1 引言
在高速轉動的大型設備的運行過程中，聯接聯軸器的軸系不對中是產生設備振動和各部分零件損壞的原因之一，為了減少設備的振動和保證設備運行的穩定性，要對聯接設備的聯軸器的兩軸系的對中進行調整，聯接聯軸器的兩軸系對中精度越高，設備零件的使用壽命就越長，但由于大型設備非常笨重，體積龐大，調整聯接聯軸器的兩軸對中是非常很困難而精細的工作，本文以我們的客戶使用的透平機組為例來分析一下機組對軸系對中的問題。
2 機組聯軸器介紹
本機組是某化工廠14000m3/h大型空分裝置配套機組，它的作用是為空分裝置提供原料空氣。電機采用同步電機，其轉速為3000r/min。該機組是由沈陽鼓風機廠制造的。其結構簡圖如圖1，電機是通過一個長2490mm的齒式聯軸器向壓縮機傳輸扭矩。為方便機組與聯軸器的對中，廠家隨機配備聯軸器對中的專用工具，稱之為假軸（圖2）。它是一個一端焊接法蘭的無縫鋼管，使用時假軸通過法蘭與基準軸相聯接，另一端架表來調整電機主軸與壓縮機主軸的對中。考慮到假軸與基準軸連接后是一個一端固支的懸臂梁，廠家在假軸上給了一個撓度值（f=1.3mm）。
在安裝過程中，按廠家圖紙文件要求：
允許值：圓周徑向跳動值：0±0.025mm
端面軸向跳動值：0±0.025mm
目標值：0±0.01mm
端面：B、C兩平面的端面軸向跳動值調整在0±0.025mm以內。徑向：考慮假軸撓度和機組溫度補償值（由于在冷態找正，考慮到機組運轉后溫度升高而發生的機組本體的熱脹），旋轉中心E比旋轉中心F低一個撓度值（m）減一個溫度補償量（n）,即h=m－n，如圖3。 這樣拆下假軸安裝上聯軸器后，會出現電機主軸端面與壓縮機電機主軸端面事實上存在一個角度，角度開口方向向上，稱之為上開口，如圖4所示。
3 原因分析
大型機組，尤其是高速運轉的透平機組的找正是很復雜的，現只分析其聯軸器對中這一部分。大型機組聯軸器對中一般步驟如下：
（1）首先確定一臺找正完了的機器主軸為基準軸。
（2）調節另一臺機器的主軸與基準軸的徑向跳動度和端面誤差在機組要求的范圍之內。
在本例中，由于電機與壓縮機之間有一很長的聯軸器，它的對中是通過將假軸一端裝在基準軸（電機軸）上來找正壓縮機主軸的對中。當把假軸裝到基準軸上，假軸另一端架百分表對壓縮機主軸找正時，考慮了由于假軸的撓度而產生的誤差，而忽視了假軸B端旋轉平面與A端主軸端面有一個角度a，如圖3所示，當找正完成后，存在A、C平面端面誤差變大，也即AC平面有一個a角度。因此當取下假軸裝上聯軸器后會出現電機主軸端面與壓縮機電機主軸端面事實上的上開口。造成端面誤差變大。
4 處理方法
考慮轉角的影響，根據撓度值計算出假軸的轉角。計算方法如下：
根據材料力學，只考慮自身重量的懸臂梁可看作是一個均布載荷的懸臂梁，如圖4。
根據材料力學，懸臂梁的撓曲線方程為（推導過程省略）：
f=－(x2－4lx+6l2)qx2/24EI (1)
在自由端（x=L時）撓度最大,轉角最大。即
最大撓度¦max=－qL4/(8EI) (2)
最大轉角amax= =-qL3/(6EI) (3)
由（2）（3）兩式可得出：
amax=4¦max/3l
式中 E——材料的彈性模量（材料一定時即為定值）
I——慣性矩（截面）（幾何形狀一定時即為定值）
L——懸臂梁長度，mm
q——懸臂梁的均布載荷，N
f——懸臂梁上任意一點的撓度，mm
a——懸臂梁上任意一點的轉角，rad
由廠家給的撓度值¦=1.3mm，可以計算出最大轉角：
amax=4¦max/3l
=4×1.3/（3×2490）
=0.0007rad
壓縮機主軸端面直徑為d= 300mm ,因a max角較小sin amax≈a max，因此，壓縮機主軸端面與聯軸器端面上下軸向偏差：
Δx=d sin amax
≈d a max
=d×0.0007
=0.21mm
即端面跳動下部比上部多一個Δx值。考慮圖3的偏差形式：兩軸心線既有傾斜又有偏移。在對中時增加了轉角的內容，調節壓縮機主軸端面與假軸端面，使其上軸向比下軸向小0.21mm左右，即形成兩端面有一個角度，且角度開口方向是向下的，根據上面的計算這個角度大約是a角。考慮到機組的溫度補償，調節使壓縮機主軸向上偏移h值，這樣就保證了壓縮機主軸與基準軸（電機主軸）的徑向跳動度和軸向偏差要求,如圖5。
5 結論
通過這次對中的實際運用，得出在有長聯軸器的大型機組，尤其是高速運轉的透平機組的對中過程中，雖然對中專用工具轉角很小（本例為0.0007rad），但由其引起的端面跳動誤差不容忽視（本例為端面軸向上、下跳動值相差Δx=0.21mm，比機組允許值0±0.025mm要大近10倍）。在大型機組安裝過程中要考慮到轉角的影響。這對于提高對中精度、保障機組安裝質量有著不可忽視的作用。
本組1999年4月開始安裝，2000年4月一次試車成功，自2000年11月正式投入生產運行以來，機組運行平穩，情況良好。
注：公式（1）（2）（3）來自劉鴻文主編，高等教育出版社出版的《材料力學》(上冊)第225頁，它們是通過懸臂梁的撓曲線微分方程推導的，在這里就不一一推導。
參 考 文 獻
[1] HGJ206-92 化工機器安裝工程施工及驗收規范（離心式壓縮機）
[2] HGJ203-83 化工機器安裝工程施工及驗收規范（通用規定）
[3] 劉鴻文.材料力學.高等教育出版社,1992.9.
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