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预留膨胀量对中法在压缩机校准中的应用分析

  在机泵行业,大家都知道联轴器的校准(轴对中)精度与电机轴承、压缩机(泵)轴承及机械密封的寿命有密切关系。对中的精度越高,机组的震动越小,机封、轴承、联轴器膜片等零部件的寿命就越长,机组运行的的就越平稳,运行周期也越长。

  但有部分作业的师傅,对于一些开机前后机组温差变化较大的设备轴对中没有什么概念,还按照像水泵那样的方法去对中找正,就造成了设备正常运行之后轴心偏差过大,声音、震动不正常,零部件过早损坏,影响装置长周期运行,甚至带来安全隐患。

  下面以笔者公司所用武冷Ⅲ型螺杆制冷压缩机组来举例,谈谈其热找正的方法及意义。外形如图:

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  该设备稳定运行数据(冬季气温2℃),进气压力为0.26MPa,温度-2.5℃。排气压力1.37MPa,温度56℃。从图可以看出,在压缩机的进气端和排气端的温差有六十度左右。因为热胀冷缩,就造成了进气端向下收缩,排气端向上膨胀。排气口到油分的这段管道因热胀而变长,又因为联轴器轴头距离支撑点较远,最终膨胀量被放大到联轴器轴头安装盘上,造成电机与压缩机同轴度的偏差过大。

  武冷公司在产品说明书中也对联轴器的对中和热态找正做了说明和指导,但笔者认为这不切合实际且太过于繁琐。在实际操作中如果按其步骤去操作既浪费了时间也达不到预期的效果。反而给作业者增加了困惑。以下划线部分摘自武汉新世界制冷工业有限公司的Ⅲ(Ⅱ)型系列螺杆制冷机组使用维护手册《机械部分》第二章第四节电机和压缩机找正的描述:

  电机和压缩机的找正。

  压缩机轴封与轴承的寿命以及电机轴承的寿命取决于正确的联轴器的安装与校准。机组出厂前已对联轴器作了平行偏差及角偏差的调整,但在机组的运输搬运过程中,可能发生变形移动。因此在现场安装后必须重新检测压缩机安装盘和电机安装盘之间的距离并重新找正。机组在启动之前必须作初次找正并在热运行4小时后重新检查。

  找正时可用指针百分表及连接工具来测量轴的角偏差与平行偏差。联轴器的调节就是交替测量角偏差和平行偏差并调整电机位置直到偏差值在规定的范围内(下表)。

  拆下任意一个安装盘与间隔轴的连接螺栓及金属叠片,另一个安装盘与间隔轴仍保持联接,检查电机安装盘与压缩机安装盘是否处于正确的安装位置,然后测取它们的间距F,在圆周方向3~4个读数的平均值,并使此尺寸符合上表的要求。若采用补偿,要考虑予补偿值来调两安装的间距。

  (二)冷状态下的初次找正

  1.0 检查角偏差

  1.1 按图1所示安装好指针百分表,使百分表的触头与压缩机安装盘接触,方向指向电机。用两螺栓连接安装盘与间隔轴,旋转两个安装盘若干转,确保百分表的触头略微受力。

  1.2 使百分表位于时钟零点钟的位置(见图1),并将百分表读数设为0。将电机安装盘与压缩机安装盘同时旋转180°至六点钟位置(见图2),这时百分表上的测量值为最大的角偏差值。

  注:当安装盘旋转时,可借助镜子观察百分表上的读数。

  1.3 松开电机地脚螺栓,移动电机或调整电机脚板下的调整垫片以纠正角偏差。角偏差调整好后,重新拧紧电机地脚螺栓,重复步骤1至3,对所作的纠正进行检查,对角偏差作进一步调整和检查直到百分表读数在规定范围内。

