風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器對(duì)中方法研究

孫樂樂

（國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司，北京 100039）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器對(duì)中方法研究

孫樂樂

（國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司，北京 100039）

針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器兩軸之間的相對(duì)位移難以避免的情況，對(duì)聯(lián)軸器的4種安裝情況進(jìn)行了分析，介紹了聯(lián)軸器的對(duì)中方法，對(duì)中調(diào)整計(jì)算采用了三步法，大大提高了對(duì)中精度，保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；聯(lián)軸器；設(shè)備裝配；軸線

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，聯(lián)軸器的作用是把齒輪箱高速軸與發(fā)電機(jī)輸入軸聯(lián)為一體，實(shí)現(xiàn)同軸回轉(zhuǎn)。與其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備相同，由于客觀存在安裝誤差，會(huì)出現(xiàn)兩根軸的中心線不在同一軸線上的情況。在設(shè)備裝配時(shí)，聯(lián)軸器調(diào)整精度直接影響到動(dòng)力傳遞的效率和設(shè)備的使用壽命，所以，聯(lián)軸器在安裝過程中必須按照要求精確對(duì)中。選擇正確的對(duì)中方法，對(duì)于提高維護(hù)質(zhì)量，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行具有重要的意義。

1 聯(lián)軸器對(duì)中時(shí)可能具有的連接狀態(tài)

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中進(jìn)行對(duì)中時(shí)，齒輪箱側(cè)半聯(lián)軸器和發(fā)電機(jī)組側(cè)半聯(lián)軸器在軸向、徑向和角向通常會(huì)發(fā)生一定的偏差，對(duì)可能發(fā)生的情況進(jìn)行分析有利于對(duì)聯(lián)軸器對(duì)中，一般聯(lián)軸器安裝時(shí)有以下4種情況，具體如下。

1.1 齒箱側(cè)端面與發(fā)電機(jī)側(cè)端面平行

在工程實(shí)踐中，理想的對(duì)中狀態(tài)只是有可能出現(xiàn)，但出現(xiàn)的可能性極小，一般視理想的對(duì)中狀態(tài)為非實(shí)際狀態(tài)。此時(shí)，齒箱側(cè)聯(lián)軸器端面與發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)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(duì)中狀態(tài)下，a1=a2，r1=r2.

1.2 聯(lián)軸器端面平行，兩軸線不同軸

齒箱側(cè)聯(lián)軸器端面與發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器端面平行，但是兩軸線不同軸，如圖2所示。此時(shí)，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(lián)軸器中心

齒箱側(cè)聯(lián)軸器端面與發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器端面不平行且兩軸線相交，相交點(diǎn)在發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器中心，如圖3所示。此時(shí)，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(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器中心

1.4 端面不平行，軸線相交，交點(diǎn)不在中心

齒箱側(cè)聯(lián)軸器端面與發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器端面不平行且兩軸線相交，相交點(diǎn)不在發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器中心，如圖4所示。此時(shí)，a1≠a2，r1≠r2，此時(shí)，兩軸線既有徑向位移e，又有角度位移α.在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器對(duì)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(diǎn)不在發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器中心

2 聯(lián)軸器對(duì)中方法分析

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中聯(lián)軸器處于上述三種狀態(tài)時(shí)，會(huì)使齒輪箱和發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)中的振動(dòng)增大，直接影響其使用壽命和傳遞效率。因此，在初裝對(duì)中時(shí)，對(duì)中精度必須嚴(yán)格保證，將相對(duì)位移控制在可接受的范圍內(nèi)。當(dāng)判斷出聯(lián)軸器對(duì)中誤差不合格時(shí)，就需要調(diào)整聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩臺(tái)機(jī)器。一般是調(diào)整兩臺(tái)機(jī)器中易于調(diào)整的一臺(tái)機(jī)器（可動(dòng)機(jī)器），而讓另一臺(tái)機(jī)器保持不動(dòng)（靜止機(jī)器）。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，往往齒輪箱作為靜止機(jī)器，發(fā)電機(jī)側(cè)在固定之前，作為可動(dòng)機(jī)器，均安裝在風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)的機(jī)架上。聯(lián)軸器的對(duì)中測(cè)量方法很多，主要有直尺法、雙表法、三表法和激光對(duì)中法等。

2.1 直尺法

通常情況下，用直尺測(cè)量聯(lián)軸器端面軸向方向上端面上對(duì)稱的兩個(gè)點(diǎn)（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(shí)的a1和a2；徑向方向上端面4個(gè)點(diǎn)（4個(gè)點(diǎn)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(gè)點(diǎn)r3和r4在圖1中未顯示。

通過測(cè)量以上點(diǎn)，可以對(duì)聯(lián)軸器軸向位移、徑向位移和角度位移進(jìn)行計(jì)算。由于這種方法簡(jiǎn)單、誤差比較大，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器進(jìn)行對(duì)中時(shí)，往往只進(jìn)行粗調(diào)整，以確保軸向偏差在要求范圍內(nèi)。

