風力發電機組聯軸器對中方法研究

孫樂樂

（國電聯合動力技術有限公司，北京 100039）

風力發電機組聯軸器對中方法研究

孫樂樂

（國電聯合動力技術有限公司，北京 100039）

針對風力發電機組聯軸器兩軸之間的相對位移難以避免的情況，對聯軸器的4種安裝情況進行了分析，介紹了聯軸器的對中方法，對中調整計算采用了三步法，大大提高了對中精度，保證了設備的安全運行。

風力發電機組；聯軸器；設備裝配；軸線

在風力發電機組中，聯軸器的作用是把齒輪箱高速軸與發電機輸入軸聯為一體，實現同軸回轉。與其他旋轉設備相同，由于客觀存在安裝誤差，會出現兩根軸的中心線不在同一軸線上的情況。在設備裝配時，聯軸器調整精度直接影響到動力傳遞的效率和設備的使用壽命，所以，聯軸器在安裝過程中必須按照要求精確對中。選擇正確的對中方法，對于提高維護質量，保障風力發電機組安全運行具有重要的意義。

1 聯軸器對中時可能具有的連接狀態

在風力發電機組中進行對中時，齒輪箱側半聯軸器和發電機組側半聯軸器在軸向、徑向和角向通常會發生一定的偏差，對可能發生的情況進行分析有利于對聯軸器對中，一般聯軸器安裝時有以下4種情況，具體如下。

1.1 齒箱側端面與發電機側端面平行

在工程實踐中，理想的對中狀態只是有可能出現，但出現的可能性極小，一般視理想的對中狀態為非實際狀態。此時，齒箱側聯軸器端面與發電機側聯軸器端面平行，且兩軸線位于一條直線上，如圖1所示。

圖1 兩端面平行、兩軸線共線

在理想的對中狀態下，a1=a2，r1=r2.

1.2 聯軸器端面平行，兩軸線不同軸

齒箱側聯軸器端面與發電機側聯軸器端面平行，但是兩軸線不同軸，如圖2所示。此時，a1=a2，r1≠r2，兩軸線之間在徑向方向有平行的徑向位移，即e=（r2－r1）/2.

1.3 端面不平行，兩軸線相交于聯軸器中心

齒箱側聯軸器端面與發電機側聯軸器端面不平行且兩軸線相交，相交點在發電機側聯軸器中心，如圖3所示。此時，a1≠a2，r1=r2，兩軸線有角度位移α.

圖2 兩端面平行、兩軸線不同軸

圖3 兩端面不平行、兩軸線相交于發電機側聯軸器中心

1.4 端面不平行，軸線相交，交點不在中心

齒箱側聯軸器端面與發電機側聯軸器端面不平行且兩軸線相交，相交點不在發電機側聯軸器中心，如圖4所示。此時，a1≠a2，r1≠r2，此時，兩軸線既有徑向位移e，又有角度位移α.在風力發電機組聯軸器對中過程中，這種情況最常見。

圖4 兩端面不平行且兩軸線相交，相交點不在發電機側聯軸器中心

2 聯軸器對中方法分析

當風力發電機組中聯軸器處于上述三種狀態時，會使齒輪箱和發電機在轉動中的振動增大，直接影響其使用壽命和傳遞效率。因此，在初裝對中時，對中精度必須嚴格保證，將相對位移控制在可接受的范圍內。當判斷出聯軸器對中誤差不合格時，就需要調整聯軸器所聯接的兩臺機器。一般是調整兩臺機器中易于調整的一臺機器（可動機器），而讓另一臺機器保持不動（靜止機器）。對于風力發電機組而言，往往齒輪箱作為靜止機器，發電機側在固定之前，作為可動機器，均安裝在風機機艙內的機架上。聯軸器的對中測量方法很多，主要有直尺法、雙表法、三表法和激光對中法等。

2.1 直尺法

通常情況下，用直尺測量聯軸器端面軸向方向上端面上對稱的兩個點（在端面方向上相隔180°）的距離，比如兩端面平行、兩軸線共線時的a1和a2；徑向方向上端面4個點（4個點在端面上相隔90°）距離固定平面的距離，如圖1中的r1和r2，此外，兩個點r3和r4在圖1中未顯示。

