斯維奇直驅(qū)永磁軸帶發(fā)電機(jī)穿軸工藝

周瑞平毛德龍周慶波

(1．武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，武漢 430063；2．中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京 100094；3．711研究所，上海 200090)

近些年，斯維奇(THE SWITCH)直驅(qū)永磁軸帶發(fā)電機(jī)在我國(guó)的裝船量越來(lái)越高。與勵(lì)磁軸帶發(fā)電機(jī)相比，斯維奇直驅(qū)永磁軸帶發(fā)電機(jī)具有三大優(yōu)點(diǎn)：效率更高，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和重量較小[1-3]。但斯維奇直驅(qū)永磁軸帶發(fā)電機(jī)尺寸相對(duì)較大，對(duì)軸系布置要求很高，安裝工藝也比較復(fù)雜。斯維奇永磁軸帶發(fā)電機(jī)的穿軸工藝要求非常高，對(duì)于軸肩近700 mm的中間軸來(lái)說(shuō)，中間軸與聯(lián)軸器之間的單邊間隙往往不超過(guò)1 mm，并且其具有多種不同規(guī)格、不同功用的螺栓及蓋板需要拆裝。工作人員普遍對(duì)斯維奇直驅(qū)永磁軸發(fā)穿軸工作掌握不好，為此特對(duì)其穿軸工藝進(jìn)行研究，以保證斯維奇永磁軸帶發(fā)電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)永磁軸發(fā))穿軸質(zhì)量并提升工作效率。

1 穿軸前的準(zhǔn)備工作

穿軸所需的重要工具清單見(jiàn)表1。

1.1 穿軸前的防護(hù)檢查

永磁軸發(fā)含有永磁體，為保護(hù)磁性，永磁軸發(fā)抵達(dá)船廠(chǎng)后，務(wù)必做好防護(hù)。如無(wú)特殊需要，永磁軸發(fā)兩端的防塵罩在穿軸之前不許拆開(kāi)，以免永磁體吸附金屬粉塵。同時(shí)通用的電氣設(shè)備防水防潮防震等要求同樣適用。

1.2 穿軸時(shí)的環(huán)境要求

穿軸作業(yè)時(shí)環(huán)境要求：①一般來(lái)說(shuō)，正常的車(chē)間條件是可以的，但穿軸時(shí)必須避免同時(shí)同地進(jìn)行切割、焊接和磨削等金屬切削作業(yè)，除非永磁軸發(fā)已用防水油布或防護(hù)墻做好保護(hù)；②穿軸時(shí)，環(huán)境溫度應(yīng)高于+10 ℃，永磁軸發(fā)與中間軸的溫差應(yīng)穩(wěn)定在±5 ℃。

表1 穿軸所需的重要工具清單

1.3 穿軸時(shí)的安全要求

在永磁軸發(fā)穿軸工作期間，現(xiàn)場(chǎng)人員不能攜帶鑰匙扣等金屬配件，以免發(fā)生吸附導(dǎo)致人身或設(shè)備傷害，同時(shí)應(yīng)盡量避免靠近永磁軸發(fā)使用手機(jī)進(jìn)行通話(huà)，以免磁電干擾造成人身傷害。

2 穿軸工藝

永磁軸發(fā)內(nèi)部除螺栓外，與穿軸工作密切相關(guān)的重要部件見(jiàn)圖1[5-7]。

圖1 永磁軸發(fā)內(nèi)部與穿軸工作密切相關(guān)的重要部件

2.1 永磁軸發(fā)準(zhǔn)備/拆除兩端蓋板

1)將永磁軸發(fā)吊裝到清潔有頂棚區(qū)域(比如車(chē)間)。撤掉永磁軸發(fā)上面的防護(hù)油布。

2)拆除永磁軸發(fā)兩端的蓋板，需要拆除的蓋板清單見(jiàn)表2及圖2(圖中跳躍取編號(hào)是為了與斯維奇技術(shù)說(shuō)明書(shū)保存一致，以下類(lèi)推)[8]。

