1 引言
在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的大型設(shè)備的運(yùn)行過程中，聯(lián)接聯(lián)軸器的軸系不對中是產(chǎn)生設(shè)備振動(dòng)和各部分零件損壞的原因之一，為了減少設(shè)備的振動(dòng)和保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，要對聯(lián)接設(shè)備的聯(lián)軸器的兩軸系的對中進(jìn)行調(diào)整，聯(lián)接聯(lián)軸器的兩軸系對中精度越高，設(shè)備零件的使用壽命就越長，但由于大型設(shè)備非常笨重，體積龐大，調(diào)整聯(lián)接聯(lián)軸器的兩軸對中是非常很困難而精細(xì)的工作，本文以我們的客戶使用的透平機(jī)組為例來分析一下機(jī)組對軸系對中的問題。
2 機(jī)組聯(lián)軸器介紹
本機(jī)組是某化工廠14000m3/h大型空分裝置配套機(jī)組，它的作用是為空分裝置提供原料空氣。電機(jī)采用同步電機(jī)，其轉(zhuǎn)速為3000r/min。該機(jī)組是由沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠制造的。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1，電機(jī)是通過一個(gè)長2490mm的齒式聯(lián)軸器向壓縮機(jī)傳輸扭矩。為方便機(jī)組與聯(lián)軸器的對中，廠家隨機(jī)配備聯(lián)軸器對中的專用工具，稱之為假軸（圖2）。它是一個(gè)一端焊接法蘭的無縫鋼管，使用時(shí)假軸通過法蘭與基準(zhǔn)軸相聯(lián)接，另一端架表來調(diào)整電機(jī)主軸與壓縮機(jī)主軸的對中�？紤]到假軸與基準(zhǔn)軸連接后是一個(gè)一端固支的懸臂梁，廠家在假軸上給了一個(gè)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(dòng)值：0±0.025mm
端面軸向跳動(dòng)值：0±0.025mm
目標(biāo)值：0±0.01mm
端面：B、C兩平面的端面軸向跳動(dòng)值調(diào)整在0±0.025mm以內(nèi)。徑向：考慮假軸撓度和機(jī)組溫度補(bǔ)償值（由于在冷態(tài)找正，考慮到機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)后溫度升高而發(fā)生的機(jī)組本體的熱脹），旋轉(zhuǎn)中心E比旋轉(zhuǎn)中心F低一個(gè)撓度值（m）減一個(gè)溫度補(bǔ)償量（n）,即h=m－n，如圖3。 這樣拆下假軸安裝上聯(lián)軸器后，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)主軸端面與壓縮機(jī)電機(jī)主軸端面事實(shí)上存在一個(gè)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(jī)組，尤其是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的透平機(jī)組的找正是很復(fù)雜的，現(xiàn)只分析其聯(lián)軸器對中這一部分。大型機(jī)組聯(lián)軸器對中一般步驟如下：
（1）首先確定一臺(tái)找正完了的機(jī)器主軸為基準(zhǔn)軸。
（2）調(diào)節(jié)另一臺(tái)機(jī)器的主軸與基準(zhǔn)軸的徑向跳動(dòng)度和端面誤差在機(jī)組要求的范圍之內(nèi)。
在本例中，由于電機(jī)與壓縮機(jī)之間有一很長的聯(lián)軸器，它的對中是通過將假軸一端裝在基準(zhǔn)軸（電機(jī)軸）上來找正壓縮機(jī)主軸的對中。當(dāng)把假軸裝到基準(zhǔn)軸上，假軸另一端架百分表對壓縮機(jī)主軸找正時(shí)，考慮了由于假軸的撓度而產(chǎn)生的誤差，而忽視了假軸B端旋轉(zhuǎn)平面與A端主軸端面有一個(gè)角度a，如圖3所示，當(dāng)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(gè)a角度。因此當(dāng)取下假軸裝上聯(lián)軸器后會(huì)出現(xiàn)電機(jī)主軸端面與壓縮機(jī)電機(jī)主軸端面事實(shí)上的上開口。造成端面誤差變大。
4 處理方法
考慮轉(zhuǎn)角的影響，根據(jù)撓度值計(jì)算出假軸的轉(zhuǎn)角。計(jì)算方法如下：
根據(jù)材料力學(xué)，只考慮自身重量的懸臂梁可看作是一個(gè)均布載荷的懸臂梁，如圖4。
根據(jù)材料力學(xué)，懸臂梁的撓曲線方程為（推導(dǎo)過程省略）：
f=－(x2－4lx+6l2)qx2/24EI (1)
在自由端（x=L時(shí)）撓度最大,轉(zhuǎn)角最大。即
最大撓度¦max=－qL4/(8EI) (2)
最大轉(zhuǎn)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(shí)即為定值）
I——慣性矩（截面）（幾何形狀一定時(shí)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(diǎn)的撓度，mm
a——懸臂梁上任意一點(diǎn)的轉(zhuǎn)角，rad
由廠家給的撓度值¦=1.3mm，可以計(jì)算出最大轉(zhuǎn)角：
amax=4¦max/3l
=4×1.3/（3×2490）
=0.0007rad
壓縮機(jī)主軸端面直徑為d= 300mm ,因a max角較小sin amax≈a max，因此，壓縮機(jī)主軸端面與聯(lián)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(dòng)下部比上部多一個(gè)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(shí)增加了轉(zhuǎn)角的內(nèi)容，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)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(gè)角度，且角度開口方向是向下的，根據(jù)上面的計(jì)算這個(gè)角度大約是a角�？紤]到機(jī)組的溫度補(bǔ)償，調(diào)節(jié)使壓縮機(jī)主軸向上偏移h值，這樣就保證了壓縮機(jī)主軸與基準(zhǔn)軸（電機(jī)主軸）的徑向跳動(dòng)度和軸向偏差要求,如圖5。
5 結(jié)論
通過這次對中的實(shí)際運(yùn)用，得出在有長聯(lián)軸器的大型機(jī)組，尤其是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的透平機(jī)組的對中過程中，雖然對中專用工具轉(zhuǎn)角很小（本例為0.0007rad），但由其引起的端面跳動(dòng)誤差不容忽視（本例為端面軸向上、下跳動(dòng)值相差Δx=0.21mm，比機(jī)組允許值0±0.025mm要大近10倍）。在大型機(jī)組安裝過程中要考慮到轉(zhuǎn)角的影響。這對于提高對中精度、保障機(jī)組安裝質(zhì)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(chǎn)運(yùn)行以來，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，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(xué)》(上冊)第225頁，它們是通過懸臂梁的撓曲線微分方程推導(dǎo)的，在這里就不一一推導(dǎo)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] HGJ206-92 化工機(jī)器安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（離心式壓縮機(jī)）
[2] HGJ203-83 化工機(jī)器安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（通用規(guī)定）
[3] 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社,1992.9.
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