趙普峻,蘇興冶,侯裕舒,陳慧濤,李嘉琦,劉運(yùn)來,代舒珍

(1.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 化工裝備學(xué)院,遼寧 遼陽(yáng) 111003;2.中國(guó)石油遼陽(yáng)石化分公司 遼寧 遼陽(yáng) 111003)

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)一般分為水平剖分和垂直剖分(筒型)兩類。水平剖分的設(shè)備有一水平中分面將汽缸分成上下兩半，在中分面處用螺栓連接，其核心部件--轉(zhuǎn)子是從上方吊裝放入工作位置，在檢修回裝時(shí)較為方便，被企業(yè)廣泛采用。實(shí)際生產(chǎn)中，水平剖分式旋轉(zhuǎn)機(jī)械安裝、檢修過程中轉(zhuǎn)子主軸與機(jī)體下氣缸徑向間隙精度要求非常高，間隙精度不達(dá)標(biāo)是設(shè)備加快磨損、發(fā)生故障、導(dǎo)致裝置停車、影響企業(yè)效益的一個(gè)主要原因[1]。

以工業(yè)汽輪機(jī)為例，它是以蒸汽為工質(zhì)，將蒸汽熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的大型原動(dòng)力設(shè)備，可直接驅(qū)動(dòng)各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等，具有單機(jī)功率大、效率高、轉(zhuǎn)速快、調(diào)速方便、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此，被廣泛用于石油化工、能源電力、機(jī)械、冶金等行業(yè)。

由于工業(yè)汽輪機(jī)價(jià)格昂貴，多為單機(jī)運(yùn)行，沒有備用機(jī)組，一旦發(fā)生故障，就會(huì)造成裝置停車，嚴(yán)重影響企業(yè)效益，因此確保工業(yè)汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。汽輪機(jī)在安裝檢修時(shí)需要嚴(yán)格保證其安裝質(zhì)量，尤其是轉(zhuǎn)子檢修回裝時(shí)一定要對(duì)轉(zhuǎn)子主軸的徑向間隙進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量和調(diào)整，以確保機(jī)組安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[2]。

1 主軸與機(jī)體下氣缸徑向間隙的測(cè)量

1-軸承座；2-軸承；3-軸承枕塊；4-轉(zhuǎn)子；5-橋規(guī)；5'-自制橋規(guī)；6-M5頂絲；7-百分表

圖1 橋規(guī)測(cè)量示意圖

水平剖分式汽輪機(jī)檢修時(shí)，轉(zhuǎn)子起吊前要測(cè)量自制橋規(guī)與軸頸之間的間隙，以確定軸瓦運(yùn)行的磨損量，這一測(cè)量值還可作為原始值，以便與以后檢修時(shí)的測(cè)量值相比較。轉(zhuǎn)子回裝后，還要在原位置測(cè)量自制橋規(guī)與軸頸之間的間隙并與轉(zhuǎn)子起吊前的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以檢驗(yàn)回裝質(zhì)量。其方法是：在自制橋規(guī)上裝設(shè)百分表分別測(cè)量每個(gè)軸頸的讀數(shù)或用塞尺測(cè)量橋規(guī)與軸頸之間的間隙，如圖1所示。測(cè)量前，應(yīng)檢查橋規(guī)的兩支腳平面與軸承座水平結(jié)合面上接觸均勻并密實(shí)，在放置橋規(guī)的位置作好永久標(biāo)志，并應(yīng)注意橋規(guī)前后方向不得裝反。測(cè)量時(shí)將橋規(guī)放置在軸承座上，測(cè)量每個(gè)軸頸至百分表觸頭的距離或用塞尺測(cè)量橋規(guī)測(cè)點(diǎn)與軸頸之間的距離δ并記錄。使用塞尺測(cè)量時(shí)，塞尺不得超過三片，且各片厚度不應(yīng)相差懸殊，將塞尺壓緊在軸頸上，輕輕向間隙中移動(dòng)，直至塞尺輕輕觸碰橋規(guī)凸緣又能順利通過時(shí)為好，塞尺的總厚度即為測(cè)值。用百分表測(cè)量時(shí)，應(yīng)先用塊規(guī)調(diào)好百分表觸頭伸出的原始值，作為測(cè)量基準(zhǔn)，然后再測(cè)量每個(gè)軸頸上的百分表讀數(shù)并記錄。

