聯(lián)軸器單表對中法的實用創(chuàng)新
——幾何計算法原理及實例介紹

鄭順賢 張九靈 陳言華

中石化第十建設(shè)有限公司 山東青島 266555

單表對中找正法是利用百分表支架和一塊百分表，安裝在相鄰兩半聯(lián)軸器上，轉(zhuǎn)動兩軸分別測出對應(yīng)聯(lián)軸器上的徑向位移偏差（或用兩組百分表支架同時得出兩組讀數(shù)），得出兩組實際的百分表讀數(shù)。根據(jù)百分表讀數(shù)，可用計算法、作圖法、幾何計算法，確定軸設(shè)備前、后支座的調(diào)整方向和調(diào)整量。通過調(diào)整軸設(shè)備前、后支座，使機組軸系達(dá)到對中要求。

1 單表對中找正前的準(zhǔn)備工作

單表對中百分表及表架安裝示意圖如圖1 所示。

圖1 單表對中百分表及表架安裝示意圖

（1）讀取A 半聯(lián)軸器法蘭外圓上的百分表讀數(shù)。聯(lián)軸器法蘭端面上安裝百分表架，百分表表針指在A 半聯(lián)軸器法蘭上，同時轉(zhuǎn)動兩邊的半聯(lián)軸器法蘭，在0°、90°、180°、270°等4 個方位處分別記錄百分表的讀數(shù)a1、a2、a3及a4。

（2）讀取B 半聯(lián)軸器法蘭外圓上的百分表讀數(shù)。將百分表架及百分表從B 轉(zhuǎn)子上拆下，裝到A 半聯(lián)軸節(jié)法蘭上測量B 半聯(lián)軸節(jié)法蘭外圓，同時轉(zhuǎn)動兩邊的半聯(lián)軸器法蘭，記錄0°、90°、180°、270°等4 個方位處的百分表讀數(shù)b1、b2、b3及b4。

（3）復(fù)核A、B 半聯(lián)軸節(jié)法蘭外圓上百分表讀數(shù)的正確性，對測得的數(shù)據(jù)進行校核。A、B 半聯(lián)軸節(jié)法蘭轉(zhuǎn)動一圈再回到360°(即0°) 方位時，A、B 半聯(lián)軸節(jié)法蘭外圓上的百分表指針應(yīng)回零位；a1+a3=a2+a4，b1+b3=b2+b4。公式兩邊的偏差在0.03mm 內(nèi)為合格，如偏差超出0.03mm，則表明A、B 半聯(lián)軸器法蘭外圓上的百分表讀數(shù)測量有誤差。應(yīng)找出誤差原因并重新測量，直到符合要求為止。

2 單表對中公式法計算及調(diào)整

首先，測出圖2 中D、Y、Z的值。

圖2 單表對中計算法尺寸示意圖

再測出聯(lián)軸器處的實際偏差數(shù)據(jù)a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4，并按公式（1—4）計算百分表讀數(shù)的代數(shù)和。

式中：A垂——兩機器在垂直方向百分表讀數(shù)的代數(shù)和，mm；

B垂——基準(zhǔn)軸在垂直方向百分表讀數(shù)的代數(shù)和，mm；

A水——兩機器在水平方向百分表讀數(shù)的代數(shù)和，mm；

B水——基準(zhǔn)軸在水平方向百分表讀數(shù)的代數(shù)和，mm。

按公式（5—8）計算前后支腳的調(diào)整量。

式中：Ly垂——機器在y支腳處垂直方向的調(diào)整值，mm；

Cy——調(diào)整軸（A軸）y支腳中心與基準(zhǔn)軸（B軸）半聯(lián)軸器上百分表讀數(shù)平面間的距離Y和兩百分表讀數(shù)平面間的距離D之比（Y/D）；

Lz垂——機器在z支腳處垂直方向的調(diào)整值，mm；

Cz——調(diào)整軸（A軸）z支腳中心與基準(zhǔn)軸（B軸）半聯(lián)軸器上百分表讀數(shù)平面間的距離Z 和兩百分表讀數(shù)平面間的距離D之比（Z/D）；

Ly水——機器在y支腳處水平方向的調(diào)整值，mm；

Lz水——機器在z支腳處水平方向的調(diào)整值，mm。

軸設(shè)備前、后支腳調(diào)整量計算結(jié)果為正值時應(yīng)加墊，負(fù)值應(yīng)減墊，水平方向用調(diào)節(jié)螺釘左、右調(diào)整中心偏差。單表對中公式法可以精確計算出數(shù)值，但是比較抽象，不太容易理解，而且還需要仔細(xì)核對計算數(shù)據(jù)的正負(fù)號，在調(diào)整設(shè)備前、后支腳處加或減墊片、向左或右移動方向的辨別上容易產(chǎn)生混淆。

