重水供应系统重水泵联轴器对中分析

2018-01-03李平原

设备管理与维修 2017年9期

关键词：百分表联轴器读数

李平原

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

重水供应系统重水泵联轴器对中分析

李平原

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

重水供应系统重水泵是燃料操作系统的重要的核心设备，在重水堆机组中占有重要的地位，直接关系到反应堆的功率正常与否，甚至影响到核安全这条生命线。重水泵电机通过联轴器与泵体相连，且联轴器对中时偏移情况比较复杂。考虑到电机和齿轮箱联轴器的外观尺寸及装配空间的限制，使用“百分表+量块法”来实现重水泵联轴器的对中。重水泵联轴节对中的过程，并根据现场实际情况分析了影响对中精度的因素及其控制方法。

重水泵；联轴器；对中；百分表；量块

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.57

1 问题的提出

装卸料机重水供应系统是重水堆机组重要的系统，其功能是为装卸料机提供高压重水，在保障装卸料机内乏燃料冷却的同时，提供装卸料水回路操作的动力。重水泵是整个系统的核心部件，每台泵能够提供的最小流量为4.54 L/s，压力高达18.62 MPag。重水泵是3缸式、立式柱塞，每台泵转速为360 r/min，由1台147 kW，转速为1800 r/min的电机通过联轴器与减速齿轮箱驱动（图1）。在机组停堆大修期间，会对重水泵进行解体检修，联轴器对中是重水泵检修最后一道重要工序。检修程序中要求联轴器轴向同轴度在0.05 mm以内，径向偏差不能超过0.23 mm，且该数据需系统工程师见证，是质量见证点。若重水泵联轴器在回装时对中状态不够精确，则可能会对联轴器产生较大的应力，泵轴、轴瓦、轴承和联轴器产生附加载荷，从而使泵体震动较大，轴承、轴瓦等转动部件磨损加剧，运行噪音较高，寿命降低，严重时还会造成疲劳断裂事故。因此，重水泵联轴节的对中是直接关系到重水泵能否投入运行的关键步骤。

图1 重水泵机械结构

2 重水泵与电机联轴器的对中

2.1 重水泵联轴器的类型

联轴器俗称靠背轮或对轮[1]，是用来联接不同机构中的两根轴，使之共同旋转并传递扭矩和运动的部件。联轴器由两部分组成，分别与主动轴和从动轴联接，是机械轴系传动最常用的联接部件。重水泵与电机之间的联轴器是齿式联轴器，是没有弹性元件的挠性联轴器中的一种。该联轴器在传递运动、扭矩的同时，还具有一定的轴向、径向和角向的补偿能力。

2.2 重水泵联轴器对中时不同的偏移情况

重水泵联轴器对中的目的是尽可能使电机轴与泵轴的中心线在同一条直线上，即两半联轴器处于同轴且平行的位置。但是，重水泵联轴器的轴向、径向可能会出现偏差、倾斜，因此，联轴器的对中情况可能会有4种情形（图2），其中，s1、a1表示在两半联轴器上方（即 0°）轴向间隙、径向间隙；s3、a3则表示在两半联轴器下方（即 180°）轴向间隙、径向间隙。

图2 联轴器对中时偏移情况分析

（1）电机轴和泵轴的中心线处在同一条直线上，两半联轴器端面相互平行，处于平衡位置。此时，s1=s3，a1=a3。

（2）电机轴和泵轴的中心线之间有径向位移e，但两半联轴器端面仍相互平行，不是处于平衡位置。此时，s1=s3，a1≠a，e=（a3-a1）/2。

（3）电机轴和泵轴的中心线相交与电机轴联轴器的中心点上，两半联轴器端面相互不平行。此时，s1≠s3，a1=a3两轴的中心线间夹角为α。

（4）电机轴和泵轴的中心线相交，但交点却不在电机轴联轴器中心点上，两半联轴器端面相互不平行。此时，s1≠s3，a1≠a3；这时两轴的中心线既有径向位移e又有夹角α。

联轴器对中状态处在后3种情况时，都不满足使用要求，均需要进行对中操作。

2.3 重水泵联轴器对中

文献[2]中介绍了利用直尺和塞尺分别测量联轴器的径向位移和角位移、利用中心卡及千分表测量联轴器的径向间隙和轴向间隙的方法。但重水泵泵轴与电机轴联轴节之间的轴向间距＜3 mm，空间过小无法安装百分表，只能使用量块测量联轴器的轴向偏差。而径向偏差则使用百分表测量，测量操作时需要一块百分表，并把百分表安装在一个特制的对中专用表架上（图3）。

图3 重水泵对中百分表表架

2.3.1 确定调整基准

重水泵的泵体在机组初始安装时已经安装到位、并找平，重水泵的电机也基本安装到位，因此在重水泵联轴节对中时测量和调整都必须以泵体的输入轴为基准，把电机的输出轴作为待定轴。即通过调节电机位置得微调，使得两联轴器的径向偏差和轴向偏差在允许范围内。