通過測量以上點，可以對聯軸器軸向位移、徑向位移和角度位移進行計算。由于這種方法簡單、誤差比較大，對風力發電機組聯軸器進行對中時，往往只進行粗調整，以確保軸向偏差在要求范圍內。

2.2 雙表法

通常情況下，用兩個千分表分別測量聯軸器的徑向和端面上的數值，對測量的數據進行分析，確定兩軸在空間中的位置，確定出調整方向和調整量。通常以風機齒箱側為實施參照基準，在齒箱側半聯軸器上裝上夾具及千分表，使千分表的觸頭指向發電機側半聯軸器的外圓及端面，如圖5所示。測量時，每隔90°測量一組數據，測出上、下、左、右四處的徑向、軸向四組數據。

圖5 雙表法

2.3 三表法

眾所周知，大型機組其轉子在轉動時都會發生一定的軸向位移，在機組的聯軸器對中時，我們無法應用“雙表法”來滿足調整對中的要求，“三表法”因此產生。與雙表法的不同之處是在端面上用兩個千分表測量，兩個千分表與軸中心等距離對稱布置，用以消除軸向竄動對端面讀數的影響。

2.4 激光法

激光對中法的原理是激光發射器與激光接收器替代傳統千分表分別固定在聯軸器的兩邊，激光束從激光發射器中發出，打在激光接收器CCD感應面上，形成光斑，通過接收器的數據采集，可以確定此光斑的激光能量中心點。隨著軸的轉動，光束能量中心點也在接收器CCD感應面上產生位移。根據這種位移量計算出兩軸間的徑向位移及角度位移，并基于基本的三角幾何原理，自動給出發電機前腳和后腳的調整值和墊平值。

3 風力發電機組聯軸器的對中調整計算

雖然聯軸器的對中方法很多，但任何方法都是由三步構成：①第一步調整。粗調整。②第二步調整。使齒箱側聯軸器端面與發電機側聯軸器端面不平行，但兩軸線相交，相交點在發電機側聯軸器中心；③第三步調整。使齒箱側聯軸器端面與發電機側聯軸器端面平行且兩軸線共線。

3.1 第一步調整

所謂“粗調整”，即齒輪箱作為靜止機器，發電機側作為可動機器在固定之前，用直尺法測量聯軸器兩端面的情況，使軸向偏差在要求范圍內，同時，調整發電機側支點的高度，肉眼觀察沒有明顯傾斜即可，粗調整后如圖6所示。

圖6 粗調整后狀態

3.2 第二步調整

先消除聯軸器的高差，即調整齒箱側聯軸器端面與發電機側聯軸器端面不平行，但兩軸線相交，相交點在發電機側聯軸器中心，如圖7所示。通過調整發電機側支點D和E的高度，兩點同時調整的高度為r.

圖7 兩端面不平行且兩軸線相交，相交點不在發電機側聯軸器中心

3.3 第三步調整

使齒箱側聯軸器端面與發電機側聯軸器端面平行且兩軸線共線，如圖8所示。通過調整發電機側支點D和E的高度，E支點調整的高度比D支點調整的要大。

圖8 兩端面不平行且兩軸線相交，相交點不在發電機側聯軸器中心

3.4 調整量的計算

根據第一步和第二步的調整，第三步調整后的狀態如下。

發電機側支點D調整量：

式（1）中：AC為發電機側半聯軸器外徑；FG為發電機側前固定支點D到半聯軸器端面的距離。

發電機側支點E調整量為：

式（2）中：AC為發電機側半聯軸器外徑；FH為發電機側前固定支點E到半聯軸器端面的距離。

4 結論

聯軸器是風力發電機組中的一個重要的零件。為了合理進行對中，并給風力發電機組現場對中提供研究依據，通過介紹聯軸器的幾種對中方法，并采用三步法分析了聯軸器的對中調整計算，為機組的安全、平穩運行奠定了良好基礎。

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TH133.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.02.029

2095－6835（2018）02－0029－03

孫樂樂（1987—），男，碩士，工程師，任職于國電聯合動力技術有限公司/風電設備及控制技術國家重點實驗室，主要從事兆瓦級風電機組部件的結構設計與分析。

張思楠〕