3 單表對中作圖法

單表對中的作圖法比較形象，調(diào)整軸設(shè)備前、后支腳垂直方向上加或減墊片、水平方向上左或右移動趨勢一目了然。單表對中的作圖法如圖3 所示。圖中橫坐標(biāo)表示A、B 兩半聯(lián)軸器法蘭外圓上測點之間的長度及調(diào)整軸設(shè)備前，以及后支腳到基準(zhǔn)軸A 的長度，每格數(shù)量級為mm。縱坐標(biāo)表示A、B 兩半聯(lián)軸器軸心線延長線上百分表讀數(shù)的差值，每格數(shù)量級為0.01mm。縱、橫坐標(biāo)刻度比例差別太大，所以從縱坐標(biāo)上按比例測量出的被調(diào)整軸設(shè)備前、后支腳處的調(diào)整量誤差會較大。

圖3 單表對中的作圖法

4 單表對中幾何計算法

幾何計算法把公式法和作圖法結(jié)合起來，突出了兩者的優(yōu)點，摒棄了兩者的缺點，既直觀又準(zhǔn)確。

4.1 單表對中幾何計算法找正實例、數(shù)據(jù)采集

以乙烯裝置中電機驅(qū)動的凝結(jié)水泵聯(lián)軸器對中為例，將凝結(jié)水泵作為調(diào)整基準(zhǔn)，標(biāo)記為A 軸，那電機就是調(diào)整設(shè)備，標(biāo)記為B 軸。下面用單表對中幾何計算法來調(diào)整電機B 軸的前、后支腳，使凝結(jié)水泵和電機兩軸達(dá)到技術(shù)文件所要求的對中狀態(tài)。

凝結(jié)水泵、電機半聯(lián)軸器法蘭A、B 端面距離D 為400mm，電機前支腳到電機半聯(lián)軸器法蘭B 端面的距離（L1）為900mm，電機后支腳到前支腳的距離（L2）為900mm。在凝結(jié)水泵半聯(lián)軸器法蘭A、電機半聯(lián)軸器法蘭B 上的百分表讀數(shù)如圖4 所示（已考慮表架撓度值)。

圖4 A、B半聯(lián)軸節(jié)法蘭外圓上的百分表讀數(shù)

4.2 電機軸心線在水平方向上與基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵軸心線的相對位置判斷及調(diào)整量計算

4.2.1 第一步

初步判斷調(diào)整軸電機軸心線在水平方向上與基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵軸心線的相對位置，根據(jù)A、B 半聯(lián)軸器法蘭外圓水平方向上的百分表讀數(shù)，判斷電機軸心線與凝結(jié)水泵軸心線在水平方向上的相對位置。

在半聯(lián)軸器法蘭A 水平方向的端面垂線上取左(270°)、右(90°) 百分表讀數(shù)差值的一半，即a4' / 2=(a4-a2)/ 2=(- 0.1+0.26)／2=0.08mm。由于該數(shù)為正值，說明電機軸線的延長線與半聯(lián)軸器法蘭A 水平方向的端面垂線交點在凝結(jié)水泵軸線右側(cè)(90°)。在圖5 的凝結(jié)水泵基準(zhǔn)線過半聯(lián)軸器法蘭A 點的端面垂線右方(90°)取點A'（+0.08）。

圖5 軸心線和凝結(jié)水泵基準(zhǔn)線在水平方向上的初始相對位置

在半聯(lián)軸器法蘭B 水平方向的端面垂線上取左(270°)、右(90°) 百分表讀數(shù)差值的一半，即b4' / 2=(b4-b2)/ 2= (0.07- 0.19)／2=- 0.06mm。由于該數(shù)為負(fù)值，說明電機軸線的延長線與半聯(lián)軸器法蘭B 水平方向的端面垂線交點在凝結(jié)水泵軸線右(90°)側(cè)。在圖5 的凝結(jié)水泵基準(zhǔn)線過半聯(lián)軸器法蘭B 點的端面垂線右方(90°)取點B' (- 0.06）。

連接這兩個點并延長成直線Y1-Y2，該Y1-Y2線即為電機的實際軸心線，在水平方向上電機軸心線和凝結(jié)水泵基準(zhǔn)線的相對位置一目了然。Y1-Y2線和凝結(jié)水泵基準(zhǔn)線在過支座F1點、F2點的垂線交點的距離(y1、y2）即為電機前、后支腳的調(diào)整量。

4.2.2 第二步

消除調(diào)整軸電機在基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵半聯(lián)軸器處水平方向上的徑向偏差，將Y1-Y2直線向左(270°)平行移動a4' / 2=(a4-a2)/ 2，使電機軸線通過基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵半聯(lián)軸器法蘭A 的中心，消除了調(diào)整軸電機在基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵半聯(lián)軸器處水平方向上的徑向偏差，如圖6 所示。把左移(270°)后通過A 軸線半聯(lián)軸器法蘭端面中心點的直線標(biāo)記為Y1' -Y2' 。