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  2.0 检查垂直方向平行偏差

  2.1 按图3所示安装好百分表,使百分表触头与压缩机安装盘外圆接触并略微受力。

  2.2 使百分表位于时钟零点钟位置(见图3),并将电机与压缩机安装盘同时旋转180°至时钟六点钟位置(见图4),这时百分表的读数为垂直平行偏差的两倍。

  2.3 松开电机地脚螺栓,调整电机脚板下的调整垫片直到垂直平行偏差在电机地脚螺栓被旋紧时,不超过规定范围。

  注意:纠正平行偏差时应谨防轴向间距和角偏差值受到影响。

  垂直平行偏差调整好后,拧紧电机地脚螺栓,重复步骤1~3直到角偏差合乎要求。

  3.检查水平平行偏差,使百分表位于时钟三点(见图5),并将百分表的读数设置为零,将电机与压缩机的安装盘同时旋转180°至时钟九点钟位置(见图6),这时百分表的读数为水平平行偏差的两倍,利用电机脚板旁的调节螺钉调节角平平行偏差直到该值达到要求。

  4.重新检查角偏差并根据需要重新加以调节。

  5.拧紧电机地脚螺栓并同时旋转两个联轴节,在0~360°全程以90°为一个增量对角偏差与平行偏差进行检查。如果测量值超过规定值,重新进行调节。

  6.当联轴器调整好后,记录平行偏差值及角偏差值,作为此后的调节的参考。

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  7.在现场可采取以下简便方法进行找正。如图7所示,用两个百分表在联轴器安装盘的外圆上同时测得数据。

  8.点动电机检查电机旋转方向是否正确。面向电机外伸轴,电机的旋转方向为逆时针。检查油泵转向是否与泵体上箭头方向一致。

  (三)安装驱动间隔轴及叠片组件。

  按标记将叠片组件、间隔轴放在两安装盘之间,并按标记对准。然后分别将两端的精密螺栓、衬套、自锁螺母对号装入,先紧固一端螺母,紧固时要尽量注意使螺栓不要转动,严格按拧紧力矩(见表1)要求,用扭力扳手对角顺序分3~5次均匀拧紧,然后复测另一端安装盘与间隔轴之间的间距G值,在圆周上测四个位置,G值的平均值应在片组实际厚度基础上再加以0~+0.4范围内,四个位置的数值相互差不允许大于0.1,若不符合要求应重新调整,全部调整合格后才可按拧紧力矩要求均匀拧紧螺母。自锁螺母装配时,应涂少量中性润滑油。自锁螺母允许多次使用,但若用手能自由地将自锁螺母锁紧部位拧入螺栓或自锁螺母收口部位有裂纹等缺陷时应报废,严禁再使用。

  (四)热运行后的调节

  在机组连续运行4小时且所有部件都达到运行温度时,停机并迅速将百分表安装在联轴节上,检查平行偏差值及角偏差值,将它们与冷调节时的记录加以比较,并调整其偏差。初次调整完后重新启动机组并使其达到运行温度,停机并再次检查两个偏差值,重复上述步骤直到达到要求。

  (五)最终热运行调节

  机组运行约一周后,停机并立即重新检查同轴度(角偏差和平行偏差),若不正常,则重新调节直到满足要求。

  从这份说明书可以看出,它的对中过程分为:①检查端面间距→②校正角偏差→③找正垂直方向平行偏差→④找正平行偏差→⑤重新检查角偏差并调节→⑥拧紧地脚螺栓并再次调节共六个步骤。

  有经验的师傅都知道,这些步骤都是相互影响的,只要松掉地脚螺栓,上一个步骤所测的数据就会发生变化。调整角向时,径向、轴向数据变了;调整端面间距时,角向、径向变了。再一个顺序有问题,调整端面间距应该在调整好角向偏差之后,因为要消掉角向偏差,必须增减电机前脚或后脚垫片,增减垫片又影响了端面间距。

  综上,笔者认为对中不能角偏差和平行偏差交替测量,而应该同步考量。另外,如果按这些流程走下来,最起码三四个小时过去了。热态对中,两轴的相对位置每一刻都在随着温度的变化而变化,百分表每转一圈的数值都会不一样,根本就没有条件去完成作业。(图7的方法,虽然是架了两块百分表,但两个表都打在径向。这种方法其实叫单表找正法,这里不再展开论述。和其上述的找正方法根本不相干。)由于对中精度的较高要求,显然这种方法不适用。采用预留膨胀量对中法可以避免热态找正时数据变化这一问题,但具体膨胀量的计算较为复杂,大多数厂家都没给出数据。极个别厂家给了,但每台机组都会因为基础强度、管道应力、环境温度等的不同而有所差异。所以采用机组热态测量后与冷态数据对比值比较准确。

