某高速柴油機與雙軸承主發電機軸系對中聯接分析及解決

蘆武?朱巍?劉濤

摘 要：隨著中國鐵路機車制造行業的發展，越來越多的機車出口到世界各地，而海外各國的不同招標規范使中速柴油機已經不能滿足所有的要求。現在，越來越多的各種高速柴油機運用于低軸重的機車上，其體積小、重量輕特點得到了充分的發揮。但某些高速柴油機因其機體強度不足以承受主發電機所帶來的彎矩，所以需要選配雙軸承主發電機，而選用雙軸承主發電機時，其與柴油機軸系對中是整個柴油發電機組聯接的關鍵，決定整個柴油發電機組的可靠性。

關鍵詞：高速柴油機；雙軸承主發電機；對中

1 引言

在柴油發電機組設計中，良好的柴油機與主發電機軸系對中，能的保證其工作的可靠性；下面將從影響對中因素分析某雙軸承主發電機與柴油機對中。

2 影響主發電機對中性的因素

2.1 軸承間隙

主發電機轉子軸和柴油機曲軸分別繞各自的軸承中心線轉動，但是，當發電機組運行時，它們的中心線應該是重合的。對中工作是在靜止狀態下進行的，這時曲軸落座在其軸瓦的底部。工作時，曲軸并不是處在這個位置上。爆發壓力、離心力以及柴油機機油壓力都會將曲軸提起使飛輪繞著它的實際中心轉動。而主發電機使用球軸承或滾子軸承，它們在靜態和工作狀態下不會改變其旋轉軸線。在冷機狀態進行安裝對中時，柴油機的曲軸中心線要比主發電機軸中心線稍低。

2.2 飛輪下垂

柴油機在靜止時，飛輪和聯軸器的重量會使曲軸彎曲。這個影響必須在對中時得到補償，因為在對中過程中，它會導致導向孔或飛輪旋轉外徑比曲軸軸承的實際中心線低。

2.3 反扭矩

柴油機在相對軸旋轉方向的反向扭轉趨勢和被驅動設備在軸的旋轉方向的旋轉趨勢就是反扭矩。它將自然地隨著負荷而增加，以及引起振動。這種振動在怠速時感覺不到，但在帶負荷時可感覺到。這通常是由于在反扭矩作用下，底座強度不足而產生過大的底座撓度，從而改變中心線對中而造成的。

2.4 熱膨脹

當柴油機和主發電機達到工作溫度時，熱擴張或熱膨脹也就隨著發生。它同時向垂直和水平兩個方向膨脹。垂直方向的膨脹在部件安裝腳和它們各自的旋轉中心線之間產生。這種膨脹的大小決定于所用的材料、出現的溫升以及從旋轉中心至安裝腳的垂直距離。

曲軸水平方向的熱膨脹從柴油機的止推軸承向另一端延長。當被驅動設備連接到柴油機的這一端時，就要考慮這種熱膨脹。如果被驅動設備用螺栓固定到柴油機機體時，這種膨脹作用是輕微的，因為機體和曲軸差不多以相等的膨脹率膨脹。

水平補償可采用一個允許柴油機與主發電機之間作充分相對運動的彈性聯軸節。安裝設備時，應考慮使水平方向熱膨脹進入彈性聯軸節的工作區，而不是遠離彈性聯軸節工作區。否則，會導致曲軸止推軸承負荷過大。如果要保證柴油機熱機狀態時曲軸仍具有端面間隙，則需在冷態時就應該留有足夠的間隙。

遠距離安裝的主發電機的輸入軸位置通常都比柴油機曲軸高。這樣就可以補償垂直方向的熱膨脹，飛輪下垂以及主軸承油膜對曲軸的提升作用。這些因素使曲軸和主發電機輸入軸的相對位置在靜止狀態和運行狀態之間發生變化。

測量時柴油機與主發電機兩部分最好一同旋轉。這樣可以消除千分表上因部件圓度不同造成的誤差。由于彈性聯軸器會造成錯誤的讀數，因此在對中時主發電機要從柴油機上斷開。檢查對中時必須每90 度一個間隔進行測量讀數。

2.5 電機法蘭加工精確

加工精確低的法蘭會造成明顯的不對中性，也不可能實現準確的對中。

2.6 調整墊片

所有設備下的墊片的厚度最好是可選配的，防止在以后的調整中需要減少墊片時沒有合適的墊片可用。墊片組應由防銹材料制成，并應小心裝卸。

2.7 千分表

千分表可以測量到非常小的距離變化。進行軸的對中時，需要測量由于偏移而產生的微小距離的變化。千分表的安裝必須牢靠，這樣才能準確測出對中值。千分表計數可以使用以下圖來快速檢查。

快速檢查法需讀數B+D 應等于C。當檢查對軸系中性時，將柴油機和主發電機軸一起旋轉，這種方法得到的測量值是有效的。

在做任何測量或校正之前，所有的被測表面及配合表面必須完全干凈，無潤滑脂、油漆、氧化物或銹蝕和臟物，所有這些均可能造成測量不準確。

3 不正確的對中情況

不正確的軸系對中包括面不對中和軸不對中，為消除以上不良對中，需要在組裝時很精確的測量各連接件的端面跳動及徑向跳動。端面跳動是指輪緣端面偏離軸中心線垂直線的距離；徑向跳動是指驅動輪的中心平行偏離軸中心線的距離。不正確的對中會造成圖1和圖2所示的情況。

4 該柴油發電機組的對中情況

在該柴油發電機組設計時，綜合考慮影響軸系對中的因素，并針對影響因素制訂解決方案。

在柴油發電機組組裝測量時，將柴油機曲軸徑向間隙量計算在內，消除因冷機狀態下對中引起的軸向對中影響因素。并在組裝各連接件時，每次分別測量各件的徑向跳動和端面跳，保證其在要求的范圍內。為了消除柴油機運行時所產生的反扭矩，專門為該柴油發電機組設計了有較好剛度的公用底架，并運用力學知識及經驗數據分析并計算共用底架上的載荷分布情況及底架在正常運用中的變形趨勢，選定合適底架截面形式，從而很好的消除了反扭矩對公用底架產生變形影響，保證了良好柴油發電機組的軸系對中。

高精度機加工電機法蘭，并經對主發電機軸與電機法蘭軸錐配合計算，保證柴油機扭矩的傳遞可靠；并在組裝過程中焊接用于微調的工藝裝備，用于組裝對中時的微量調節。在組裝測量前，經過正規檢測中心對千分表進行校核，消除因測量器具本身的不準確而引起的誤差。為了進一步驗證對中情況，在柴油機與主發電機組裝完成后，對柴油機軸向竄動進行復測。

4 結論

不正確的對中將會造成過大的振動，從而縮短柴油機和主發電機的軸承以及聯接件的使用壽命，而且經常需要重新對中，情況嚴重時，會造成曲軸斷裂等情況，故好的柴油發電機組軸系對中在高速柴油機與雙軸承主發電機聯接設計時非重要。

該柴油發電機組運行至今，運行情況良好，從未發生過因軸系對中引起的故障，故該柴油發電機組對中聯接設計可靠。

參考文獻

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