圖6 被調(diào)整軸電機徑向偏差消除后的兩軸示意圖

4.2.3 第三步

消除基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵與調(diào)整軸電機之間的水平方向上的軸向傾斜，在水平方向上向左或向右調(diào)整軸電機前、后支腳，使電機軸心線與基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵軸心線重合。依據(jù)相似三角形相似比原理計算出電機前支腳（F1）、后支腳（F2）與直線Y1' -Y2' 的交點距離y1' 、y2' ，F(xiàn)1、F2分別向右移動y1' 、y2' ，即可以使電機軸心線與凝結(jié)水泵軸心線重合。

被調(diào)整軸電機徑向偏差消除后的兩軸示意圖如圖6所示。直線Y1' -Y2' 與過F1、F2點的垂線形成多個相似三角形，△ABB＂∽△AF1F1＂∽△AF2F2＂，得到式（9）。

BB＂/AB=F1F1＂/AF1=F2F2＂/AF2（9）

其中BB＂=(a4' / 2+b4' / 2)，得到：

(a4' / 2+b4' / 2)/D=y1' / (D+L1)=y2' / (D+L1+L2)

計算出電機前支腳（F1）、后支腳(F2）與直線Y1' -Y2'的距離y1' 、y2' ：

y1' =(a4' / 2+b4' / 2)(D+L1)/D；

y2' =(a4' / 2+b4' / 2)(D+L1+L2)/D

其中：a4' / 2+b4' / 2 為代數(shù)和。

將F1、F2分別向右移動y1' 、y2' ，使電機軸心線與凝結(jié)水泵軸心線重合，電機與凝結(jié)水泵的聯(lián)軸器在水平方向上對中。

計算軸設(shè)備(電機)在水平方向上(F1)、(F2)的實際調(diào)整量。從圖5 中可以看出，F(xiàn)1、F2的實際調(diào)整量分別為y1、y2，調(diào)整量y'(右移量)減去a4' / 2(左移量)即得y1、y2。

y1=y1'(右移量)-a4' / 2(左移量)=(a4' / 2+b4' / 2)(D+L1)/D(右移量)-a4' / 2(左移量)

=[（a4-a2）+（b4-b2）]/ 2×1300/ 400(右移量)-（a4-a2）/ 2(左移量)

=[- 0.1+0.26）+（0.07- 0.19]/ 2×1300/ 400(右移量)-（- 0.1+0.26）/ 2(左移量)=- 0.015mm。

y2=y2'(右移量)-a4' / 2(左移量)=(a4' / 2+b4' / 2)(D+L1+L2)/D(右移量)-a4' / 2(左移量)

=[（a4-a2）+（b4-b2）]/ 2×2200/ 400(右移量)-（a4-a2）/ 2(左移量)=0.03mm。

y1=- 0.015mm，表示F1要向左移動0.015mm。

y2=0.03mm，表示F2向右移動0.03mm。

調(diào)整結(jié)果：整軸設(shè)備(電機)的F1在水平方向上向左(270°)a4側(cè)移動0.015mm，F(xiàn)2向右 (90°)a2側(cè)移動0.03mm。調(diào)整后，電機軸與凝結(jié)水泵軸在水平方向上在一條直線上，電機軸心線與凝結(jié)水泵基準(zhǔn)軸線兩軸心線示意圖如圖7 所示。

圖7 電機軸心線與凝結(jié)水泵基準(zhǔn)軸線兩軸心線示意圖

4.3 電機軸心線在垂直方向上相對于基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵軸心線的位置判斷及調(diào)整量計算

4.3.1 第一步

軸電機軸心線在垂直方向上相對于基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵軸心線的相對位置判斷，根據(jù)A、B 半聯(lián)軸器法蘭外圓垂直方向上的百分表讀數(shù)，判斷電機軸心線與凝結(jié)水泵軸心線的垂直方向上的相對位置。

在半聯(lián)軸器法蘭A垂直方向的端面垂線上取下(180°)、上(0°)百分表讀數(shù)差值的一半，即a3' / 2= (a3-a1)/ 2=(- 0.36- 0)／2=- 0.18mm。由于該數(shù)為負(fù)值，說明電機軸線的延長線與半聯(lián)軸器法蘭A垂直方向的端面垂線交點在凝結(jié)水泵軸線下側(cè)(180°)，在圖8 的過半聯(lián)軸器法蘭A點的端面垂線下方(180°)取點A'（- 0.18)。

