04汽轮机隔板几种找正方法的分析比较.docx

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04汽轮机隔板几种找正方法的分析比较

汽轮机隔板几种找正方法的分析

湖南省火电建设公司陈熙祖

【内容提要】本文对几种汽轮机隔板找正方法的精度及可能产生误差的因素进行了分析，并提出了减小隔板找正误差的改进方法。

汽轮机隔板和轴封套找正的几种常用的方法中，有拉钢丝找正、假轴找正、用汽轮机转子找正以及激光找正等方法。

近几年来出现的激光找正法无疑是—个先进的找正工具，但是由于种种条件的限制，目前它还不能完全替代其它几种找正方法，因此本文在分析这种找正方法的同时，着重分析了拉钢丝找正法和假轴找正法，指出在找正过程中可能造成误差的原因和减小这些误差应采取的方法。

一、拉钢丝找正法

用拉钢丝法找正汽机隔板的最大优点是方法简便、工具简单，找正前只要将细钢丝穿过隔板和汽缸前、后汽封洼窝，并尽可能地减小钢丝垂弧。

钢丝在前后汽封洼窝中的位置必须符合转子在前后汽封洼窝的找正记录。

所选用的钢丝直径一般不超过0.4mm。

固定钢丝用的支架应能方便精确地调整钢丝洼窝的位置。

钢丝支架上应配有钢丝拉紧装置和测量钢丝拉力的滑轮、重锤。

为了提高测量精度，在用内径千分尺测量各洼窝到纲丝的距离时，可在汽缸体与纲丝（钢丝与汽缸必须绝缘）间接入监听耳机，使内径千分尺与钢丝一接触，耳机中就能听到声音。

用拉钢丝法找正必须注意钢丝垂弧造成的误差。

钢丝垂弧可用如下公式进行计算。

钢丝中部最大垂弧f=q×L2/（8×G）mm……

（1）

式中：

q——钢丝单位长度的重量，g／m；

G——钢丝拉力，kgf；

L——钢丝两定位点间距离m。

公式

（1）可变换成

（2）式。

f=γ×l2/（8×σ）/100mm……

（2）

式中：

γ——钢丝材质的比重7.85×10-3kgf/cm3

σ--钢丝拉应力kg／cm2；

钢丝各点的垂弧（见图l）

fx=q×x/（8×G）×（L-x）mm……（3）

求出钢丝的垂弧后还必须知道汽轮机转子在汽缸各部位相对于前后汽封位置的垂弧值f（见图2）。

如果汽轮机厂已提供转子垂弧曲线，则可直接查资料。

如果制造厂没有提供转子垂弧曲线，可根据转子的轴颈扬度或转子的临界转速计算转子的垂弧。

根据测得的转子两端轴径扬度（已去除轴颈锥度造成的测量误差），用如下经验公式计算转子的垂弧。

fmax=（A±B）×L/7.4mm……（4）

式中：

L——前后轴颈之间的距离cm；

A，B——两轴颈的扬度值，0.01mm／m；

扬度方向相同A与B相减，扬度方向相反A与B相加。

当然还有其它公式，如将垂弧线看作是圆弧，则：

fmax=（A±B）×L/8mm……（5）

根据制造厂提供的汽轮机转子一阶临界转速用（6）式计算转子垂弧

fmax=9.8×105/nk2mm………（6）

式中：

nk———汽轮机转子一阶临界转速，转/分

公式（4）、（5）、（6）求出的转子垂弧是相对于两轴颈而言的，转子各部相对于汽缸两端汽封洼窝之间的转子垂弧见图2，可用（7）式进行计算。

f=fmax×l2/L2mm………（7）

式中：

l——两端轴封中心的距离。

根据转子垂弧fmax算出或用作图法得出各级隔板处的转子垂弧值，再根据钢丝的垂弧值，可算出各级隔扳在拉钢丝时应考虑的上、下偏差。

如果转子的最大垂弧在转子中部附近，可以根据制造厂提供的或计算出来的转子垂弧，通过选择钢丝的拉应力，使钢丝的垂弧与转子垂弧相等，这样在找隔板中心时，就可以不必再考虑转子垂弧与钢丝垂弧的偏差。

此时钢丝拉应力—与转子垂弧的关系式：

σ=7.85×l2/（8×f）/100…kg/cm2…（8）

即如果所拉的钢丝,其拉应力为上述计算的拉应力时,其钢丝的垂直值与转子的垂弧值相等.

