臥式軸流泵軸線擺度調(diào)整研究及ProE三維仿真模擬

李辰霄,王志寰

(1.江蘇省秦淮河水利工程管理處，江蘇 南京 210022；2.江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210017)

1 水泵軸線擺度及調(diào)整

1.1 水泵軸線擺度概念

水泵機(jī)組主要由固定部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分組成[1]。當(dāng)電機(jī)和水泵本體在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，理想的狀態(tài)是轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分重合在一條中心線上，但實(shí)際上，臥式泵軸在運(yùn)行中由于重力和流態(tài)不穩(wěn)造成的震動(dòng)、軸與聯(lián)軸器連接過程中的制造公差、安裝后的累積誤差、電機(jī)磁拉力不均勻等原因，常會(huì)使泵組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的中心線不再圍繞著固定部分中心線運(yùn)轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)[2]，這種轉(zhuǎn)動(dòng)偏差稱為軸線的擺度。在實(shí)際運(yùn)行過程中，一般要求水泵機(jī)組固定部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分在允許的設(shè)計(jì)偏差內(nèi)運(yùn)行。

1.2 水泵軸線調(diào)整原理

臥式水泵軸線調(diào)整原理及過程：首先，在上游側(cè)和下游側(cè)掛鋼琴線以泵殼、密封部件兩個(gè)固定點(diǎn)位置確定固定部分基準(zhǔn)軸線，以此基準(zhǔn)線調(diào)整上游側(cè)推力軸承座、下游側(cè)水導(dǎo)軸承套的位置，固定后即可安裝水泵本體及泵軸等轉(zhuǎn)動(dòng)部分。然后，將聯(lián)軸器與固定好的水泵軸連接，用盤車的方式測(cè)量調(diào)整聯(lián)軸器的擺度[3]。最后，以聯(lián)軸器為基準(zhǔn)，調(diào)整齒輪箱、電機(jī)的同軸度，完成水泵機(jī)組軸線及擺度的調(diào)整工作。

2 水泵軸線擺度調(diào)整及三維仿真

由前述水泵軸線擺度調(diào)整原理可知，水泵軸線擺度調(diào)整過程包括水泵基準(zhǔn)軸線調(diào)整、水泵軸聯(lián)軸器擺度調(diào)整和齒輪箱、電機(jī)同軸度調(diào)整三個(gè)主要步驟，各步驟調(diào)整方法詳細(xì)介紹如下[4]。

2.1 水泵基準(zhǔn)軸線調(diào)整與模擬

2.1.1 水泵基準(zhǔn)軸線調(diào)整方法

為使轉(zhuǎn)動(dòng)各部件的中心與固定部分中心重合先確定固定部分的兩個(gè)基準(zhǔn)部件，用求心器和內(nèi)徑千分尺測(cè)定兩固定件的中心線，以此條中心線為基準(zhǔn)軸線，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)部分的中心。基準(zhǔn)軸線具體調(diào)整方法為：用耳機(jī)、干電池、電線與鋼琴線串聯(lián)成一個(gè)簡(jiǎn)單的電流通路，再利用內(nèi)徑千分尺，接通被測(cè)量的部件與鋼琴線之間的回路，然后用調(diào)整好的軸線來(lái)調(diào)整水導(dǎo)軸承與推力軸承的同心度，以確定它們的位置[5-6]。水泵基準(zhǔn)軸線調(diào)整示意圖見圖1，各測(cè)量指標(biāo)計(jì)算見式(1)。

圖1 水泵基準(zhǔn)軸線調(diào)整示意

Ya=R1-R2;Xa=R3-R4

Yb=R5-R6;Xb=R7-R8

(1)

式中：Ya為上游側(cè)部件南北向上(Y方向)的同心偏差值，mm；Xa為上游側(cè)部件上下向上(X方向)的同心偏差值，mm；Yb為下游側(cè)部件南北向上(Y方向)的同心偏差值，mm；Xb為下游側(cè)部件上下向上(X方向)的同心偏差值，mm；Ri為各點(diǎn)至鋼琴線的距離，i=1,2,……,8，mm。