  以笔者的经验,冷态找正时松紧一次地脚螺栓就基本能达到或接近要求的对中数据,再做一次精确修正就行了。然后记录数据,用作和热态数据的对比。对中的方法有单表找正法、双表找正法、多表找正法、激光对中仪法等等。这里以双表找正法举例,如图7。

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  具体步骤如下:

  第一步,在径向和轴向分别架上一块百分表,同时测量径向和角向的数据。12点位置设为0,两轴同步盘360度,记录3点、6点和9点的数据。注意:要克服两轴的窜量影响,回到12点位置时百分表要基本归0,且上下相加约等于左右相加。如果不归0或相加的值不相等要找出原因并重新测量。

  假设测出的数据和电机尺寸如图8。

  第二步,松掉电机地脚螺栓,盘一周,每隔90度记下数据。先把3点和9点方向两边数据调整成基本相等(以电机螺栓松掉后的数据为依据)。也就是把表转到3点钟方向,通过电机左右顶丝,把径向和角向数据都调整到6点位置数据的一半。调整好后徒手(不要用扳手)拧紧电机左右四颗顶丝,这样做的目的是防止稍后调整端面间距时电机左右大幅度移动,且还能通过外力前后移动。

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  第三步,计算出消掉角向上下张口需要增减垫片的厚度。以电机螺栓松掉前的数据为依据,从6点钟方向两个数据得出径向电机高0.4mm,轴向下张口0.20mm。(第二步完成后这些数据会略微发生变化。可忽略)根据电机的尺存算出电机后边两侧应撤掉垫片:1300÷200×0.2=1.3mm。

  第四步,计算出消掉径向偏差需要电机增减的垫片厚度并增减适当的垫片。根据杠杆原理,后支腿撤掉1.3mm,电机安装盘就要抬高600÷1300×1.3=0.6mm。加上本来就高出的0.4mm,共计电机高出1mm。那么后支腿就应该撤出1.3+1=2.3mm,前支腿应该撤出1mm。

  第五步,垫片增减之后确定两安装盘之间的间距。等于中间节长度加两膜片的厚度(这时角向偏差已经基本消掉,正常情况下上下左右各方位间距应基本相等)。注意:电机轴要确保在磁力中心位置,特别是采用滑动轴承的电机。用电机前后顶丝调整好后徒手拧紧电机前后方向的顶丝。

  第六步,盘一周。调整并确定两个百分表在3点和9点方向都等于6点方向数值的一半,然后轻微旋紧电机四个地脚螺栓。同步检查3点和9点方向是否基本相等且相加基本等于6点方向数值。如有偏差的话调整,没偏差按力矩要求拧紧地脚螺栓。如果拧紧螺栓前左右大约相等,拧紧后,左右相差较大,那说明数值较小一侧地脚螺栓存在虚脚,要注意排除。

  最后复核数据在不在范围之内,如果有偏差重复第一至第六步,满足要求后记录数据。连接联轴器,安装联轴器护罩。(以上冷态对中以目标值为0误差来举例,但根据制冷螺杆压缩机的特点,笔者建议初次冷态找正时要有目的的使电机轴中心比压缩机轴中心高0.10mm左右,下张口0.1mm左右。这样做的目的是为了保证冷态和热态时都接近于目标值。)

  冷态找正后开始试运行,在压缩机达到正常运转状态,各部温度都不再波动后,提前办好作业票、停电票,准备好工具,停至运转后迅速拆除护罩,架好百分表。第一时间测出两轴偏差数据并记录下来。然后计算出热态和冷态的偏差值。这时不要调整,因为此时压缩机温度每分钟都在发生变化,百分表显示的数值也在发生变化。等机组完全恢复常温后,根据偏差值重新找正。重新找正的各个方向的数值要以初始冷态的值和热态记录值的差为依据。(冷态-热态=预留)如图8。

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  实践证明,采用预留膨胀量对中法一次找正基本就都能达到制造厂要求的热态时的对中目标。稳妥起间,可择机复查,以确保机组运行平稳。

预留膨胀量对中法在压缩机校准中的应用分析

 


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