2.2 雙表法

通常情況下，用兩個(gè)千分表分別測(cè)量聯(lián)軸器的徑向和端面上的數(shù)值，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定兩軸在空間中的位置，確定出調(diào)整方向和調(diào)整量。通常以風(fēng)機(jī)齒箱側(cè)為實(shí)施參照基準(zhǔn)，在齒箱側(cè)半聯(lián)軸器上裝上夾具及千分表，使千分表的觸頭指向發(fā)電機(jī)側(cè)半聯(lián)軸器的外圓及端面，如圖5所示。測(cè)量時(shí)，每隔90°測(cè)量一組數(shù)據(jù)，測(cè)出上、下、左、右四處的徑向、軸向四組數(shù)據(jù)。

圖5 雙表法

2.3 三表法

眾所周知，大型機(jī)組其轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)都會(huì)發(fā)生一定的軸向位移，在機(jī)組的聯(lián)軸器對(duì)中時(shí)，我們無法應(yīng)用“雙表法”來滿足調(diào)整對(duì)中的要求，“三表法”因此產(chǎn)生。與雙表法的不同之處是在端面上用兩個(gè)千分表測(cè)量，兩個(gè)千分表與軸中心等距離對(duì)稱布置，用以消除軸向竄動(dòng)對(duì)端面讀數(shù)的影響。

2.4 激光法

激光對(duì)中法的原理是激光發(fā)射器與激光接收器替代傳統(tǒng)千分表分別固定在聯(lián)軸器的兩邊，激光束從激光發(fā)射器中發(fā)出，打在激光接收器CCD感應(yīng)面上，形成光斑，通過接收器的數(shù)據(jù)采集，可以確定此光斑的激光能量中心點(diǎn)。隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，光束能量中心點(diǎn)也在接收器CCD感應(yīng)面上產(chǎn)生位移。根據(jù)這種位移量計(jì)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(dòng)給出發(fā)電機(jī)前腳和后腳的調(diào)整值和墊平值。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器的對(duì)中調(diào)整計(jì)算

雖然聯(lián)軸器的對(duì)中方法很多，但任何方法都是由三步構(gòu)成：①第一步調(diào)整。粗調(diào)整。②第二步調(diào)整。使齒箱側(cè)聯(lián)軸器端面與發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器端面不平行，但兩軸線相交，相交點(diǎn)在發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器中心；③第三步調(diào)整。使齒箱側(cè)聯(lián)軸器端面與發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器端面平行且兩軸線共線。

3.1 第一步調(diào)整

所謂“粗調(diào)整”，即齒輪箱作為靜止機(jī)器，發(fā)電機(jī)側(cè)作為可動(dòng)機(jī)器在固定之前，用直尺法測(cè)量聯(lián)軸器兩端面的情況，使軸向偏差在要求范圍內(nèi)，同時(shí)，調(diào)整發(fā)電機(jī)側(cè)支點(diǎn)的高度，肉眼觀察沒有明顯傾斜即可，粗調(diào)整后如圖6所示。

圖6 粗調(diào)整后狀態(tài)

3.2 第二步調(diào)整

先消除聯(lián)軸器的高差，即調(diào)整齒箱側(cè)聯(lián)軸器端面與發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器端面不平行，但兩軸線相交，相交點(diǎn)在發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器中心，如圖7所示。通過調(diào)整發(fā)電機(jī)側(cè)支點(diǎn)D和E的高度，兩點(diǎn)同時(shí)調(diào)整的高度為r.

圖7 兩端面不平行且兩軸線相交，相交點(diǎn)不在發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器中心

3.3 第三步調(diào)整

使齒箱側(cè)聯(lián)軸器端面與發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器端面平行且兩軸線共線，如圖8所示。通過調(diào)整發(fā)電機(jī)側(cè)支點(diǎn)D和E的高度，E支點(diǎn)調(diào)整的高度比D支點(diǎn)調(diào)整的要大。

圖8 兩端面不平行且兩軸線相交，相交點(diǎn)不在發(fā)電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器中心

3.4 調(diào)整量的計(jì)算

根據(jù)第一步和第二步的調(diào)整，第三步調(diào)整后的狀態(tài)如下。

發(fā)電機(jī)側(cè)支點(diǎn)D調(diào)整量：

式（1）中：AC為發(fā)電機(jī)側(cè)半聯(lián)軸器外徑；FG為發(fā)電機(jī)側(cè)前固定支點(diǎn)D到半聯(lián)軸器端面的距離。

發(fā)電機(jī)側(cè)支點(diǎn)E調(diào)整量為：

式（2）中：AC為發(fā)電機(jī)側(cè)半聯(lián)軸器外徑；FH為發(fā)電機(jī)側(cè)前固定支點(diǎn)E到半聯(lián)軸器端面的距離。

4 結(jié)論

聯(lián)軸器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的一個(gè)重要的零件。為了合理進(jìn)行對(duì)中，并給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)對(duì)中提供研究依據(jù)，通過介紹聯(lián)軸器的幾種對(duì)中方法，并采用三步法分析了聯(lián)軸器的對(duì)中調(diào)整計(jì)算，為機(jī)組的安全、平穩(wěn)運(yùn)行奠定了良好基礎(chǔ)。

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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(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司/風(fēng)電設(shè)備及控制技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要從事兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析。

張思楠〕