式中符号与前公式相同,其中f为实转子的垂弧值。

由于汽机临界转速一般不低于17O0rpm（对工作转速为3000rpm的汽轮机而言），故从式（6）可见，转子垂弧最大不会超过0.339mm，因而虽然转子与钢丝垂弧曲线形式不同，但如果中部最大垂弧相同，则转子与钢丝在其它各部垂弧产生的误差很小。

现以圆弧曲线、抛物线（钢丝垂弧曲线）和均布载荷等断面梁的挠度曲线（即假轴的垂弧曲线）进行比较。

假设跨中x=0.5L的垂弧为0.339mm相等，用三种曲线计算x=0.25L（或x=0.75L）处的垂弧。

其结果分别为圆弧曲线0.25425mm，抛物线0.25433mm，均布载荷等断面梁的挠度0.24154mm。

它们三者之间的最大误差仅为0.01279mm，完全能满足验收规范规定的“找正工具与转子垂弧误差大于0.10mm应进行校正”的精度要求。

下面再分析在拉钢丝找正中其它因索可能引起的误差。

1．钢丝断面不规则可能造成的测量误差。

一般说由于钢丝是经过模具拉出的,一般不会有钢丝各断面直径不均匀的情况，但钢丝截面呈椭圆形的情况可能性较大,其造成的测量误差较大。

根据钢丝的制造标准及实测结果，其最大误差在0.02mm以下。

2.外径千分尺头部与钢丝接触力大小产生的测量误差。

以国产300MW机组为例，钢丝支架间的距离约为4m，钢丝直径为0.4mm，拉力为25kg。

用内径千分尺测量时，测点处钢丝有0.01mm的位移，其接触力为0.25gf。

此接触力足以使耳机回路导通，故误差不会超过0.01mm。

3.用内径千分尺测量隔板，汽封套洼窝至钢丝的距离时可能产生的误差。

在测量该距离时，内径千分尺一端抵于洼窝，一端从前到后，上—下摆动，寻找到钢丝的最小距离，如果此时刚好漏过了最小点，则会造成测量误差。

但由于在寻找最小距离时，上、下摆动的前后间距不会超过2mm，现假设其摆动间距为4mm见图3，洼窝的半径为250mm，则其产生的最大误差为：

R×（1-cos（Arcsin（a/2R）））～a2/（8×R）mm……（9）

式中a—为前后摆动的间距。

R—洼窝半径。

Arcsin—反三角正弦函数。

Cos—三角余弦函数。

当前后摆动的间距a为4mm,洼窝半径R为250mm时其误差为：

250×（1-cos（Arcsin（2/250）））～42/（8×250）=0.008mm，故这个误差甚小。

采取以下措施可提高拉钢丝找正法的精度1.选择椭圆度小、没有小折的钢丝。

2.钢丝间距应尽可能短，最好将钢丝支架固定在找正汽缸的两端。

如果钢丝支架远离前、后汽封洼窝，前、后钢丝定心也不易调好，会影响测量精度。

3.采用较大的钢丝拉力接近或超过屈服极限（验收规范为3/4极限强度，当然前面说的如果钢丝的垂弧要与转子垂弧相同时，此条件不存在），因为接触力与钢丝拉力成正比，采用较高的拉应力，不仅可以提高接触力、减小测量误差，而且即使钢丝有小折也能把钢丝拉直。

采取上述措施后钢丝找正的精度达到0.05mm是完全有保证可能的。

二、假轴找中心

假轴是用钢管制成的，代替汽轮机转子进行找正。

假轴有两种，一种假轴两端搁在正式的轴瓦上，故假轴轴颈的外径和加工精度必须与转子轴颈相同；另一种假轴两端支持在滚动轴承上，轴承外壳有三个可调整的支腿，固定在轴承座或前后端汽封洼窝中。