1.1 徑向間隙精度不夠的危害

汽輪機(jī)在檢修重裝時(shí)，轉(zhuǎn)子主軸發(fā)生摩擦、碰撞、磨損等故障時(shí)有發(fā)生，對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大威脅，甚至造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)引起汽輪機(jī)檢修、運(yùn)行人員的足夠重視[3]。

(1)轉(zhuǎn)子與軸承的徑向間隙不符合要求會(huì)造成梳齒汽封頂端磨損、梳齒歪斜(圖2)，影響軸承端汽封效率，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生高溫高壓、導(dǎo)致有毒有害氣體泄漏，縮短設(shè)備使用周期。同時(shí)也將造成轉(zhuǎn)子圓周竄動(dòng)、運(yùn)行不穩(wěn)定、油膜厚度不一，導(dǎo)致效率降低，對(duì)生產(chǎn)過程將造成特別嚴(yán)重的影響。機(jī)組磨損嚴(yán)重將使裝置臨時(shí)停車，勢(shì)必降低裝置的生產(chǎn)能力，增加額外費(fèi)用和運(yùn)行成本。

圖2 梳齒汽封破損

(2)徑向間隙測(cè)量與調(diào)整精度不夠會(huì)促使原動(dòng)母機(jī)產(chǎn)生更大的力矩去抵抗摩擦。調(diào)查顯示，軸承間隙太小使壓力油膜梯度增大，承載能力越強(qiáng)，對(duì)軸承的破壞就越大，容易產(chǎn)生半速渦動(dòng)和油膜震蕩。軸承間隙太大，壓力梯度很小，油膜的承載能力有限，在轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中容易造成機(jī)組振動(dòng)和摩擦。嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致軸承瓦塊不能在油膜區(qū)工作，進(jìn)而發(fā)生燒瓦現(xiàn)象。

(3)檢修回裝時(shí)轉(zhuǎn)子與定子徑向間隙不符合要求會(huì)造成轉(zhuǎn)子與氣缸的摩擦，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)由于受到熱應(yīng)力、轉(zhuǎn)子不平衡量、動(dòng)、靜、碰、摩等因素的影響，轉(zhuǎn)子的彎曲度與機(jī)組安裝時(shí)的原始值會(huì)發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成轉(zhuǎn)子主軸斷裂(如圖3所示)。由于機(jī)組大修停機(jī)時(shí)間要求嚴(yán)格，而大型轉(zhuǎn)子返廠(制造或修造)維修運(yùn)輸困難、需時(shí)較長(zhǎng)，將會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[4]。

圖3 轉(zhuǎn)子主軸斷裂形貌

因此保證合適的軸承間隙決定了系統(tǒng)是否能安全穩(wěn)定的運(yùn)行。有些情況下，機(jī)組因間隙調(diào)整不當(dāng)引起的刮碰事故，從發(fā)現(xiàn)到檢修、處理歷時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要2～3個(gè)月，有的甚至需要4～5個(gè)月，而目前汽輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)都很高，因此其造成的危害將是巨大的[5]。

1.2 傳統(tǒng)測(cè)量方法存在的問題

目前徑向間隙測(cè)量常采用的方法主要有內(nèi)外徑測(cè)量法、貼膠布法、塞尺法、壓鉛絲法和軸瓦間隙測(cè)量法等[6]。

內(nèi)外徑測(cè)量法是通過測(cè)量轉(zhuǎn)子密封外徑和定子密封內(nèi)徑來粗略計(jì)算間隙值，由于測(cè)量誤差較大，僅供參考或配合其他檢測(cè)方法使用。

貼膠布法是在疏齒密封的內(nèi)圓周貼上膠布，通過檢測(cè)不同厚度膠布的接觸顏色深淺來判定間隙值。當(dāng)缸體為水平剖分型結(jié)構(gòu)或軸承座為水平剖分型時(shí)，由于轉(zhuǎn)子安裝時(shí)必須預(yù)先放在梳齒上，可能造成膠布?jí)汉郏虼瞬贿m用于貼膠布法。

塞尺法是企業(yè)應(yīng)用廣泛的一種轉(zhuǎn)子徑向與軸向間隙測(cè)量方法。塞尺法雖具有簡(jiǎn)便快速的特點(diǎn)，但塞尺本身厚度不均勻，測(cè)量時(shí)的橫向彎曲量也會(huì)帶來很大影響，準(zhǔn)確度較低。實(shí)際測(cè)量過程中，不同人員的測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不一致的情況，實(shí)際誤差很大。

