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发电机与柴油机轴系对中配套安装的程序 |
摘要：柴油发电机组的运行状况不仅与零部件的设计和加工工艺直接有关，还与发电机组的安装和检修质量有着密切的关系，康明斯公司在振动实践中发现，轴系故障60%源于轴系对中不良。轴系对中质量的优劣，对保障轴系及主机的正常运转以及减少机体振动和能耗有着重要的影响。因此，为了保证柴油发电机组的稳定运行，轴系对中是一项非常重要的环节，其要求的精度也越来越高，所以在柴油发电机组安装检修中采用一种合适的对中方法是至关重要的。文中针对大型发电机组轴系对中问题进行了较全面深入的探讨，对工程实践中大型发电机组的装调具有一定的参考价值。
一、轴系对中调整装置
由于主发电机单支点结构的原因，当主发电机壳体与柴油机飞轮壳体对中组装后，主发电机转子轴与柴油机曲轴中心线会存在夹角α，柴油机飞轮螺栓孔与高弹性膜片联轴器螺栓孔存在高度差h。为使螺栓能够穿过柴油机飞轮螺栓孔连接高弹性膜片联轴器，需在主发电机冷却风扇底部及左、右两侧反复加塞或撤减垫片来调整转子轴法兰位置，操作繁琐，实现精确调整很难，效率极低。如若组装不当，极易损坏高弹性膜征联轴器。另外，在组装之前，为了确保主发电机转子在轴向上与定子保持合适的间隙，也需要在主发电机冷却风扇底部及左、右两侧加塞垫片，调整主发电机转子法兰与主发外壳同心，然后再轴向前后推动转子轴，测量间隙。
柴油发电机组轴系对中调整装置，为一螺柱螺母式升降结构，如图1所示。其特征如下：
（1）螺柱设有底部带有定位销的底座，中间带有通孔的Y形支撑座开口向上坐在螺母上，螺柱的上端插入通孔。
（2）Y形支撑座的底部设有滚珠压力轴承。
（3）滚珠压力轴承由在上的静环、在下的动环及滚珠构成，倒凹形的静环从边缘上包扣住平面形动环，动环内表面上的滚道为圆弧形截面，静环内表面的滚道为∧形截面，动环与静环的边缘之间、静环与螺柱之间均设有间隙a。
（4）在底座底部设计定位销，结合Y形支撑座，动环、滚珠和静环的相对定位关系，能够快速有效地对转子轴法兰左、右对中定位。如图2所示。
（5）采用螺纹柱导向的形式，能够有效调节转子轴法兰高度，实现高度对中定位，保证了轴系的对中度，提高了组装效率。
（6）采用滚珠滚动带动Y形支撑座移动的方式，降低了旋转螺母的力矩，同时避免了由于滑动摩擦造成相关部件的损坏。
（7）动环、静环和螺柱之间的间隙设计，给检测主发轴向间隙、轴系对中组装带来了很大的方便。
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图1 柴油发电机组轴系对中调整装置示意图 |
图2 飞轮壳与柴油机吊起对中示意图 |
二、发电机端盖与过渡节套
在柴油发电机组中，柴油机和主发电机的轴系对中十分重要。尤其是单支点结构的主发电机，仅在其输出端布置支撑轴承，另一端只有靠与柴油机曲轴输出端的连接实现支撑。因此，对于发电机采用单支点结构的柴油发电机组，其组装中的轴系对中调整是一件很麻烦的事情。现有技术的做法是首先将主发电机壳体与柴油机飞轮壳体通过止口定位连接在一起，实现定子对中组装，然后再将已组装在主发电机输入端的高弹性膜片联轴器与柴油机飞轮连接在一起，完成转子对中组装。
1、双支点发电机
双支点发电机应装上一弹性联轴器，对于皮带驱动的发电机，应确保驱动和被驱动皮带轮在同一平面上，以避免发电机轴承受到轴向负载，推荐使用螺旋式张力装置对皮带张力作精确的调节。不正确的皮带张力将会导致轴承过度磨损。
2、单支点发电机
单支发电机的对中很重要，需在发电机底脚下垫薄片，以确保机械加工面的对中。为了运输及储存，发电机机壳止口及转子连接片上涂有防锈层，必须将防锈层除去。通常用甲苯清洗配合面，清洗完后必须及时清洗皮肤。
如图3所示。为了与不同的发动机飞轮套相连接，发电机可提供以下所列的端盖—过渡节套：
端盖/过渡节套SAE6、SAE5、SAE4、SAE3、SAE2，其中SAE5和SAE6过渡节套可配合使用。驱动端过渡节套是设计成与半圆头螺钉相配的，如图4所示。如BC18的发电机是与SAE5的驱动端
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图3 HC5单轴承发电机连接过度节套位置图 |
图4 柴油发电机飞轮盘 |
三、对中方法
大型发电机组通常传动轴很长，长度大于5m，直径大于500 mm，这些发电机组轴系在安装操作时，需要多个轴承支撑座，将这些轴承支撑座准确对中，是一项较复杂且耗时的工作。大型机械零部件安装时孔对中的主要困难在于建立长跨距的中心基准线，尤其在多个孔进行对中测量的时候更为重要，以下是常用的方法。
1、拉钢丝法
拉钢丝法是以标准钢丝作为测量基准线，在两端轴承座的中心固定一根平行于被测物体的钢丝，将钢丝调整到与基准孔同轴，用专用量具来测量钢丝与其它孔内径的间隙，一般测量上下左右4个点，如图5所示。
