可傾瓦軸承間隙精確測量工具設計

余永增，楊 巍，孫靖哲

（1.中國石油蘭州石化公司設備維修公司，甘肅蘭州730060；2.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司，甘肅蘭州730060）

隨著旋轉機械日益向高速度、大功率方向發展，具有高穩定性的可傾瓦軸承應用越來越廣泛。但軸承工作過程中由于轉子的轉速、負載及自身重量等因素，可傾瓦軸承在側、徑向受力較大，設備長時間運轉時會產生轉子與軸承的干摩擦等不當工作狀態，造成可傾瓦軸承的瓦片磨損，磨損量不斷增大時轉子的轉動就會偏離轉動中心軸，造成造成設備振動和損壞事故。合理的軸承間隙，是保證機組安全正常運行的重要措施， 因而準確地測量軸承間隙，是機組檢修的重要內容。

機組檢修時軸承間隙可以由壓鉛絲法或抬軸法測得，這2 種方法均能真實反映橢圓瓦，圓瓦的軸承間隙。而對可傾瓦軸承由壓鉛絲法、抬軸法和測量瓦塊厚度綜合計算法測得，誤差較大，檢修中只能反復測量，取平均值；而有些軸承間隙用傳統方法很難測量，給檢修帶來不便，僅能保守更換軸瓦，造成人力財力浪費，因此在實際檢修中迫切需要一種可傾瓦軸承間隙精確測量的專用工具。

1 可傾瓦軸承現有測量方法及分析

1.1 現有測量方法分析

實際檢修時可傾瓦軸承間隙測量方法主要有塞規測量法、壓鉛絲法、抬軸法、測量計算法等，測量精度依次增加。塞規及壓鉛絲法可操作性不強，測量誤差太大；抬軸法被廣泛使用，但實際測量的間隙偏大于實際間隙，而且需要借助吊裝設備，操作不當易損壞軸承。測量計算法是用千分尺分別測量軸頸、可傾瓦塊及軸承體內孔，通過計算間接得出軸瓦間隙。即把可傾瓦從瓦殼內取出，先使用內徑千分尺按上下、左右分別測不同方向孔徑數值；用外徑千分尺測量幾個瓦塊的厚度和軸頸直徑。根據測得各個部位尺寸計算出軸承間隙為：間隙S=D（瓦殼內孔徑）-2h（瓦塊厚度或平均值）-d（軸頸直徑）。測量計算法測得的間隙值較準確，但測量過程繁瑣，容易產生人為誤差，效率不高，難以滿足煉化設備的檢修需求。

1.2 可傾瓦軸承結構測量分析

可傾瓦軸承通常由3～5塊或更多塊呈弧形的巴氏合金塊組成。每個瓦塊工作時，可隨轉子的載荷的變化而自由擺動，在軸頸周圍形成多油契。每塊瓦背弧與軸承座內徑為線接觸，可自行調整。每個瓦塊作用到軸頸上的油膜力總是趨向軸頸中心，因而消除了導致軸頸渦動的力源，所以可傾瓦有良好的減振性。可傾瓦具有較大承載能力，低功耗且能夠承受各個方向的徑向載荷。因此，可傾瓦軸承還具有結構簡單、檢修方便、瓦塊互換性強的優點，為現代大功率、高轉速機械所采用。

滑動軸承工作時由于軸頸與軸瓦的接觸會產生摩擦，導致表面發熱、磨損，甚至“抱死”。其磨損的形式包含瓦面腐蝕、軸頸表面腐蝕、軸頸表面拉傷、瓦背微動磨損、軸承表面拉傷、瓦面剝落和軸承燒瓦。可傾瓦軸承出現的主要缺陷有：瓦塊巴氏合金磨損嚴重、調整墊片或球面銷磨損嚴重及軸承墊鐵接觸不良等狀況［1]。但無論哪一種磨損，其最終都體現在軸承和軸頸之間間隙的變化。

檢修中，因瓦塊的可活動性和可傾瓦圓周的不連續性，其與主軸裝配間隙難以測量。要達到精確測量，必須借助假軸使瓦塊全部撐開，使瓦塊回歸原工作位置。進而由各瓦塊圓弧形成的輪廓確定其內徑的真實大小，間接計算出裝配間隙［2]。

