，最后測得的數(shù)據(jù)應符合a1+a3=a2+a4，s1+s3=s2+s4；即數(shù)據(jù)有效性法則。如不符合該法則，則需要查找原因并消除。

圖5 數(shù)據(jù)記錄

2.3.4 重水泵聯(lián)軸器對中狀態(tài)分析和計算、調(diào)整

根據(jù)上述步驟記錄的軸向間隙和徑向間隙來分析重水泵聯(lián)軸器對中偏移情況，視偏移情況進行調(diào)整。一般調(diào)整時，先通過增減電機4個支腳的墊片調(diào)節(jié)聯(lián)軸器軸向間隙，使兩半聯(lián)軸器的端面平行，然后在水平方向上移動電機位置調(diào)整徑向間隙，使兩半聯(lián)軸器同軸。為提高對中效率，可以先近似計算，確定在電機支腳下應增減的墊片厚度。

以兩軸的中心線既有徑向位移e又有夾角α的情況為例，介紹重水泵聯(lián)軸器對中時的計算和調(diào)整方法（圖6），圖中Ⅰ為泵輸入軸，Ⅱ為電機輸出軸，此時s1＞s3，a1＞a3，單位均是 mm。

（1）調(diào)節(jié)使兩半聯(lián)軸器平行：由圖6a可知，為使兩半聯(lián)軸器平行，需要在重水泵電機支腳2處添加厚度為x的墊片[3]。根據(jù)圖6a中2個陰影的相似三角形的比例關(guān)系求出x。由x/L=b/D，可得x=bL/D，其中，b=s1-s3；D是聯(lián)軸器的計算直徑；L為電機縱向支腳的間距。

此時，軸Ⅱ?qū)灾_1為支點發(fā)生微小轉(zhuǎn)動。這時，兩半聯(lián)軸器的端面雖然平行了，但是軸Ⅱ聯(lián)軸器的中心卻下降了y，如圖6b所示。同樣利用圖6b中2個陰影的相似三角形的比例關(guān)系求出。由y/l=x/L，可得y=xl/L=（bL/D）l/L=bl/D，其中，l為支腳 1 到半聯(lián)軸器測量平面之間距離[3]。

（2）調(diào)節(jié)使兩半聯(lián)軸器平行：由于a1＞a3，其初始徑向位移量e=（a1-a3）/2，而第一步調(diào)整時聯(lián)軸器中心的徑向位移量增加了y。所以，要使兩半聯(lián)軸器同軸，則需要在電機的兩個支腳處同時添加厚度為y+e的墊片[3]。

綜上所述，為使兩個半聯(lián)軸器的軸線完全同軸，需要在電機的支腳1處添加厚度為y+emm的墊片，支腳2底處添加厚度為x+y+e的墊片[3]（圖 6c）。

如聯(lián)軸器在水平方向2個位置測得的徑向間隙和軸向間隙的差值很大時，則可以將電機的位置在水平方向作適當?shù)恼{(diào)整。全部調(diào)整好后，必須在偏差范圍內(nèi)滿足條件：同軸度≤0.05 mm，軸向偏差≤0.23 mm。

圖6 聯(lián)軸器找正計算和加調(diào)整墊方法

3 重水泵對中的誤差分析

用百分表可以精確地實現(xiàn)重水泵聯(lián)軸器的對中，但同時也存在一定的誤差因素，需根據(jù)現(xiàn)場的實際情況加以分析并控制。

（1）百分表選取或初始測點設置不當。百分表選取時需要選擇量程合適的百分表，初始測點設置在量程中點附近。否則可能會使表針在測量過程中出現(xiàn)卡死或懸空，致使測量結(jié)果不準確。解決的辦法可以選擇量程較大的百分表，并將零點設置在量程中間位置，可以多次測量，選取重復性和穩(wěn)定性較好且能夠較好滿足數(shù)據(jù)有效性法則的一組數(shù)據(jù)。

（2）軸承徑向跳動以及過大的軸承余隙。若測量數(shù)據(jù)中，有不能通過改良表架結(jié)構(gòu)來消除不符合數(shù)據(jù)有效性原則的現(xiàn)象，從消除對中測量影響的角度，可以先測量軸承的跳動或在每一個測點都把主軸朝一個方向推動，使其緊靠軸承座來消除影響[4]。

（3）對中時聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動角度不準確。數(shù)據(jù)測量一般要求在聯(lián)軸器上4個均布的測點測量讀數(shù)，但實際測量時往往不能在4個角度上準確定位，測點可能偏離理論位置，若偏離5°～10°，導致的百分表讀數(shù)相對誤差可達到10%～15%[4]。為了降低該誤差，需事先在聯(lián)軸節(jié)4個均布的測點做出標記，且緩慢轉(zhuǎn)動，保證每次測量時能夠準確地停在標記的位置。

（4）百分表測頭與測量面不垂直。在測量過程中，百分表測頭因表架結(jié)構(gòu)等原因會與測量面不垂直，致使百分表讀數(shù)大于實際值。因此，測量時需要首先用直角尺百分表的測桿與聯(lián)軸器被測表明垂直，然后進行后續(xù)測量。

如果不注意消除上述主要的誤差因素的影響，實際的測量結(jié)果將嚴重偏離真實值，可能出現(xiàn)較大偏差。

4 總結(jié)

通過對上述對中方法的詳細分析，找到了一種快速有效的對中方法，并應用于重水泵的檢修實踐中，為現(xiàn)場檢修工作提供了強有力的理論支撐。兩軸對中越精確，機械設備的運轉(zhuǎn)工況愈好，使用壽命愈長。

［1］曹文海.聯(lián)軸器找正的方法和步驟［J］.問題探討，2008，17（7）:51-52.

［2］馬曉軍，江大偉.聯(lián)軸器找正時的測量方法［C］.第七屆中國鋼鐵年會論文集，2009.

［3］孫愛萍，趙博龍，范喜頻.旋轉(zhuǎn)設備安裝中聯(lián)軸器的找正與對中［J］.石油化工建設，2009（12）:72-73+75.

［4］范安全，杜麗瓊.百分表對中法的誤差分析與控制［J］.風機技術(shù)，2007（6）:50-53.

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〔編輯 凌 瑞〕