表2 穿軸前需拆除的永磁軸發(fā)兩端蓋板清單

圖2 穿軸前需拆除的永磁軸發(fā)兩端蓋板示意

2.2 將聯(lián)軸器松開(kāi)

聯(lián)軸器分為內(nèi)圈和外圈兩部分，剛拆開(kāi)前述的兩端蓋板后，會(huì)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器的內(nèi)外圈是通過(guò)15個(gè)M30×170的聯(lián)軸器鎖緊螺栓固定在永磁軸發(fā)轉(zhuǎn)子上面的。注意：聯(lián)軸器上除了這15個(gè)M30×170的聯(lián)軸器鎖緊螺栓外再無(wú)其他螺栓，但會(huì)發(fā)現(xiàn)預(yù)留有10個(gè)螺紋孔，見(jiàn)圖3(圖中：剛拆開(kāi)兩端蓋板時(shí)，安裝M30×120和M36×240螺栓的位置均沒(méi)有螺栓只有螺栓孔)。

圖3 聯(lián)軸器上各螺栓分布

編號(hào)中文名稱(chēng)英文名稱(chēng)螺栓規(guī)格數(shù)量/個(gè)備注12鎖緊螺栓Locking screwsM30×17015 將轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸器鎖緊在一起23頂推螺栓Push-off screwsM30×1205 將聯(lián)軸器內(nèi)外圈分開(kāi)13拉退螺栓Pull-out screwsM36×2405 將聯(lián)軸器整體拉出來(lái)14抱緊螺栓Pull-out screwsM36×1405 將聯(lián)軸器抱緊在中間軸上

1)首先將15個(gè)M30×170的聯(lián)軸器鎖緊螺栓擰松幾圈(一般4～5圈)，僅擰松幾圈的目的是此時(shí)只是松開(kāi)聯(lián)軸器的擰緊螺栓，使得聯(lián)軸器內(nèi)圈擴(kuò)張變大，這樣中間軸與內(nèi)圈之間就有了間隙(如果完全擰緊聯(lián)軸器的這15個(gè)擰緊螺栓，中間軸與內(nèi)圈之間是緊密抱合在一起的)，見(jiàn)圖4。

但注意不能擰太多，如果擰太多，那么聯(lián)軸器(包括聯(lián)軸器內(nèi)外圈及其擰緊螺栓)就會(huì)從永磁軸發(fā)轉(zhuǎn)子上掉下來(lái)，由于此時(shí)中間軸沒(méi)有穿進(jìn)去，還無(wú)法接住聯(lián)軸器。

2)為了使聯(lián)軸器內(nèi)圈充分?jǐn)U張變大，將準(zhǔn)備好的5個(gè)M30×120聯(lián)軸器內(nèi)外圈頂推螺栓擰入M30的螺紋孔中(剛好留有5個(gè)M30的螺紋孔待擰入螺栓)，見(jiàn)圖4。擰緊這5個(gè)M30×120聯(lián)軸器內(nèi)外圈頂推螺栓(均勻擰緊并保證聯(lián)軸器外圈在軸向方向上前移至少14 mm，直至聯(lián)軸器外圈松開(kāi))可以逐漸將聯(lián)軸器外圈頂推出來(lái)(此時(shí)聯(lián)軸器內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子在軸向方向上保存不動(dòng)，但聯(lián)軸器內(nèi)徑在徑向方向上會(huì)微微變大)。待聯(lián)軸器內(nèi)外圈完全松開(kāi)后(此時(shí)聯(lián)軸器內(nèi)圈內(nèi)徑已經(jīng)擴(kuò)至最大)就可以進(jìn)行正式的穿軸工作了。

圖4 擰緊頂推螺栓可將聯(lián)軸器內(nèi)外圈分開(kāi)