钢丝的直径在0.2～0.5 mm之间，在长距离测量时，钢丝的自重会导致钢丝下垂，必须结合钢丝绕度公式计算加以补偿后得到偏差值。由于是人工读取测量结果，测量的精度约为0.1mm，拉钢丝法主要适用于一些大型的长距离的孔类零件的测量，如活塞式压缩机气缸、柴油机机体主轴承孔、柴油发电机组等。
2、上假轴法
上假轴法是指用假轴作为测量基准线，代替真转子对轴承座进行对中，在对中精度要求不高的情况下，若假轴能顺利从被测孔径中自由通过则认定为已对中，对中精度要求高的情况下，需要将假轴放入被测孔径中，转动假轴，再利用固定在表架上的百分表进行测量。该方法测量精度不高，使用不便，必须定制相应的假轴，且对假轴的表面光滑度、直线度要求较高。上假轴法主要应用于大型发动机、柴油机等生产检修过程中。
3、望远镜法
望远镜法以准直望远镜或准直仪等仪器的光轴作为测量基准线，将测量光靶中心调准至各个测量孔的截面中心处，用望远镜观测光靶中心点和光轴中心的偏差，采用光学目视对准法，在长距离测量中可以达到较高的精度0.01 mm，但由于测量距离增加会导致成像模糊，增大目视的主观误差，且受望远镜自重及望远镜支架的影响较大。望远镜法多用于被测孔径比较大的孔类器件，在大型机床、飞机及轮船等制造工业的应用比较多。
4、激光对中仪
激光对中仪以放置在孔中心的激光发射装置发出的一束准直激光作为测量基准线，激光发射装置瞄准接收装置，将接收装置安装在旋转支架上，并将支架依次固定在待测孔径内，激光接收装置与探针相连，探针测量点与PSD的中心距离是一个恒定值，通过探针带动PSD旋转，能够实现孔内任意角度的测量，测量原理如图6所示。
采集被测孔径不同位置的点，激光打在PSD上的位置会发生变化，激光束在接收装置中扫过的轨迹可以拟合成一个圆，经过对中仪计算处理，为每个测量的孔计算出最适合该小圆的中心及对中需要的调整量。激光对中仪孔对中的精度较高，能够达到0.001 mm，而且重复性比较好，可以应用于发动机的对中。
四、发电机与发动机配套安装的程序
1、装配前检查
① 检查发电机连接轴外圆表面和轴套内孔表面；应确保其光滑无凸起点。
② 检查发电机连接轴外圆尺寸和轴套内孔尺寸，应符合要求。
2、热装发电机轴套
① 将发电机轴套加热至250℃,保温120分钟。(现场若无加温设备，可将轴套放入机油中加热。)
② 在发电机连接轴外表面涂抹清洁的机油(涂抹机油的目的是保护轴与轴套配合表面不被拉伤，便于下次拆卸),将轴套推入联结轴。
注意：发电机轴套应推到底。装配时严禁击打轴套端面内孔周围，以免引起内孔凸起变形。
3、发电机对中安装步骤
本文以斯坦福单轴承HC/HCK/LV型发电机为例。
（1）对发动机，检查飞轮配合面至飞轮壳配合面的距离，该尺寸公差应在0.5mm内，这样才能保证发电机轴承或发动机轴承不受侧向推力。
（2）检查固定法兰盘片至固定盘的螺栓是否上紧，并固定到位。紧固扭矩值见相关资料。
（3）拆去发电机驱动端网板可操作联轴器和过渡节套螺栓，检查配合面是否干净并无润滑剂。
（4）HC型发电机检查法兰盘片是否和过渡节套止口同心。同心度可在风扇和过渡节套之间垫入楔形木块来调节，或者用吊绳通过过渡节套窗口将转子吊起；将发电机靠拢发动机，注意法兰盘片和飞轮罩止口同时合上。将发电机向发动机进一步靠拢，直至法兰盘片和飞轮面接触，此时飞轮壳罩止口也正好到位。
（5）将飞轮壳螺钉和盘片连接螺钉拧上，法兰盘片和螺钉间需用厚型垫圈。紧固盘片连接螺钉时需对称紧固，以确保对中。HCK/LV型发电机拆下定位用的双头螺栓，并用盘片连接螺钉拧紧。
（6）拧紧飞轮壳螺钉。
（7）拧紧法兰盘片和飞轮的螺钉，如图6所示。请参阅发动机手册使用正确的扭矩。
（8）HC型发电机拆下转子对中辅助工具（可能是木块，也可能是螺钉和金属薄片）。
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图5 柴油机飞轮壳对中测量 |
图6 飞轮壳螺钉安装示意图 |
总结：
在柴油发电机组的轴系中，转轴的中心线与轴承槽的中心线的不重合误差及倾斜度大小，对传递力矩、输出动力产生极大的影响，而且是设备运行安全和使用寿命的关键性技术指标。实际上，主动轴与从动轴的不对中误差是设备产生故障的主要原因。为此，在设备安装和检修时，要尽可能地减少中心线不重合误差和倾斜度，这种减少不重合误差和倾斜度操作称为轴系对中找正。由于轴系不对中，使各轴承槽的载荷分布产生周期交变的应力，磨损不均，过早地发生损坏，缩短使用寿命，而且轴系不对中增大联轴节的摩擦，使发电机组效率下降，运行成本提高。因此，发动机和发电机是柴油发电机组组装过程中必须了解的两种机械，它们的协同工作需要对中对齐。合适的对中方法和注意事项是保证发动机和发电机正确对中的关键。希望本文能够帮助读者深入理解这个问题，避免因为对中不精确导致额外的维修和损失。
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