龍源（北京）風(fēng)電工程技術(shù)有限公司 周世東

風(fēng)力發(fā)電機組主傳動系統(tǒng)的軸對中問題分析

龍源（北京）風(fēng)電工程技術(shù)有限公司 周世東

風(fēng)力發(fā)電機組的軸對中是風(fēng)力發(fā)電機組安裝和維護工作中的一項重要工作。目前，風(fēng)力發(fā)電機組的軸對中工作主要指的是高速軸對中。風(fēng)力發(fā)電機組的低速軸對中往往被人們忽視，并且低速軸對中偏差還會對高速軸對中產(chǎn)生一定的影響，因此對低速軸對中也應(yīng)采取一定的措施。

高速軸對中；低速軸對中；平行偏差；角度偏差

引言

風(fēng)力發(fā)電機組的主傳動系統(tǒng)由主軸、齒輪箱、聯(lián)軸器和發(fā)電機組成。我們通常說的風(fēng)力發(fā)電機組的軸對中指的是機組主傳動系統(tǒng)的高速軸對中，即齒輪箱高速軸與發(fā)電機的對中。機組的軸對中工作在安裝和維護過程中都是一項非常重要的工作，如果軸對中超標(biāo)會造成聯(lián)軸器斷裂，發(fā)電機或齒輪箱軸承損壞等故障。對中找正工作所用的時間中占整個機組維護工作時間的很大比例。機組維護工作過程中常常出現(xiàn)軸對中質(zhì)量嚴(yán)重不合格等問題。

1 軸對中對風(fēng)力發(fā)電機組的影響

幾乎所有的旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備都有一根軸，如鼓風(fēng)機、電機、壓縮機、齒輪箱、泵等。不管這些軸的幾何形狀如何，在旋轉(zhuǎn)過程中，總能產(chǎn)生一條回轉(zhuǎn)中心線。所謂軸對中，就是主動設(shè)備和從動設(shè)備的回轉(zhuǎn)中心線重合。風(fēng)力發(fā)電機組主傳動系統(tǒng)中的主軸與齒輪箱低速軸之間、齒輪箱高速軸與發(fā)電機軸之間也同樣存在著軸對中問題。軸不對中分為平行不對中和角度不對中兩種類型（如圖1所示），通常的不對中為兩種類型不對中的組合形式。

通過對運轉(zhuǎn)機組的軸對中找正，使機組的各軸旋轉(zhuǎn)中心線達到同軸的要求，消除各軸在聯(lián)軸器處不應(yīng)有的機械應(yīng)力。使機組安裝、檢修后，各軸運轉(zhuǎn)時仍能保持合理的對中狀態(tài)，從而保證機械設(shè)備能長期、平穩(wěn)地連續(xù)運轉(zhuǎn)。實踐證明，軸對中找正的質(zhì)量，直接影響機器效能的發(fā)揮和使用壽命。如果機械設(shè)備各軸對中不合理，設(shè)備投產(chǎn)運轉(zhuǎn)時會引起機器的振動以及軸承、聯(lián)軸器等轉(zhuǎn)動部件的磨損。風(fēng)力發(fā)電機組的對中找正工作在機組安裝、檢修過程中占有非常重要的地位，是風(fēng)力發(fā)電機組安裝、檢修工作的關(guān)鍵點之一。

2 風(fēng)力發(fā)電機組軸對中的測量方法

圖1 平行不對中和角度不對中

圖2 機械法測量軸對中

風(fēng)力發(fā)電機組中的軸對中，通常指齒輪箱高速軸與發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸線的對中，對中的測量是在軸和聯(lián)軸器上進行的，常用的測量方主要有以下三種：

圖3 ： 使用對中工裝測量軸對中

圖4 百分表法測量軸對中

2.1 機械法

通常采用鋼板尺和塞尺配合測量軸對中。用鋼板尺邊緣和塞尺配合測量兩個半聯(lián)軸器的高度差，確定平行偏差的方向和數(shù)量（見圖2中1）；分別測量兩個半聯(lián)軸器之間180°方向兩點間隙，確定角度偏差的方向和數(shù)量（見圖2中2）。

在風(fēng)力發(fā)電機組的軸對中過程中，由于兩個聯(lián)軸器法蘭之間的距離較遠(yuǎn)，因此用此方法測量比較困難，誤差也較大。因此設(shè)計專用工裝，安裝在齒輪箱側(cè)半聯(lián)軸器上，將齒輪箱高速軸延長，再用塞尺等量具測量工裝與發(fā)電機軸之間的偏差。采用這種工裝能減小測量難度及測量誤差（如圖3所示）。

2.2 百分表法

通過安裝在主動端聯(lián)軸器上的找正支架以及徑向和軸向兩塊百分表，同時轉(zhuǎn)動齒輪箱高速軸和發(fā)電機軸，從兩塊百分表分別讀出平行偏差和角度偏差（如圖4所示）。由于這種方式測量方便，精度高，在沒有發(fā)明激光對中儀前，在機械行業(yè)被認(rèn)為是軸對中的首選方法。