用滚动轴承作支承的假轴的优点是，因装于滚动轴承内的轴颈端与中部钢管是分开的，因此只要更换中间的钢管，就可以适用于测量各种汽轮机隔板的找中心工作。

前一种假轴不必调心，但要测量前后汽封洼窝中心，与转子找中心记录相比较以消除假轴轴颈大小、精度等原因造成的测量误差。

后一种假轴必须根据转子在前后汽封洼窝中的位置来调整中心。

用假轴找正时，必须先将假轴因自身的重量而产生的垂弧计算或测量出来，与转子垂弧相比较，以便在找正时消除由于垂弧而引起的误差。

假轴的垂弧可按两端饺支、等断面、均布载荷梁的挠度公式进行计算：

fx=5×L3X/（24×E×J）×（1-2×X2/L2-X3/L3）……（10）

中部最大挠度为：

fx=5×L4/（384×E×J）cm……（11）

式中：

L——轴承之间的距离，cm；

E——材料弹性模数，kgf／cm；

J——轴的惯性矩，cm4。

如果由于假轴所用钢管的管壁厚度不均匀，即计算与实际的假轴刚度中的惯性矩J不同，也可能产生计算与实际挠度的误差。

将公式（11）进行变换得:

fmax=8.177×104×L4/（E×Dcp2）cm……（l2）

式中：

Dcp钢管平均直径cm，其他符号、单位同前。

从（12）式可见，假轴的挠度fmax只与跨度L，弹性模量E，钢管平均直径有关，而与管壁厚度无关。

但管壁厚度不均匀的话，对钢管挠度是有影响的。

管壁厚度在断面上的不均匀可分为两种情况，一种情况是内外园偏心；另一种情况是外园是园，内圆是椭圆，见图4图5。

下面分别进行计算：

先计算内外园偏心的情况：

假设平均管壁厚度δcp=（D-d）/2=（D-0.9D）/2=D/20

最大壁厚δ1与最小壁厚δ2差等于δcp的10％。

经计算：

ＪＸ＝０.3435×π×Ｄ4/64

Ｊy＝０.3439×π×Ｄ4/64

其相差比例为：

（ＪＸ-JY）/JＸ=（0.3439-0.3435）/0.3439=0.00116。

从上述看出，其断面内外园偏心产生的惯性大小的影响，亦即对挠度的影响只有正常挠度的１／１０００，因而可以略忽不计。

第二种情况，即外径为园，内径为椭园，下面以壁厚差2.5％来考虑计算ＪＸ、Ｊy设外园为Ｄ，内园以两个以d为直径的半园，中间有d×h的矩形，见图5

设d=0.9Ｄ,

s1-s2=0.0125（D-d）

=0.00125D。

h=0.025（D-d）=0.0025D。

则：

ＪＸ＝π×Ｄ4/64－π×d4/64

-π/4×（0.5×h）2=０.34388×π×Ｄ4/64

Ｊy=π×Ｄ4/64-π×d4/64-h×d3/12

=０.3408×π×Ｄ4/64

其相差比例为：

（ＪＸ-JY）/JＸ=（0.34388-0.3408）/0.34388=0.00896。

由上述计算可知，假轴管壁厚度偏差造成的垂弧误差不超过计算垂弧的１％，因此可以忽略不计。

假轴的挠度除计算方法外，也可用测量方法测得。

一般可在假轴的中部吊起假轴自重的0.60倍，测得的假轴中部的抬高值即为假轴的挠度。

这是根据等断面均布载荷铰支梁，因自重产生的挠度，用一集中载荷产生相同的挠度来替代的原理。

使用滚动轴承作支承的假轴，应采用可以调心的双列向心球面滚子轴承作为假轴的支持轴承，因而即使两端轴径不同心或偏斜，假轴也可以转动自如，不会产生轴承外壳的扭动。

在测量各测点中心数值时，百分表应装在假轴的同一个方向，即假轴在前、后汽封洼窝定中心百分表安装方向与隔板找中心的百分表安装方向相同。

