重水供應系統重水泵聯軸器對中分析

李平原

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

重水供應系統重水泵聯軸器對中分析

李平原

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

重水供應系統重水泵是燃料操作系統的重要的核心設備，在重水堆機組中占有重要的地位，直接關系到反應堆的功率正常與否，甚至影響到核安全這條生命線。重水泵電機通過聯軸器與泵體相連，且聯軸器對中時偏移情況比較復雜。考慮到電機和齒輪箱聯軸器的外觀尺寸及裝配空間的限制，使用“百分表+量塊法”來實現重水泵聯軸器的對中。重水泵聯軸節對中的過程，并根據現場實際情況分析了影響對中精度的因素及其控制方法。

重水泵；聯軸器；對中；百分表；量塊

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.57

1 問題的提出

裝卸料機重水供應系統是重水堆機組重要的系統，其功能是為裝卸料機提供高壓重水，在保障裝卸料機內乏燃料冷卻的同時，提供裝卸料水回路操作的動力。重水泵是整個系統的核心部件，每臺泵能夠提供的最小流量為4.54 L/s，壓力高達18.62 MPag。重水泵是3缸式、立式柱塞，每臺泵轉速為360 r/min，由1臺147 kW，轉速為1800 r/min的電機通過聯軸器與減速齒輪箱驅動（圖1）。在機組停堆大修期間，會對重水泵進行解體檢修，聯軸器對中是重水泵檢修最后一道重要工序。檢修程序中要求聯軸器軸向同軸度在0.05 mm以內，徑向偏差不能超過0.23 mm，且該數據需系統工程師見證，是質量見證點。若重水泵聯軸器在回裝時對中狀態不夠精確，則可能會對聯軸器產生較大的應力，泵軸、軸瓦、軸承和聯軸器產生附加載荷，從而使泵體震動較大，軸承、軸瓦等轉動部件磨損加劇，運行噪音較高，壽命降低，嚴重時還會造成疲勞斷裂事故。因此，重水泵聯軸節的對中是直接關系到重水泵能否投入運行的關鍵步驟。

圖1 重水泵機械結構

2 重水泵與電機聯軸器的對中

2.1 重水泵聯軸器的類型

聯軸器俗稱靠背輪或對輪[1]，是用來聯接不同機構中的兩根軸，使之共同旋轉并傳遞扭矩和運動的部件。聯軸器由兩部分組成，分別與主動軸和從動軸聯接，是機械軸系傳動最常用的聯接部件。重水泵與電機之間的聯軸器是齒式聯軸器，是沒有彈性元件的撓性聯軸器中的一種。該聯軸器在傳遞運動、扭矩的同時，還具有一定的軸向、徑向和角向的補償能力。

2.2 重水泵聯軸器對中時不同的偏移情況

重水泵聯軸器對中的目的是盡可能使電機軸與泵軸的中心線在同一條直線上，即兩半聯軸器處于同軸且平行的位置。但是，重水泵聯軸器的軸向、徑向可能會出現偏差、傾斜，因此，聯軸器的對中情況可能會有4種情形（圖2），其中，s1、a1表示在兩半聯軸器上方（即 0°）軸向間隙、徑向間隙；s3、a3則表示在兩半聯軸器下方（即 180°）軸向間隙、徑向間隙。

圖2 聯軸器對中時偏移情況分析

（1）電機軸和泵軸的中心線處在同一條直線上，兩半聯軸器端面相互平行，處于平衡位置。此時，s1=s3，a1=a3。

（2）電機軸和泵軸的中心線之間有徑向位移e，但兩半聯軸器端面仍相互平行，不是處于平衡位置。此時，s1=s3，a1≠a，e=（a3-a1）/2。

（3）電機軸和泵軸的中心線相交與電機軸聯軸器的中心點上，兩半聯軸器端面相互不平行。此時，s1≠s3，a1=a3兩軸的中心線間夾角為α。

（4）電機軸和泵軸的中心線相交，但交點卻不在電機軸聯軸器中心點上，兩半聯軸器端面相互不平行。此時，s1≠s3，a1≠a3；這時兩軸的中心線既有徑向位移e又有夾角α。