水泵基準(zhǔn)軸線偏差主要包括以下三種情況：當(dāng)Xa=Xb=Ya=Yb=0時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)同心；當(dāng)Xa=Xb≠0或Ya=Yb≠0時(shí)，為錯(cuò)位偏差；當(dāng)Xa≠Xb或Ya≠Yb時(shí)，為傾斜偏差。當(dāng)鋼琴線與兩固定件發(fā)生錯(cuò)位偏差或者傾斜偏差的時(shí)候，調(diào)整兩端求心器的位置，直至調(diào)整至允許偏差以內(nèi)。

在固定部分基準(zhǔn)找好后，分兩組同時(shí)對(duì)上游推力軸承座和下游水導(dǎo)軸承套四個(gè)方向相對(duì)鋼琴線的距離進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量方法及計(jì)算方式與之前調(diào)整鋼琴線相同，只有在調(diào)整部件時(shí)有些許不同。水導(dǎo)軸承套的上下調(diào)整通過在軸承套與葉輪室接觸處墊銅皮或其他紙殼墊，推力軸承座的上下調(diào)整通過調(diào)節(jié)軸承座下方墊鐵高度實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)部件南北方向的調(diào)節(jié)都是通過調(diào)整兩側(cè)架設(shè)的千斤頂完成。當(dāng)水導(dǎo)軸承與推力軸承座的位置確定后就可以吊下水泵軸并安裝固定。

2.1.2 水泵基準(zhǔn)軸線調(diào)整模擬

如圖2所示，利用內(nèi)徑千分尺，接通被測(cè)量部件與鋼琴線間的回路。當(dāng)內(nèi)徑千分尺的尖端與鋼琴線接觸時(shí)，回路接通，耳機(jī)通電發(fā)出聲響，內(nèi)徑千分尺的讀數(shù)即為部件圓周上該點(diǎn)與水平線的距離。沿圓周測(cè)量上、下游南北四個(gè)讀數(shù)，可反映出該部件中心點(diǎn)對(duì)水平線的偏離情況。測(cè)量時(shí)，千分尺測(cè)桿的一端與部件測(cè)點(diǎn)緊靠，測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)鋼琴線作上下左右圓弧運(yùn)動(dòng)。當(dāng)測(cè)點(diǎn)接近鋼琴線時(shí)，應(yīng)微調(diào)千分尺頭，當(dāng)耳機(jī)內(nèi)發(fā)出聲響時(shí)應(yīng)立即停止調(diào)節(jié)。再將千分尺反向調(diào)節(jié)，縮短0.01～0.02 mm，這時(shí)耳機(jī)內(nèi)無(wú)聲，再使千分尺調(diào)至原來(lái)讀數(shù)，同樣又發(fā)出聲響，選擇此時(shí)讀數(shù)。之后用調(diào)整好的軸線調(diào)整水導(dǎo)軸承與推力軸承的同心度，以確定它們的位置(圖3)。

圖2 軸線測(cè)量模擬三維仿真

圖3 軸線測(cè)量調(diào)整三維仿真

2.2 水泵軸聯(lián)軸器擺度調(diào)整及模擬

當(dāng)水泵軸位置固定后，以水泵軸的固定位置來(lái)安裝調(diào)整剩下的機(jī)組部件。機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線應(yīng)在理論中心旋轉(zhuǎn)，但實(shí)際軸線會(huì)偏離理論中心旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的擺度。水泵軸聯(lián)軸器擺度具體調(diào)整方法：首先，將水泵軸的軸頸處和聯(lián)軸器的圓周進(jìn)行8等分，然后在各測(cè)量部位裝上一個(gè)百分表，調(diào)整讀數(shù)為零，并使表的指針有正負(fù)旋轉(zhuǎn)的余地。再利用人力盤車，讓機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)，并記錄測(cè)點(diǎn)讀數(shù)。全擺度e為同一測(cè)量部位上兩相對(duì)點(diǎn)的數(shù)值差。凈擺度j為同一方位上測(cè)點(diǎn)全擺度相對(duì)于水泵軸全擺度的差。利用百分表測(cè)量值，分別按照式(2)和式(3)計(jì)算得出全擺度e與凈擺度j。

e=φ180°-φ0°

(2)

j=e水-e聯(lián)

