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叠片挠性联轴器选用事项分析

杨文博   点击:

  前言

  叠片挠性联轴器自20世纪70年代开始在各领域推广使用,逐步替代齿式联轴器和非金属弹性块联轴器等传统产品,到20世纪末已占主导地位。联轴器是用来连接主、从动设备,使其一同旋转并传递扭矩的装置。联轴器除传递动力与扭矩外,最主要一点就是补偿不对中能力,这也是叠片联轴器使用越来越广泛的原因。图1为联轴器几种不对中的形式。

  齿式联轴器允许内、外齿有较大的轴向滑移,但在工作状态下的滑移需克服很大的摩擦阻力,给轴承以很大的轴向力,而且受内外齿相对滑动速度的限制,角向补偿能力也有限。非金属弹性块联轴器由于本身结构的原因,在更换弹性元件时必须移动半联轴器,其轴向补偿能力相对较弱,而且弹性元件易于损坏,维修周期短。叠片联轴器角向和轴向刚度很低,可补偿较大的角向和轴向不对中,而不致于给轴和轴承附加很大的力。叠片联轴器除补偿能力较大外,还有以下主要优点:

  (1)叠片挠性联轴器为干式联轴器,无需润滑和维护;

  (2)有明显的隔振和吸振作用;

  (3)零部件之间无相对运动和磨损,易于保持出厂时的动平衡,特别适合高速大功率场合;

  (4)全金属机构,无老化,使用寿命长;

  (5)安装使用简单方便,在不动设备基础的情况下能更换片组及螺栓等易损件。

  正是由于叠片联轴器具有以上优势,所以它是目前工业流程动力设备的首选产品。本文以无锡创明叠片联轴器为例,初步介绍叠片联轴器的选用方法。

  一、叠片联轴器选用注意事项

  在选用叠片挠性联轴器时,应根据使用要求和工作条件等综合分析来确定,主要考虑以下几点。

  1、主动机和从动机的机械特性。主动机类型不同,其输出功率和转速差异较大,需根据实际的工作状况选择合适的工况系数,以满足机组使用要求。

  2、联轴器转速高低,决定联轴器的基本结构形式。一般低速场合(3600转/分以内,主要以泵、低速风机等为主)选择螺栓定位的叠片联轴器即可;中高速场合(3600转/分以上,主要以汽轮机等为主)则需选择以止口定位的高速联轴器,同时需考虑联轴器动平衡对机组的影响。

  3、联轴器选用需考虑安装及后期维护。由于某些大型机组调整基础比较困难,选型时应考虑联轴器最大外径在允许的安装空间内,在保证冷态安装距离的同时,选择装拆方便的结构形式。

叠片挠性联轴器选用事项分析

  4、联轴器使用的工作环境。一般室内或者有遮蔽物的场合,选择表面氧化处理或黑磷化处理的叠片联轴器即可。如在强酸,强腐蚀等场合,则需选用表面镀合金保护层的联轴器,甚至不锈钢叠片联轴器。

  二、叠片联轴器选型计算及复核

  叠片挠性联轴器选用一般以所需传递的计算扭矩小于联轴器的公称扭矩为原则。由于主动机的工作状况各不相同,所以在计算时序考虑工况系数K,见表1工况系数K值表。

叠片挠性联轴器选用事项分析

  联轴器扭矩计算:
  T=9549×P×K/n
  式中:T—扭矩(N.m)
  p—主动机额定功率(kW)
  K—工况系数
  n—额定工作转速(r/min)

  根据T≤Tn(公称扭矩),n≤nmax(最大许用转速)的原则,结合联轴器外径、所能包容最大轴径等,选择合适的联轴器型号。

  叠片联轴器经过初步计算选型后还需进行复核。

  1、复核峰值扭矩和最大瞬时扭矩是否满足机组需要。对于频繁启动的机组需校核启动扭矩,对于有刹车装置的设备应校核刹车扭矩。

  2、复核机组轴头间距即冷态安装距离(DBSE)是否满足所选型号最小轴头间距的要求。

  3、复核联轴器轴向和角向补偿能力是否满足机组要求。对于某些热胀量较大的机组,可采用冷态预拉伸的方法,使机组达到热平衡时联轴器工作在较小变形状态。

  三、叠片联轴器在特殊场合的选用举例

  由于某些机组特性的限制与要求,叠片联轴器需采用特殊材质或特殊结构。以下列举某些特殊场合选用的特殊叠片联轴器。

  1、冷却塔风机专用叠片联轴器

  冷却塔风机与一般风机相比有两个明显的不同之处:一是风机安装在循环热水上方,工作环境极度潮湿,且温度较高;二是电机与风机间距特别长,轴头间距一般3~5m。这两种工况对联轴器提出特殊要求:材料需满足防锈要求,同时设计联轴器时需考虑间隔轴临界转速。图2为碳纤维联轴器的简图。

叠片挠性联轴器选用事项分析

  该联轴器主从动端安装盘材质采用0Cr18Ni9,膜片材质301,螺栓紧固件材质2Cr13,选用此材料的目的是为了起到防锈的作用;间隔轴组件以碳纤维管为主,主要是为了减轻重量,减小附加载荷,提高临界转速。

  2、风电专用高速叠片联轴器

  风力机组在传递能量过程中,叶轮吸收的能量是随着风能的大小在时刻变化的,因此经常会产生不稳定的力在齿箱和发电机上。在发电机短路时,齿轮箱须有过载保护,避免风电机组造成更大范围的损害。同时齿箱与电机间联轴器还需绝缘且必须可靠运行20年以上。图3为风电高速叠片联轴器关键部件简图。

叠片挠性联轴器选用事项分析
 

  风电高速联轴器中间段通过使用玻璃钢起到齿箱与电机间绝缘的作用。玻璃钢强度性能良好,绝缘性能优秀,重量较轻,能减少轴端的附加载荷。通过给螺栓套件施加一定的拧紧力矩(按过载扭矩计算标定),将转接盘夹紧在压板内,压板与转接盘的连接处有摩擦片。当机组过载时,转接盘与压板就会产生相对转动(俗称打滑),从而起到过载保护的作用。

  四、结论

  叠片联轴器补偿不对中能力较大,吸振隔震效果良好,无需润滑,而且现场维护方便,相对齿式联轴器、非金属弹性块联轴器有较大优势。

  叠片联轴器选用时,根据主、从动机特性,需选择合适的工况系数,根据转速高低,需选择合适的结构形式,一般低速联轴器选用螺栓定位的结构,高速联轴器选用止口定位的结构。联轴器初步选型后还需进行尺寸或使用条件等的复核。

  在某些特殊场合,叠片联轴器选用需考虑材质、绝缘性能以及过载保护装置等。 

       参考文献
  [1] 周明衡,联轴器选用手册[M],北京:化学工业出版社 2001.
  [2] 王文斌,机械设计手册[M]. 北京:机械工业出版社,2007(3).

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