聯軸器對中狀態處在后3種情況時，都不滿足使用要求，均需要進行對中操作。

2.3 重水泵聯軸器對中

文獻[2]中介紹了利用直尺和塞尺分別測量聯軸器的徑向位移和角位移、利用中心卡及千分表測量聯軸器的徑向間隙和軸向間隙的方法。但重水泵泵軸與電機軸聯軸節之間的軸向間距＜3 mm，空間過小無法安裝百分表，只能使用量塊測量聯軸器的軸向偏差。而徑向偏差則使用百分表測量，測量操作時需要一塊百分表，并把百分表安裝在一個特制的對中專用表架上（圖3）。

圖3 重水泵對中百分表表架

2.3.1 確定調整基準

重水泵的泵體在機組初始安裝時已經安裝到位、并找平，重水泵的電機也基本安裝到位，因此在重水泵聯軸節對中時測量和調整都必須以泵體的輸入軸為基準，把電機的輸出軸作為待定軸。即通過調節電機位置得微調，使得兩聯軸器的徑向偏差和軸向偏差在允許范圍內。

2.3.2 安裝百分表

先將百分表的專用表架固定在電機輸出軸的聯軸器上面，然后將百分表安裝在表架上（圖4），并用鎖緊螺釘擰緊鎖住。但需注意鎖緊螺釘不能擰的過緊或過松，擰緊的程度要求是既要保證百分表不能松動，也要保證百分表的測量觸頭能夠自由伸縮移動，同時要調整百分表的位置，使得百分表觸頭與測量點垂直，移動百分表觸頭放松后百分表指針能夠自由且迅速回到先前的刻度。

圖4 重水泵對中百分表安裝效果

2.3.3 測量并記錄重水泵聯軸器的對中狀態

測量時，首先在聯軸器正上方（定義為0°）使用百分表分測量徑向讀數a1，為了方便數據計算和分析，把0°方位的百分表讀數調整為零，即a1=0；同時使用量塊測量兩半軸連器的軸向間距s1。然后工作方向同時勻速轉動兩半聯軸器，每轉90°讀一次百分表讀數并用量塊測量軸向間距，把數據填到記錄圖中（圖5）。圓外記錄徑向讀數a1～a4，圓內記錄軸向間距s1～s4，當聯軸器轉回到零位時，檢查百分表讀數是否與初始位置百分表讀數一直，若讀數一致，需要檢查原因并消除后按照上述步驟重新測量并記錄。在兩半聯軸器在轉動的過程中，最后測得的數據應符合a1+a3=a2+a4，s1+s3=s2+s4；即數據有效性法則。如不符合該法則，則需要查找原因并消除。

圖5 數據記錄

2.3.4 重水泵聯軸器對中狀態分析和計算、調整

根據上述步驟記錄的軸向間隙和徑向間隙來分析重水泵聯軸器對中偏移情況，視偏移情況進行調整。一般調整時，先通過增減電機4個支腳的墊片調節聯軸器軸向間隙，使兩半聯軸器的端面平行，然后在水平方向上移動電機位置調整徑向間隙，使兩半聯軸器同軸。為提高對中效率，可以先近似計算，確定在電機支腳下應增減的墊片厚度。

以兩軸的中心線既有徑向位移e又有夾角α的情況為例，介紹重水泵聯軸器對中時的計算和調整方法（圖6），圖中Ⅰ為泵輸入軸，Ⅱ為電機輸出軸，此時s1＞s3，a1＞a3，單位均是 mm。

（1）調節使兩半聯軸器平行：由圖6a可知，為使兩半聯軸器平行，需要在重水泵電機支腳2處添加厚度為x的墊片[3]。根據圖6a中2個陰影的相似三角形的比例關系求出x。由x/L=b/D，可得x=bL/D，其中，b=s1-s3；D是聯軸器的計算直徑；L為電機縱向支腳的間距。