2.3 激光對中法

由于激光傳輸?shù)闹本€性好，以及激光測量的精度高，利用激光束代替百分表的原理進行測量，具有測量方便、準(zhǔn)確度高的特點。因此，激光對中法逐漸替代了百分表法，是目前風(fēng)力發(fā)電機組軸對中的最常用方法（如圖5所示）。

3 風(fēng)力發(fā)電機組軸對中的調(diào)整

軸對中調(diào)整通常是通過調(diào)整發(fā)電機地腳進行調(diào)整的。根據(jù)測量的平行度和角度偏差值，以及聯(lián)軸器和發(fā)電機地腳間的距離計算或估算出需要在發(fā)電機地腳上的調(diào)整量，往往需要經(jīng)過多次測量和調(diào)整。由于激光對中儀測量精度高，并能精確計算出地腳的調(diào)整量，因此能明顯提高軸對中的調(diào)整效率。

4 風(fēng)力發(fā)電機組的軸對中標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)力發(fā)電機組的軸對中精度要求通常由主機廠制定，不同廠家制定的標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，風(fēng)力發(fā)電機組主要主機廠制定的軸對中標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

風(fēng)力發(fā)電機組的軸對中除了在主機廠進行一次對中調(diào)整外，通常在現(xiàn)場吊裝結(jié)束后還要重新進行一次對中調(diào)整。吊裝后的二次對中是由于主機廠的對中過程中沒有安裝葉輪，現(xiàn)場吊裝安裝葉輪后，由于葉輪的重量載荷，齒輪箱高速軸的位置會發(fā)生變化，造成軸對中偏差。調(diào)整過程中通常需要將發(fā)電機高度調(diào)高。

風(fēng)力發(fā)電機組在以后的運行過程中，通常每年檢查一次軸對中，如果對中超過允許偏差值，需要重新調(diào)整。

圖5 激光對中儀測量軸對中

表1 主要風(fēng)力發(fā)電機組廠家高速軸對中偏差表

部分主機廠家的對中要求采用非對稱公差要求，這些廠家的主傳動系統(tǒng)（主軸、齒輪箱）采用力矩臂支撐結(jié)構(gòu)，由于力矩臂采用彈性支撐，在機組帶負(fù)荷運行過程中，彈性支撐會發(fā)生變形。由于葉輪順時針方向旋轉(zhuǎn)（面對葉輪方向），齒輪箱左部會稍微抬高一點，由于齒輪箱高速軸位于低速軸軸線的左側(cè)，也會稍微抬高一點，因此為了保證發(fā)電機運行過程中的對中，發(fā)電機在調(diào)整過程中也會略調(diào)高一點。

表2 主要聯(lián)軸器廠家對中偏差表

圖6 主軸與齒輪箱對接安裝

圖7 低速軸不對中引起的齒輪箱跳動測量

由于風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱與發(fā)電機的連接采用彈性聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器能補償由于不對中產(chǎn)生的機械應(yīng)力，但是聯(lián)軸器的補償畢竟是有限的，如果對中偏差過大，超過聯(lián)軸器的最大補償量，將首先造成聯(lián)軸器的損壞。各種聯(lián)軸器廠家對軸對中偏差值的要求，如表2所示。

注：聯(lián)軸器廠家提供的角度偏差值單位與主機廠采用的單位不同，需要進行計算，才能進行比較。

通過以上量表可以看出，主機廠家要求的對中偏差比聯(lián)軸器廠家要求的對中偏差要高很多。主要是由于主機廠家考慮到其它因素（機艙底盤變形、振動等）對高速軸對中的附加影響。

5 風(fēng)力發(fā)電機組的低速軸對中

風(fēng)力發(fā)電機組很少提到低速軸對中，主機廠也沒有提供相應(yīng)的低速軸對中檢測要求和標(biāo)準(zhǔn)，由于主軸與齒輪箱通常采用漲緊套連接（屬于剛性連接），靠主軸與齒輪箱軸的加工精度保證對中。但在實際裝配過程中，由于裝配工藝和操作等原因，也會造成較大的對中偏差。某主機廠在主軸與齒輪箱對接裝配過程中，采用手拉葫蘆的拉力將主軸插入齒輪箱低速軸（如圖6所示）。由于采用一個手拉葫蘆在主軸與齒輪箱之間施加了一個偏載的拉力，并且在漲緊套緊固后才松開手拉葫蘆，引起安裝過程中主軸與齒輪箱低速軸的對中偏差，最終造成試車過程中，齒輪箱在機艙上擺動，引起振動。

低速軸不對中引起的齒輪箱跳動，可以在齒輪箱箱體后端徑向位置（見圖7中1）和軸向位置（見圖7中2）分別安裝一塊百分表進行測量。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，兆瓦級以下機組跳動量在0.5mm以下，兆瓦級機組在1mm以下為合格。