某高速柴油機(jī)與雙軸承主發(fā)電機(jī)軸系對(duì)中聯(lián)接分析及解決

蘆武?朱巍?劉濤

摘 要：隨著中國鐵路機(jī)車制造行業(yè)的發(fā)展，越來越多的機(jī)車出口到世界各地，而海外各國的不同招標(biāo)規(guī)范使中速柴油機(jī)已經(jīng)不能滿足所有的要求?，F(xiàn)在，越來越多的各種高速柴油機(jī)運(yùn)用于低軸重的機(jī)車上，其體積小、重量輕特點(diǎn)得到了充分的發(fā)揮。但某些高速柴油機(jī)因其機(jī)體強(qiáng)度不足以承受主發(fā)電機(jī)所帶來的彎矩，所以需要選配雙軸承主發(fā)電機(jī)，而選用雙軸承主發(fā)電機(jī)時(shí)，其與柴油機(jī)軸系對(duì)中是整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組聯(lián)接的關(guān)鍵，決定整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性。

關(guān)鍵詞：高速柴油機(jī)；雙軸承主發(fā)電機(jī)；對(duì)中

1 引言

在柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)中，良好的柴油機(jī)與主發(fā)電機(jī)軸系對(duì)中，能的保證其工作的可靠性；下面將從影響對(duì)中因素分析某雙軸承主發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)對(duì)中。

2 影響主發(fā)電機(jī)對(duì)中性的因素

2.1 軸承間隙

主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸和柴油機(jī)曲軸分別繞各自的軸承中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，但是，當(dāng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，它們的中心線應(yīng)該是重合的。對(duì)中工作是在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行的，這時(shí)曲軸落座在其軸瓦的底部。工作時(shí)，曲軸并不是處在這個(gè)位置上。爆發(fā)壓力、離心力以及柴油機(jī)機(jī)油壓力都會(huì)將曲軸提起使飛輪繞著它的實(shí)際中心轉(zhuǎn)動(dòng)。而主發(fā)電機(jī)使用球軸承或滾子軸承，它們?cè)陟o態(tài)和工作狀態(tài)下不會(huì)改變其旋轉(zhuǎn)軸線。在冷機(jī)狀態(tài)進(jìn)行安裝對(duì)中時(shí)，柴油機(jī)的曲軸中心線要比主發(fā)電機(jī)軸中心線稍低。

2.2 飛輪下垂

柴油機(jī)在靜止時(shí)，飛輪和聯(lián)軸器的重量會(huì)使曲軸彎曲。這個(gè)影響必須在對(duì)中時(shí)得到補(bǔ)償，因?yàn)樵趯?duì)中過程中，它會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向孔或飛輪旋轉(zhuǎn)外徑比曲軸軸承的實(shí)際中心線低。

2.3 反扭矩

柴油機(jī)在相對(duì)軸旋轉(zhuǎn)方向的反向扭轉(zhuǎn)趨勢(shì)和被驅(qū)動(dòng)設(shè)備在軸的旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)就是反扭矩。它將自然地隨著負(fù)荷而增加，以及引起振動(dòng)。這種振動(dòng)在怠速時(shí)感覺不到，但在帶負(fù)荷時(shí)可感覺到。這通常是由于在反扭矩作用下，底座強(qiáng)度不足而產(chǎn)生過大的底座撓度，從而改變中心線對(duì)中而造成的。

2.4 熱膨脹

當(dāng)柴油機(jī)和主發(fā)電機(jī)達(dá)到工作溫度時(shí)，熱擴(kuò)張或熱膨脹也就隨著發(fā)生。它同時(shí)向垂直和水平兩個(gè)方向膨脹。垂直方向的膨脹在部件安裝腳和它們各自的旋轉(zhuǎn)中心線之間產(chǎn)生。這種膨脹的大小決定于所用的材料、出現(xiàn)的溫升以及從旋轉(zhuǎn)中心至安裝腳的垂直距離。

曲軸水平方向的熱膨脹從柴油機(jī)的止推軸承向另一端延長(zhǎng)。當(dāng)被驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接到柴油機(jī)的這一端時(shí)，就要考慮這種熱膨脹。如果被驅(qū)動(dòng)設(shè)備用螺栓固定到柴油機(jī)機(jī)體時(shí)，這種膨脹作用是輕微的，因?yàn)闄C(jī)體和曲軸差不多以相等的膨脹率膨脹。

水平補(bǔ)償可采用一個(gè)允許柴油機(jī)與主發(fā)電機(jī)之間作充分相對(duì)運(yùn)動(dòng)的彈性聯(lián)軸節(jié)。安裝設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮使水平方向熱膨脹進(jìn)入彈性聯(lián)軸節(jié)的工作區(qū)，而不是遠(yuǎn)離彈性聯(lián)軸節(jié)工作區(qū)。否則，會(huì)導(dǎo)致曲軸止推軸承負(fù)荷過大。如果要保證柴油機(jī)熱機(jī)狀態(tài)時(shí)曲軸仍具有端面間隙，則需在冷態(tài)時(shí)就應(yīng)該留有足夠的間隙。