此時，軸Ⅱ將會以支腳1為支點發生微小轉動。這時，兩半聯軸器的端面雖然平行了，但是軸Ⅱ聯軸器的中心卻下降了y，如圖6b所示。同樣利用圖6b中2個陰影的相似三角形的比例關系求出。由y/l=x/L，可得y=xl/L=（bL/D）l/L=bl/D，其中，l為支腳 1 到半聯軸器測量平面之間距離[3]。

（2）調節使兩半聯軸器平行：由于a1＞a3，其初始徑向位移量e=（a1-a3）/2，而第一步調整時聯軸器中心的徑向位移量增加了y。所以，要使兩半聯軸器同軸，則需要在電機的兩個支腳處同時添加厚度為y+e的墊片[3]。

綜上所述，為使兩個半聯軸器的軸線完全同軸，需要在電機的支腳1處添加厚度為y+emm的墊片，支腳2底處添加厚度為x+y+e的墊片[3]（圖 6c）。

如聯軸器在水平方向2個位置測得的徑向間隙和軸向間隙的差值很大時，則可以將電機的位置在水平方向作適當的調整。全部調整好后，必須在偏差范圍內滿足條件：同軸度≤0.05 mm，軸向偏差≤0.23 mm。

圖6 聯軸器找正計算和加調整墊方法

3 重水泵對中的誤差分析

用百分表可以精確地實現重水泵聯軸器的對中，但同時也存在一定的誤差因素，需根據現場的實際情況加以分析并控制。

（1）百分表選取或初始測點設置不當。百分表選取時需要選擇量程合適的百分表，初始測點設置在量程中點附近。否則可能會使表針在測量過程中出現卡死或懸空，致使測量結果不準確。解決的辦法可以選擇量程較大的百分表，并將零點設置在量程中間位置，可以多次測量，選取重復性和穩定性較好且能夠較好滿足數據有效性法則的一組數據。

（2）軸承徑向跳動以及過大的軸承余隙。若測量數據中，有不能通過改良表架結構來消除不符合數據有效性原則的現象，從消除對中測量影響的角度，可以先測量軸承的跳動或在每一個測點都把主軸朝一個方向推動，使其緊靠軸承座來消除影響[4]。

（3）對中時聯軸器轉動角度不準確。數據測量一般要求在聯軸器上4個均布的測點測量讀數，但實際測量時往往不能在4個角度上準確定位，測點可能偏離理論位置，若偏離5°～10°，導致的百分表讀數相對誤差可達到10%～15%[4]。為了降低該誤差，需事先在聯軸節4個均布的測點做出標記，且緩慢轉動，保證每次測量時能夠準確地停在標記的位置。

（4）百分表測頭與測量面不垂直。在測量過程中，百分表測頭因表架結構等原因會與測量面不垂直，致使百分表讀數大于實際值。因此，測量時需要首先用直角尺百分表的測桿與聯軸器被測表明垂直，然后進行后續測量。

如果不注意消除上述主要的誤差因素的影響，實際的測量結果將嚴重偏離真實值，可能出現較大偏差。

4 總結

通過對上述對中方法的詳細分析，找到了一種快速有效的對中方法，并應用于重水泵的檢修實踐中，為現場檢修工作提供了強有力的理論支撐。兩軸對中越精確，機械設備的運轉工況愈好，使用壽命愈長。

［1］曹文海.聯軸器找正的方法和步驟［J］.問題探討，2008，17（7）:51-52.

［2］馬曉軍，江大偉.聯軸器找正時的測量方法［C］.第七屆中國鋼鐵年會論文集，2009.

［3］孫愛萍，趙博龍，范喜頻.旋轉設備安裝中聯軸器的找正與對中［J］.石油化工建設，2009（12）:72-73+75.

［4］范安全，杜麗瓊.百分表對中法的誤差分析與控制［J］.風機技術，2007（6）:50-53.

TH17

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〔編輯 凌 瑞〕