2.3 穿軸

1)首先將延伸軸與中間軸通過(guò)螺栓連在一起，然后使用兩個(gè)吊車(chē)通過(guò)吊帶和葫蘆(葫蘆便于對(duì)軸的位置進(jìn)行微調(diào))，并調(diào)水平，見(jiàn)圖5。注意：提前計(jì)算好軸(包括中間軸和延伸軸)的總重量和重心。

圖5 含延伸軸的中間軸吊運(yùn)示意

2)如圖6所示，沿船艏向船艉方向，將軸穿入永磁軸發(fā)中，將中間軸盡可能深地慢慢推入到永磁軸發(fā)中，直到永磁軸發(fā)即將碰到1號(hào)吊帶不能穿入為止。聯(lián)軸器內(nèi)圈半徑一般來(lái)說(shuō)只比中間軸1號(hào)法蘭半徑大3 mm左右，所以在中間軸法蘭端穿過(guò)聯(lián)軸器內(nèi)圈時(shí)需要小心。

圖6 穿軸至吊帶1位置

在整個(gè)穿軸過(guò)程中，不允許由永磁軸發(fā)的轉(zhuǎn)子或者聯(lián)軸器來(lái)承受中間軸的重量。中間軸的重量只能由吊帶或者中間軸支撐蓋板(穿軸結(jié)束后)來(lái)承受。

3)這時(shí)，延伸軸肯定已經(jīng)在永磁軸發(fā)另一端露頭(這也是延伸軸至少500 mm的緣由)，用3號(hào)吊帶將其吊起，然后去掉1號(hào)吊帶，繼續(xù)緩慢穿入。見(jiàn)圖7，在穿入過(guò)程中，會(huì)碰到最為關(guān)鍵的一道坎，那就是聯(lián)軸器內(nèi)圈半徑一般來(lái)說(shuō)只比中間軸軸肩半徑大不到1 mm，這時(shí)需要非常小心，不能擦傷中間軸軸肩和聯(lián)軸器內(nèi)圈。

圖7 中間軸軸肩穿入聯(lián)軸器內(nèi)圈

4)直到穿到設(shè)計(jì)位置為止。見(jiàn)圖8，從船艉向船艏看，中間軸上有兩個(gè)凹槽標(biāo)志，此處的設(shè)計(jì)位置就是中間軸上靠船艉的那個(gè)凹槽標(biāo)志與聯(lián)軸器內(nèi)圈前端面重疊的位置，也就是說(shuō)從船艏至船艉方向平移中間軸進(jìn)行穿軸，設(shè)計(jì)位置就是聯(lián)軸器內(nèi)圈前端面與中間軸第一個(gè)凹槽標(biāo)志重疊的位置。

圖8 中間軸穿到設(shè)計(jì)位置1

5)為了校驗(yàn)中間軸是否穿到設(shè)計(jì)位置，斯維奇公司針對(duì)每臺(tái)永磁軸發(fā)都會(huì)提供一個(gè)特定參數(shù)，見(jiàn)圖9，這里示例為1 143±5 mm，這個(gè)特定參數(shù)就是中間軸法蘭后端面與軸發(fā)殼體后端面之間的水平距離(一般允許±5 mm的公差)[9-10]。

圖9 中間軸穿到設(shè)計(jì)位置1的校驗(yàn)

2.4 將轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸器脫開(kāi)

首先把15個(gè)M30×170的鎖緊螺栓和5個(gè)M30×120聯(lián)軸器內(nèi)外圈頂推螺栓全部松掉并卸掉，當(dāng)其全部卸掉后，注意這時(shí)聯(lián)軸器內(nèi)外圈由于沒(méi)有螺栓支撐，會(huì)落在中間軸上。