2 可傾瓦軸承間隙精確測量系統

2.1 可傾瓦軸承間隙測量模型

由于可傾瓦軸承的特殊結構，準確測量的前提是必須要對每片瓦進行定位，避免測量對象傾斜帶來的測量誤差，建立測量模型見圖1。

圖1 間隙測量模型

（1）確定基圓直徑D。先固定瓦塊位置，因3點可確定1 個平面，先確保瓦塊3 點支撐，通過位移傳感器把3 點的數據進行采集，描繪出3 點所確定的基圓，通過軟件計算出基圓直徑D。

（2）測量其余自由瓦塊與基圓間隙Si。等3點定位后，剩余2 個點隨之張開，通過傳感器測量及數據處理，可測得2點與基圓的間隙Si。

（3）測量軸徑尺寸d。用外徑千分尺測量主軸軸頸尺寸，可多測量幾次求平均值d。

（4）間隙計算

通過單片機數據處理，分別計算每片瓦與軸的間隙，計算公式為：△i=D/2+Si-d/2。

2.2 可傾瓦軸承規格

對某煉油廠重催裝置關鍵機組可傾瓦軸承規格進行統計，依據軸瓦規格，確定專用工具量程為80～300 mm。基圓測量工具采用事先預制的標準環進行標定，瓦塊磨損間隙采用量程為2 mm 的電渦流傳感器進行測量。為便于使用，將根據需要制作不同規格的標準環可傾瓦有4塊和5塊2種形式，所以要對專用工具的撐開裝置分別設計［3]。

3 可傾瓦間隙精確測量結構設計

3.1 機械部分

機械部分在設計中引入氣動活塞及配套機械滑塊移動原理，使軸向滑動轉換為測量撐開機構的徑向運動。因此，在零件公差和定位基準等方面需滿足高精度測量的需要，機械部分主要由可傾瓦基圓定心機構、漲緊機構、回縮機構和測量機構四部分組成［4]，見圖2。

（1）定心機構 氣缸推動定位盤移動，帶動圓周方向上均勻分布的楔塊、水平滑塊、豎直滑塊和頂塊沿徑向均勻張開，直到頂塊與軸瓦接觸，當至少3塊頂塊定位后，即可以將整個測量系統穩定的安裝在被測量軸承內。

（2）漲緊機構 當3 片以上的頂塊在軸瓦內部定位后，小氣缸同時推動5 個活塞向前運動，水平滑塊同時受力，但是向前運動的僅是已磨損的瓦塊，其間隙相應較大。

（3）回縮機構 測量結束后，大氣缸前氣室進氣，活塞后退，通過拉桿、退出托盤帶動水平滑塊向后運動，楔塊機構自動解鎖，豎直滑塊在彈簧作用力下向芯軸回縮。

（4）測量機構 測量機構采用整體定位，所有沿徑向運動的零件始終同步，且豎直滑塊和頂塊的位移相等，后蓋上的電渦流傳感器通過檢測豎直滑塊的位移，確定每個瓦片的實際磨損量。

圖2 測量系統機械部分

3.2 氣動控制部分

可傾瓦測量儀氣動控制回路由空氣壓縮機、壓力調節閥、壓力表、電磁閥、大氣缸和5個小氣缸組成。測量過程中氣壓應保證在0.5～0.6 MPa。采用氣動快速插頭實現氣路快速連接。

3.3 數采及處理系統

數據采集系統由傳感器、變送器、采集卡組成。采集系統要求抗干擾能力強、A/D 轉換精度高、幾路傳感器快速同時采集和處理。傳感器使用上海某公司的YTHN808 型一體化電渦流傳感器，量程為2 mm，測量分辨率為0.001 mm，輸出4～20 mA電流信號［5]，見圖3。

圖3 可傾瓦軸承數采及處理軟件界面

4 結束語

新設計和制造的可傾瓦間隙精確測量工具可全面提高檢修效率和檢修精度，減輕勞動強度。按照固定瓦（圓筒瓦、橢圓瓦）、4 片可傾瓦、5 片可傾瓦將測量裝置分為3 大類，分別設計每類測量體，實現對各種規格軸瓦的測量。