2.3.2 安装百分表

先将百分表的专用表架固定在电机输出轴的联轴器上面，然后将百分表安装在表架上（图4），并用锁紧螺钉拧紧锁住。但需注意锁紧螺钉不能拧的过紧或过松，拧紧的程度要求是既要保证百分表不能松动，也要保证百分表的测量触头能够自由伸缩移动，同时要调整百分表的位置，使得百分表触头与测量点垂直，移动百分表触头放松后百分表指针能够自由且迅速回到先前的刻度。

图4 重水泵对中百分表安装效果

2.3.3 测量并记录重水泵联轴器的对中状态

测量时，首先在联轴器正上方（定义为0°）使用百分表分测量径向读数a1，为了方便数据计算和分析，把0°方位的百分表读数调整为零，即a1=0；同时使用量块测量两半轴连器的轴向间距s1。然后工作方向同时匀速转动两半联轴器，每转90°读一次百分表读数并用量块测量轴向间距，把数据填到记录图中（图5）。圆外记录径向读数a1～a4，圆内记录轴向间距s1～s4，当联轴器转回到零位时，检查百分表读数是否与初始位置百分表读数一直，若读数一致，需要检查原因并消除后按照上述步骤重新测量并记录。在两半联轴器在转动的过程中，最后测得的数据应符合a1+a3=a2+a4，s1+s3=s2+s4；即数据有效性法则。如不符合该法则，则需要查找原因并消除。

图5 数据记录

2.3.4 重水泵联轴器对中状态分析和计算、调整

根据上述步骤记录的轴向间隙和径向间隙来分析重水泵联轴器对中偏移情况，视偏移情况进行调整。一般调整时，先通过增减电机4个支脚的垫片调节联轴器轴向间隙，使两半联轴器的端面平行，然后在水平方向上移动电机位置调整径向间隙，使两半联轴器同轴。为提高对中效率，可以先近似计算，确定在电机支脚下应增减的垫片厚度。

以两轴的中心线既有径向位移e又有夹角α的情况为例，介绍重水泵联轴器对中时的计算和调整方法（图6），图中Ⅰ为泵输入轴，Ⅱ为电机输出轴，此时s1＞s3，a1＞a3，单位均是 mm。

（1）调节使两半联轴器平行：由图6a可知，为使两半联轴器平行，需要在重水泵电机支脚2处添加厚度为x的垫片[3]。根据图6a中2个阴影的相似三角形的比例关系求出x。由x/L=b/D，可得x=bL/D，其中，b=s1-s3；D是联轴器的计算直径；L为电机纵向支脚的间距。

此时，轴Ⅱ将会以支脚1为支点发生微小转动。这时，两半联轴器的端面虽然平行了，但是轴Ⅱ联轴器的中心却下降了y，如图6b所示。同样利用图6b中2个阴影的相似三角形的比例关系求出。由y/l=x/L，可得y=xl/L=（bL/D）l/L=bl/D，其中，l为支脚 1 到半联轴器测量平面之间距离[3]。

（2）调节使两半联轴器平行：由于a1＞a3，其初始径向位移量e=（a1-a3）/2，而第一步调整时联轴器中心的径向位移量增加了y。所以，要使两半联轴器同轴，则需要在电机的两个支脚处同时添加厚度为y+e的垫片[3]。

综上所述，为使两个半联轴器的轴线完全同轴，需要在电机的支脚1处添加厚度为y+emm的垫片，支脚2底处添加厚度为x+y+e的垫片[3]（图 6c）。

如联轴器在水平方向2个位置测得的径向间隙和轴向间隙的差值很大时，则可以将电机的位置在水平方向作适当的调整。全部调整好后，必须在偏差范围内满足条件：同轴度≤0.05 mm，轴向偏差≤0.23 mm。

图6 联轴器找正计算和加调整垫方法

3 重水泵对中的误差分析

用百分表可以精确地实现重水泵联轴器的对中，但同时也存在一定的误差因素，需根据现场的实际情况加以分析并控制。

（1）百分表选取或初始测点设置不当。百分表选取时需要选择量程合适的百分表，初始测点设置在量程中点附近。否则可能会使表针在测量过程中出现卡死或悬空，致使测量结果不准确。解决的办法可以选择量程较大的百分表，并将零点设置在量程中间位置，可以多次测量，选取重复性和稳定性较好且能够较好满足数据有效性法则的一组数据。

（2）轴承径向跳动以及过大的轴承余隙。若测量数据中，有不能通过改良表架结构来消除不符合数据有效性原则的现象，从消除对中测量影响的角度，可以先测量轴承的跳动或在每一个测点都把主轴朝一个方向推动，使其紧靠轴承座来消除影响[4]。

（3）对中时联轴器转动角度不准确。数据测量一般要求在联轴器上4个均布的测点测量读数，但实际测量时往往不能在4个角度上准确定位，测点可能偏离理论位置，若偏离5°～10°，导致的百分表读数相对误差可达到10%～15%[4]。为了降低该误差，需事先在联轴节4个均布的测点做出标记，且缓慢转动，保证每次测量时能够准确地停在标记的位置。

（4）百分表测头与测量面不垂直。在测量过程中，百分表测头因表架结构等原因会与测量面不垂直，致使百分表读数大于实际值。因此，测量时需要首先用直角尺百分表的测杆与联轴器被测表明垂直，然后进行后续测量。

如果不注意消除上述主要的误差因素的影响，实际的测量结果将严重偏离真实值，可能出现较大偏差。