然后使用5個(gè)M36×240的拉退螺栓將聯(lián)軸器整體拉出來(lái)，注意這時(shí)雖然聯(lián)軸器已完全落在中間軸上并在那5個(gè)M36×240的拉退螺栓作用下在中間軸上滑動(dòng)，由于這個(gè)時(shí)候內(nèi)外圈并沒(méi)有抱死，并且內(nèi)外圈相對(duì)很輕，所以只要保證那5個(gè)M36×240的拉退螺栓整體推進(jìn)，就不會(huì)拉毛中間軸軸肩表面或聯(lián)軸器內(nèi)圈表面。見(jiàn)圖10，保持中間軸不動(dòng)，一直將聯(lián)軸器內(nèi)圈拉到設(shè)計(jì)位置2，這時(shí)的設(shè)計(jì)位置2為中間軸上靠船艏的凹槽標(biāo)志剛好與聯(lián)軸器內(nèi)圈前端面重疊的位置[11-12]。

2.5 將聯(lián)軸器抱緊在中間軸上

當(dāng)聯(lián)軸器內(nèi)圈抵達(dá)設(shè)計(jì)位置2后，卸下5個(gè)M36×240的拉退螺栓，換上M36×140(共5個(gè))的聯(lián)軸器抱緊螺栓并交叉擰緊。注意逐一進(jìn)行更換，M36×140的擰緊力矩為2 450 N·m。至此聯(lián)軸器就抱緊在中間軸上面了，此時(shí)可以將中間軸和聯(lián)軸器視為一個(gè)整體，其與轉(zhuǎn)子之間完全脫開(kāi)并且間隙較大，見(jiàn)圖10，便于進(jìn)行軸系校中。

圖10 將聯(lián)軸器內(nèi)圈拉到設(shè)計(jì)位置2

2.6 安裝蓋板

首先安裝中間支撐板(middle shields)和定位蓋板(Locking shield)，在定位蓋板(Locking shield)與軸之間涂抹二硫化鉬等潤(rùn)滑劑以將軸支撐住。注意，只有等中間支撐板(middle shields)和定位蓋板(locking shield)安裝好后，才能去掉吊車(chē)及吊帶(此時(shí)中間軸的重量被永磁軸發(fā)定子機(jī)座上的定位蓋板(locking shield)支撐)。然后安裝觀(guān)察蓋(inspection covers)蓋板。

2.7 安裝中間軸鎖軸裝置

穿軸結(jié)束到(將軸發(fā)和中間軸作為一個(gè)整體)整體起吊入船還有一段時(shí)間，見(jiàn)圖11。為了防止含中間軸的永磁軸發(fā)在吊運(yùn)入船的過(guò)程中中間軸與永磁軸發(fā)之間發(fā)生相對(duì)串動(dòng)，設(shè)計(jì)2套中間軸鎖軸裝置，一是在永磁軸發(fā)兩端用吊帶將中間軸的螺栓孔和吊耳串連起來(lái)并拉緊；二是如果萬(wàn)一在永磁軸發(fā)吊運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)吊帶松動(dòng)，為防止中間軸在軸向方向上發(fā)生位移。根據(jù)中間軸的軸徑，例如針對(duì)直徑為360 mm的中間軸設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)中間軸抱箍，見(jiàn)圖12。將中間軸抱箍(永磁軸發(fā)前后各一個(gè))安裝到位以防止中間軸發(fā)生軸向位移。

圖11 中間軸鎖軸裝置之吊帶

圖12 中間軸鎖軸裝置之抱箍

2.8 蓋好帆布/穿軸工作結(jié)束

蓋好防塵帆布，以免永磁體吸附金屬粉塵，并將永磁軸發(fā)吊裝到清潔有頂棚區(qū)域進(jìn)行保存，同時(shí)通用的電氣設(shè)備防水防潮防震等要求同樣適用。

3 結(jié)論

所述斯維奇永磁軸帶發(fā)電機(jī)穿軸工藝2018年曾在澄西2艘18 600 t化學(xué)品船上進(jìn)行過(guò)成功實(shí)施，永磁軸發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，獲得了船廠(chǎng)及船東的一致好評(píng)。

所述工藝比較復(fù)雜，工序較多。如何簡(jiǎn)化工藝有待進(jìn)一步研究。