壓鉛絲法是在密封環(huán)內(nèi)圓周上粘貼三組以上兩種不同直徑的鉛絲，與貼膠布法相類似。這種方法操作麻煩，精度不高，不常被應(yīng)用。

軸瓦間隙測(cè)量法主要是測(cè)間隙和緊力。軸瓦兩側(cè)的間隙，通常是用塞尺在軸瓦的四角測(cè)量，頂部間隙用壓鉛絲的方法測(cè)定(如圖4所示)，根據(jù)鉛絲平均厚度差，可判斷出軸瓦頂部間隙大小。這種方法是塞尺法與壓鉛絲法的結(jié)合，因此實(shí)際測(cè)量準(zhǔn)確度較低，因而不適合測(cè)量主軸與機(jī)體下氣缸徑向間隙。

圖4 軸瓦間隙測(cè)量法

雖然工業(yè)汽輪機(jī)檢修規(guī)程明確規(guī)定轉(zhuǎn)子起吊前和回裝后都要測(cè)量橋規(guī)與轉(zhuǎn)子軸頸之間的間隙，但在實(shí)際檢修時(shí)仍有人憑經(jīng)驗(yàn)未進(jìn)行這兩個(gè)操作步驟，這無(wú)疑會(huì)造成重大安全隱患。

2 間隙測(cè)量、調(diào)整專用橋規(guī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)方法測(cè)量轉(zhuǎn)子主軸徑向間隙精度不高、局限性較大、操作過程繁瑣。目前市場(chǎng)尚無(wú)專用橋規(guī)定型產(chǎn)品，為確保轉(zhuǎn)子間隙測(cè)量精度，保證檢修質(zhì)量，設(shè)計(jì)一種專用橋規(guī)具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

專用橋規(guī)如圖5所示，可固定不同量具、適用不同軸徑，以簡(jiǎn)便快捷地實(shí)現(xiàn)間隙測(cè)量并保證測(cè)量精度，提高工作效率，降低維修維護(hù)費(fèi)用，提高企業(yè)效益。

圖5 徑向間隙測(cè)量專用橋規(guī)三維圖

優(yōu)化設(shè)計(jì)的專用橋規(guī)可對(duì)不同軸頸水平剖分式旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子徑向間隙進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)檢修、調(diào)整需要，為確保測(cè)量精度，優(yōu)化設(shè)計(jì)專用橋規(guī)如圖5所示： 該測(cè)量橋規(guī)主要由主尺、電子數(shù)顯表、基座、高精度測(cè)量觸頭、支腳組成，如圖6所示：

圖6 專用橋規(guī)結(jié)構(gòu)解析圖

兩支腳用于支撐基座和保證其測(cè)量時(shí)的穩(wěn)定性，支腳與基座為螺紋聯(lián)接，基座上有三組螺紋孔用于調(diào)整支腳間距,電子數(shù)顯表可直接讀取測(cè)量數(shù)據(jù)(以首次測(cè)量為基準(zhǔn)并調(diào)零，下次測(cè)量數(shù)值為正表示軸高出基準(zhǔn)，數(shù)值為負(fù)表示軸低于基準(zhǔn))。依據(jù)轉(zhuǎn)子主軸與機(jī)體下氣缸徑向間隙測(cè)量的檢修規(guī)程步驟，對(duì)徑向間隙進(jìn)行測(cè)量，如圖7所示。

圖7 徑向間隙測(cè)量示意圖

橋規(guī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量方便快捷，簡(jiǎn)便易學(xué)，實(shí)用性較高，可滿足間隙測(cè)量的精度需要。

3 結(jié)語(yǔ)

水平剖分型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的檢修、安裝過程中，轉(zhuǎn)子主軸徑向間隙測(cè)量對(duì)確保裝置“心臟”設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行極其重要。所設(shè)計(jì)的專用測(cè)量橋規(guī)可實(shí)現(xiàn)檢修、安裝過程中轉(zhuǎn)子與軸頸徑向間隙的快速準(zhǔn)確測(cè)量，并滿足精度要求。專用橋規(guī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)提高關(guān)鍵機(jī)組檢修質(zhì)量、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、保證裝置安全、 穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行以及節(jié)能降耗等有著十分重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。