臥式軸流泵軸線擺度調整研究及ProE三維仿真模擬

李辰霄,王志寰

(1.江蘇省秦淮河水利工程管理處，江蘇 南京 210022；2.江蘇省水利科學研究院，江蘇 南京 210017)

1 水泵軸線擺度及調整

1.1 水泵軸線擺度概念

水泵機組主要由固定部分和轉動部分組成[1]。當電機和水泵本體在運轉時，理想的狀態是轉動部分與固定部分重合在一條中心線上，但實際上，臥式泵軸在運行中由于重力和流態不穩造成的震動、軸與聯軸器連接過程中的制造公差、安裝后的累積誤差、電機磁拉力不均勻等原因，常會使泵組轉動部分的中心線不再圍繞著固定部分中心線運轉從而產生偏轉[2]，這種轉動偏差稱為軸線的擺度。在實際運行過程中，一般要求水泵機組固定部分和轉動部分在允許的設計偏差內運行。

1.2 水泵軸線調整原理

臥式水泵軸線調整原理及過程：首先，在上游側和下游側掛鋼琴線以泵殼、密封部件兩個固定點位置確定固定部分基準軸線，以此基準線調整上游側推力軸承座、下游側水導軸承套的位置，固定后即可安裝水泵本體及泵軸等轉動部分。然后，將聯軸器與固定好的水泵軸連接，用盤車的方式測量調整聯軸器的擺度[3]。最后，以聯軸器為基準，調整齒輪箱、電機的同軸度，完成水泵機組軸線及擺度的調整工作。

2 水泵軸線擺度調整及三維仿真

由前述水泵軸線擺度調整原理可知，水泵軸線擺度調整過程包括水泵基準軸線調整、水泵軸聯軸器擺度調整和齒輪箱、電機同軸度調整三個主要步驟，各步驟調整方法詳細介紹如下[4]。

2.1 水泵基準軸線調整與模擬

2.1.1 水泵基準軸線調整方法

為使轉動各部件的中心與固定部分中心重合先確定固定部分的兩個基準部件，用求心器和內徑千分尺測定兩固定件的中心線，以此條中心線為基準軸線，調整轉動部分的中心。基準軸線具體調整方法為：用耳機、干電池、電線與鋼琴線串聯成一個簡單的電流通路，再利用內徑千分尺，接通被測量的部件與鋼琴線之間的回路，然后用調整好的軸線來調整水導軸承與推力軸承的同心度，以確定它們的位置[5-6]。水泵基準軸線調整示意圖見圖1，各測量指標計算見式(1)。

圖1 水泵基準軸線調整示意

Ya=R1-R2;Xa=R3-R4

Yb=R5-R6;Xb=R7-R8

(1)

式中：Ya為上游側部件南北向上(Y方向)的同心偏差值，mm；Xa為上游側部件上下向上(X方向)的同心偏差值，mm；Yb為下游側部件南北向上(Y方向)的同心偏差值，mm；Xb為下游側部件上下向上(X方向)的同心偏差值，mm；Ri為各點至鋼琴線的距離，i=1,2,……,8，mm。

水泵基準軸線偏差主要包括以下三種情況：當Xa=Xb=Ya=Yb=0時，為標準同心；當Xa=Xb≠0或Ya=Yb≠0時，為錯位偏差；當Xa≠Xb或Ya≠Yb時，為傾斜偏差。當鋼琴線與兩固定件發生錯位偏差或者傾斜偏差的時候，調整兩端求心器的位置，直至調整至允許偏差以內。

在固定部分基準找好后，分兩組同時對上游推力軸承座和下游水導軸承套四個方向相對鋼琴線的距離進行測量。測量方法及計算方式與之前調整鋼琴線相同，只有在調整部件時有些許不同。水導軸承套的上下調整通過在軸承套與葉輪室接觸處墊銅皮或其他紙殼墊，推力軸承座的上下調整通過調節軸承座下方墊鐵高度實現。兩個部件南北方向的調節都是通過調整兩側架設的千斤頂完成。當水導軸承與推力軸承座的位置確定后就可以吊下水泵軸并安裝固定。