遠(yuǎn)距離安裝的主發(fā)電機(jī)的輸入軸位置通常都比柴油機(jī)曲軸高。這樣就可以補(bǔ)償垂直方向的熱膨脹，飛輪下垂以及主軸承油膜對(duì)曲軸的提升作用。這些因素使曲軸和主發(fā)電機(jī)輸入軸的相對(duì)位置在靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)行狀態(tài)之間發(fā)生變化。

測(cè)量時(shí)柴油機(jī)與主發(fā)電機(jī)兩部分最好一同旋轉(zhuǎn)。這樣可以消除千分表上因部件圓度不同造成的誤差。由于彈性聯(lián)軸器會(huì)造成錯(cuò)誤的讀數(shù)，因此在對(duì)中時(shí)主發(fā)電機(jī)要從柴油機(jī)上斷開。檢查對(duì)中時(shí)必須每90 度一個(gè)間隔進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)。

2.5 電機(jī)法蘭加工精確

加工精確低的法蘭會(huì)造成明顯的不對(duì)中性，也不可能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的對(duì)中。

2.6 調(diào)整墊片

所有設(shè)備下的墊片的厚度最好是可選配的，防止在以后的調(diào)整中需要減少墊片時(shí)沒有合適的墊片可用。墊片組應(yīng)由防銹材料制成，并應(yīng)小心裝卸。

2.7 千分表

千分表可以測(cè)量到非常小的距離變化。進(jìn)行軸的對(duì)中時(shí)，需要測(cè)量由于偏移而產(chǎn)生的微小距離的變化。千分表的安裝必須牢靠，這樣才能準(zhǔn)確測(cè)出對(duì)中值。千分表計(jì)數(shù)可以使用以下圖來快速檢查。

快速檢查法需讀數(shù)B+D 應(yīng)等于C。當(dāng)檢查對(duì)軸系中性時(shí)，將柴油機(jī)和主發(fā)電機(jī)軸一起旋轉(zhuǎn)，這種方法得到的測(cè)量值是有效的。

在做任何測(cè)量或校正之前，所有的被測(cè)表面及配合表面必須完全干凈，無潤滑脂、油漆、氧化物或銹蝕和臟物，所有這些均可能造成測(cè)量不準(zhǔn)確。

3 不正確的對(duì)中情況

不正確的軸系對(duì)中包括面不對(duì)中和軸不對(duì)中，為消除以上不良對(duì)中，需要在組裝時(shí)很精確的測(cè)量各連接件的端面跳動(dòng)及徑向跳動(dòng)。端面跳動(dòng)是指輪緣端面偏離軸中心線垂直線的距離；徑向跳動(dòng)是指驅(qū)動(dòng)輪的中心平行偏離軸中心線的距離。不正確的對(duì)中會(huì)造成圖1和圖2所示的情況。

4 該柴油發(fā)電機(jī)組的對(duì)中情況

在該柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮影響軸系對(duì)中的因素，并針對(duì)影響因素制訂解決方案。

在柴油發(fā)電機(jī)組組裝測(cè)量時(shí)，將柴油機(jī)曲軸徑向間隙量計(jì)算在內(nèi)，消除因冷機(jī)狀態(tài)下對(duì)中引起的軸向?qū)χ杏绊懸蛩亍２⒃诮M裝各連接件時(shí)，每次分別測(cè)量各件的徑向跳動(dòng)和端面跳，保證其在要求的范圍內(nèi)。為了消除柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的反扭矩，專門為該柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)了有較好剛度的公用底架，并運(yùn)用力學(xué)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析并計(jì)算共用底架上的載荷分布情況及底架在正常運(yùn)用中的變形趨勢(shì)，選定合適底架截面形式，從而很好的消除了反扭矩對(duì)公用底架產(chǎn)生變形影響，保證了良好柴油發(fā)電機(jī)組的軸系對(duì)中。

高精度機(jī)加工電機(jī)法蘭，并經(jīng)對(duì)主發(fā)電機(jī)軸與電機(jī)法蘭軸錐配合計(jì)算，保證柴油機(jī)扭矩的傳遞可靠；并在組裝過程中焊接用于微調(diào)的工藝裝備，用于組裝對(duì)中時(shí)的微量調(diào)節(jié)。在組裝測(cè)量前，經(jīng)過正規(guī)檢測(cè)中心對(duì)千分表進(jìn)行校核，消除因測(cè)量器具本身的不準(zhǔn)確而引起的誤差。為了進(jìn)一步驗(yàn)證對(duì)中情況，在柴油機(jī)與主發(fā)電機(jī)組裝完成后，對(duì)柴油機(jī)軸向竄動(dòng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

4 結(jié)論

不正確的對(duì)中將會(huì)造成過大的振動(dòng)，從而縮短柴油機(jī)和主發(fā)電機(jī)的軸承以及聯(lián)接件的使用壽命，而且經(jīng)常需要重新對(duì)中，情況嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成曲軸斷裂等情況，故好的柴油發(fā)電機(jī)組軸系對(duì)中在高速柴油機(jī)與雙軸承主發(fā)電機(jī)聯(lián)接設(shè)計(jì)時(shí)非重要。

該柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行至今，運(yùn)行情況良好，從未發(fā)生過因軸系對(duì)中引起的故障，故該柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)中聯(lián)接設(shè)計(jì)可靠。

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