圖8 電機軸心線和凝結(jié)水泵基準(zhǔn)線初始相對位置示意圖

在B半聯(lián)軸器法蘭垂直方向的端面垂線上取下(180°)、上(0°) 百分表讀數(shù)差值的一半，即b3' / 2=(b3-b1)/ 2=(0.26- 0)／2=0.13mm。由于該數(shù)為正值，說明電機軸線與B半聯(lián)軸器法蘭垂直方向的端面垂線交點在凝結(jié)水泵軸線延長線的下側(cè)(180°)，在圖8 的過半聯(lián)軸器法蘭B點的端面垂線下側(cè)(180°)取點B'（0.13）。

連接這兩個點并延長成直線X1-X2，即為電機的實際軸心線，其在垂直方向上和凝結(jié)水泵基準(zhǔn)線的相對位置一目了然。X1-X2線和凝結(jié)水泵基準(zhǔn)線在過F1、F2點的垂直線交點的距離(x1、x2）即為電機前、后支腳的調(diào)整量。

4.3.2 第二步

消除軸電機在基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵半聯(lián)軸器處垂直方向上的徑向偏差，將X1-X2直線向上(0°)平行移動a3' / 2=(a3-a1)/ 2，使電機軸線的延長線通過基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵聯(lián)軸器A的中心，消除了電機軸線在基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵半聯(lián)軸器處垂直方向上的徑向偏差，如圖9 所示。將電機軸線的延長線上移后通過A 軸線聯(lián)軸器端面中心點的直線標(biāo)記為X1' -X2' 。

圖9 被調(diào)整軸電機在基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵半聯(lián)軸器兩軸示意圖

4.3.3 第三步

消除基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵與被調(diào)整軸電機之間在垂直方向上的軸向傾斜，在垂直方向上調(diào)整F1、F2的墊片厚度，使電機軸心線與基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵軸心線重合。依據(jù)相似三角形相似比原理計算出F1、F2與直線X1' -X2' 的交點距離x1' 、x2' ，F(xiàn)1、F2分別向下(180°)移動x1' 、x2' 使電機軸心線與凝結(jié)水泵軸心線重合。

被調(diào)整軸電機在基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵半聯(lián)軸器兩軸示意圖見圖9。直線X1' -X2' 與過F1、F2點的垂線形成多個相似三角形，△ABB″∽△AF1F1″∽△AF2F2″，得到式（10）。

其中BB″=(a3' /2+b3' /2)，得到：

計算出F1、F2與直線X1' -X2' 的距離x1' 、x2' ：

其中：a3' / 2+b3' / 2 為代數(shù)和。

將F1、F2分別向下(180°)移動x1' 、x2' ，即減墊片，使電機軸心線與凝結(jié)水泵軸心線重合，電機與凝結(jié)水泵的聯(lián)軸器在垂直方向上對中。

計算軸設(shè)備(電機)在垂直方向上F1、F2的實際調(diào)整量x1' 、x2' 。

x1=0.02mm 表示F1在垂直方向上要加墊片0.02mm。

x2=- 0.1mm 表示F2在垂直方向上要減墊片0.1mm。

軸設(shè)備(電機) 的F1在垂直方向上向上(0°) 移動0.02mm（即加墊片），F(xiàn)2向下(180°)移動0.1mm（即減墊片）。這樣經(jīng)過調(diào)整后，電機軸與凝結(jié)水泵軸在垂直方向上就在一條直線上，如圖10 所示。

圖10 電機軸心線與凝結(jié)水泵基準(zhǔn)軸線垂直方向上兩軸心線示意圖

以上關(guān)于單表對中幾何計算法的舉例電機與凝結(jié)水泵軸系冷態(tài)對中值為0。很多機組在由冷態(tài)到熱態(tài)工況下其組成設(shè)備前、后支腳的膨脹量是不同的，機組要想在熱態(tài)工況下軸系達(dá)到理想對中狀態(tài)，一般在冷態(tài)時軸系要預(yù)留一定的不對中量。

5 結(jié)語

分析單表對中找正的公式法和作圖法的優(yōu)、缺點，創(chuàng)新性地推介了單表對中找正的幾何計算法。幾何計算法軸設(shè)備與基準(zhǔn)軸設(shè)備的聯(lián)軸器對中調(diào)整計算分二個步驟進行：第一步先消除軸電機在基準(zhǔn)軸凝結(jié)水泵半聯(lián)軸器處的徑向偏差；第二步消除基準(zhǔn)軸設(shè)備與軸設(shè)備之間的軸向傾斜，實際調(diào)整時可根據(jù)最后匯總結(jié)果一次調(diào)整到位。它集合了公式法和作圖法的優(yōu)點，簡單明了、實用性很強。在用單表法進行動設(shè)備聯(lián)軸器對中找正時優(yōu)先選用幾何計算法，可以提高對中找正的準(zhǔn)確率和施工效率。