2.1.2 水泵基準軸線調整模擬

如圖2所示，利用內徑千分尺，接通被測量部件與鋼琴線間的回路。當內徑千分尺的尖端與鋼琴線接觸時，回路接通，耳機通電發出聲響，內徑千分尺的讀數即為部件圓周上該點與水平線的距離。沿圓周測量上、下游南北四個讀數，可反映出該部件中心點對水平線的偏離情況。測量時，千分尺測桿的一端與部件測點緊靠，測頭對準鋼琴線作上下左右圓弧運動。當測點接近鋼琴線時，應微調千分尺頭，當耳機內發出聲響時應立即停止調節。再將千分尺反向調節，縮短0.01～0.02 mm，這時耳機內無聲，再使千分尺調至原來讀數，同樣又發出聲響，選擇此時讀數。之后用調整好的軸線調整水導軸承與推力軸承的同心度，以確定它們的位置(圖3)。

圖2 軸線測量模擬三維仿真

圖3 軸線測量調整三維仿真

2.2 水泵軸聯軸器擺度調整及模擬

當水泵軸位置固定后，以水泵軸的固定位置來安裝調整剩下的機組部件。機組的轉動軸線應在理論中心旋轉，但實際軸線會偏離理論中心旋轉，產生一定的擺度。水泵軸聯軸器擺度具體調整方法：首先，將水泵軸的軸頸處和聯軸器的圓周進行8等分，然后在各測量部位裝上一個百分表，調整讀數為零，并使表的指針有正負旋轉的余地。再利用人力盤車，讓機組轉動，并記錄測點讀數。全擺度e為同一測量部位上兩相對點的數值差。凈擺度j為同一方位上測點全擺度相對于水泵軸全擺度的差。利用百分表測量值，分別按照式(2)和式(3)計算得出全擺度e與凈擺度j。

e=φ180°-φ0°

(2)

j=e水-e聯

(3)

式中：e為某一方位上的全擺度，mm；j為某一方位上的凈擺度,mm；φ180°為旋轉180°后的百分表讀數,mm；φ0°為旋轉前的百分表讀數，mm；e聯為聯軸器處的全擺度,mm；e水為水泵軸處的全擺度,mm。

實際情況可知聯軸器處凈擺度和兩點間的距離，可作一直角三角形ABC,如圖4。

圖4 聯軸器擺度測量示意

(4)

(5)

式中：g為調整高出值,mm；J為聯軸器處的最大凈擺度值,mm；D為聯軸器底面直徑,mm；l為兩測點間的距離,mm。

根據得出的聯軸器調整高出值g，在聯軸器與調節機構連接處添加墊片從而調整擺度。推力軸承部件與調節機擺度測量模擬見圖5。

圖5 推力軸承部件與調節機擺度測量模擬

2.3 齒輪箱、電機同軸度調整及模擬

在安裝機組時齒輪箱與電機的聯軸器由于是共同取下，所以可看作一個部件，不再另做垂直度測量。齒輪箱聯軸器與水泵軸聯軸器一般情況下，可能遇到以下四種情形(圖6)。

圖6 同軸度調整情況

情況1：兩半聯軸器端面平行且同心，兩軸線必在一條中心線上。

情況2：兩半聯軸器端面平行但軸線不同心，兩軸線之間有著平行位移。

情況3：兩半聯軸器端面軸線同心，但不平行，兩軸線之間有角向的位移。

情況4：兩半聯軸器端面既不平行也不同心，有角向位移也有平行位移，安裝時出現的概率最大。

聯軸器處于情況1時，是理想位置。而處于情況2～情況4時，都不是標準位置，需要進行調整。同軸度具體調整方法是：安裝時，首先調整水泵的軸線，最后再依據水泵軸線來調整齒輪箱和電機的位置。一般在齒輪箱下四個支撐腳分別架設四個千斤頂來調整水平方向的位移，在支腳下加墊片和調整可調墊鐵的高度來消除垂直方向上的位移。需要注意的是，在調整過程中，需要先消除聯軸器的高差及不同心度，齒輪箱、電機先調整整體在水平和垂直方向上的整體位移，之后再消除聯軸器的張口。同軸度調整過程模擬見圖7。

圖7 同軸度調整過程模擬

3 結 語

研究開發水泵機組軸系測量、擺度分析及調整系統，有效地提高了軸線測量的準確性，縮短了機組安裝檢修工期、提高了機組利用率，在抽水站在線監測以及三維仿真系統等方面具有重要的學術價值。本文主要介紹了臥式軸流泵軸線及擺度的測量調整原理及方法，并用ProE仿真模擬出其相應動畫。軸線及擺度的測量調整一直是臥式軸流泵機組安裝中的難點，將其制作成仿真動畫對機組大修人員培訓有著更為直觀的幫助，可有效地提高抽水站軸線及擺度的測量效率，減少人工測量的誤差，對機組安裝整體精度要求起著優化作用。