(3)

式中：e為某一方位上的全擺度，mm；j為某一方位上的凈擺度,mm；φ180°為旋轉(zhuǎn)180°后的百分表讀數(shù),mm；φ0°為旋轉(zhuǎn)前的百分表讀數(shù)，mm；e聯(lián)為聯(lián)軸器處的全擺度,mm；e水為水泵軸處的全擺度,mm。

實(shí)際情況可知聯(lián)軸器處凈擺度和兩點(diǎn)間的距離，可作一直角三角形ABC,如圖4。

圖4 聯(lián)軸器擺度測(cè)量示意

(4)

(5)

式中：g為調(diào)整高出值,mm；J為聯(lián)軸器處的最大凈擺度值,mm；D為聯(lián)軸器底面直徑,mm；l為兩測(cè)點(diǎn)間的距離,mm。

根據(jù)得出的聯(lián)軸器調(diào)整高出值g，在聯(lián)軸器與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接處添加墊片從而調(diào)整擺度。推力軸承部件與調(diào)節(jié)機(jī)擺度測(cè)量模擬見圖5。

圖5 推力軸承部件與調(diào)節(jié)機(jī)擺度測(cè)量模擬

2.3 齒輪箱、電機(jī)同軸度調(diào)整及模擬

在安裝機(jī)組時(shí)齒輪箱與電機(jī)的聯(lián)軸器由于是共同取下，所以可看作一個(gè)部件，不再另做垂直度測(cè)量。齒輪箱聯(lián)軸器與水泵軸聯(lián)軸器一般情況下，可能遇到以下四種情形(圖6)。

圖6 同軸度調(diào)整情況

情況1：兩半聯(lián)軸器端面平行且同心，兩軸線必在一條中心線上。

情況2：兩半聯(lián)軸器端面平行但軸線不同心，兩軸線之間有著平行位移。

情況3：兩半聯(lián)軸器端面軸線同心，但不平行，兩軸線之間有角向的位移。

情況4：兩半聯(lián)軸器端面既不平行也不同心，有角向位移也有平行位移，安裝時(shí)出現(xiàn)的概率最大。

聯(lián)軸器處于情況1時(shí)，是理想位置。而處于情況2～情況4時(shí)，都不是標(biāo)準(zhǔn)位置，需要進(jìn)行調(diào)整。同軸度具體調(diào)整方法是：安裝時(shí)，首先調(diào)整水泵的軸線，最后再依據(jù)水泵軸線來(lái)調(diào)整齒輪箱和電機(jī)的位置。一般在齒輪箱下四個(gè)支撐腳分別架設(shè)四個(gè)千斤頂來(lái)調(diào)整水平方向的位移，在支腳下加墊片和調(diào)整可調(diào)墊鐵的高度來(lái)消除垂直方向上的位移。需要注意的是，在調(diào)整過程中，需要先消除聯(lián)軸器的高差及不同心度，齒輪箱、電機(jī)先調(diào)整整體在水平和垂直方向上的整體位移，之后再消除聯(lián)軸器的張口。同軸度調(diào)整過程模擬見圖7。

圖7 同軸度調(diào)整過程模擬

3 結(jié) 語(yǔ)

研究開發(fā)水泵機(jī)組軸系測(cè)量、擺度分析及調(diào)整系統(tǒng)，有效地提高了軸線測(cè)量的準(zhǔn)確性，縮短了機(jī)組安裝檢修工期、提高了機(jī)組利用率，在抽水站在線監(jiān)測(cè)以及三維仿真系統(tǒng)等方面具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。本文主要介紹了臥式軸流泵軸線及擺度的測(cè)量調(diào)整原理及方法，并用ProE仿真模擬出其相應(yīng)動(dòng)畫。軸線及擺度的測(cè)量調(diào)整一直是臥式軸流泵機(jī)組安裝中的難點(diǎn)，將其制作成仿真動(dòng)畫對(duì)機(jī)組大修人員培訓(xùn)有著更為直觀的幫助，可有效地提高抽水站軸線及擺度的測(cè)量效率，減少人工測(cè)量的誤差，對(duì)機(jī)組安裝整體精度要求起著優(yōu)化作用。