这样可以避免或减小假轴旋转精度不良造成的测量误差，即轴径椭园、滚动轴承内外园跳动造成的误差。

这种假轴的明显优点是两端轴可以单独加工，用法兰连接在中部的无缝钢管上。

端轴与法兰必须一起车削，轴颈外园与轴承外壳内圆，加工时要求有较高的精度，端轴颈与外壳加工后不许施焊。

下面谈谈滚动轴承转动精度对测量造成的误差。

查ＧＢ３０７－７７滚动轴承技术条件，其中有内外圈跳动的技术指标，抄录如下：

表1轴承内外园跳动指标mm

轴承外径

mm

轴承精度

Ｃ

Ｄ

Ｅ

Ｇ

180-250

0.01

0.015

0.015

0.05

250-315

0.011

0.018

0.03

0.05

由表l可见，C、D级精度的滚动轴承可满足假轴测量精度的要求。

前面说到，测量各洼窝中心时，百分表装于同一个方向，可以消除或减小旋转中跳动对中心造成的测量误差，因而轴承内外园跳动引起的误差可以控制在0.01mm以内。

综上所述，假轴的中心测量误差可以控制在0.02mm以内。

由公式（1２）可知，在跨度一定的前提下，假轴挠度实际只与钢管平均直径有关，因此可以根据汽轮机转子的挠度，选择假轴钢管的平均直径ＤCP，见公式（13）。

这样使假轴挠度与汽轮机转子挠度相一致，以减少找正中的不必要的计算。

另外对于挠度曲线不对称的转子，为了使假轴垂弧尽量与转子垂弧相接近，可以用在空心假轴的一端加重（如泥土）的方法来调整垂弧曲线，使之接近转子的垂弧曲线，当然加重的端必须有记号，因此垂弧也必须采用与此相适应的公式进行计算。

我们在安装金竹山电厂５万千瓦汽轮机时，其找中心的假轴就是这样设计、制作的。

三、激光找正

隔板用激光来找正的方法近年来介绍的资料比较多，这里只说找正的精度，在找正中，影响精度的重要部件是座标定心器。

该部件影响精度的因素很多，制造厂说明书中规定，允许误差在0.02mm以内。

另外，激光找正时激光束的漂移对找正精度影响较大、造成激光漂移的原因是刮风、热空气对流等都会产生测量误差。

激光找正的最大优点是激光束对起吊隔扳等操作没有影响，因此隔板找正工作可以大大地加快。

另外激光找正的优势是在长距离找正、轴系找正及测量转子、汽缸挠度等方面。

四、利用汽轮机转子进行隔板找正

利用汽轮机转子进行隔板找正的主要难题是测量工具。

左右位置可用塞规、测内径的百分表等工具测量。

而转子与隔板的下部间隙就较难测量，下面讨论两种测量方法。

采用压铅方法，用压铅的方法要注意两个问题，—是转子必须压到铅块；二是压力不能太大，不能影响转子落下而产生测量误差。

为此，一种方法是将铅块做成尖三角形，其缺点是要准备很多铅块，另外三角铅块的下边与洼窝不可能吻合，如果铅块的下边是直边，则可能造成测量上的误差。

另一种方法是：

用钢车制比测量间隙小的同一直径钢圆柱体，放在各隔扳洼窝中，上面再放铅丝压间隙，这种力方法比前一种方法好，见图6。

采用图7所示的测量工具测量汽封洼窝下部间隙。

测量前将柱塞拔出，柱塞靠弹簧压力产生的摩擦力支持其不落下。

紧定螺栓是在测量时固定柱塞用的，紧定螺栓通过弹片抵紧柱塞可以避免旋转紧定螺栓时移动柱塞。

该部件的外方内园的外套是使测量部件能竖立于洼窝的圆弧上。

由于是用真转子测量各隔板的中心，因此不会产生测量工具与转子挠度的误差。

转子在放入汽缸、轴承座时，会冲击所造成的转子附加挠度，但由于转子下降很慢，在1米/分以内，经计算约为转子挠度的1％，可以不予考虑。

用真转子找正的特点是测量精确，但找正测量工作比较麻烦，需要多次起吊转子。

如果隔板中心调整方法正确，测量隔板中心时，下隔板左右窜动已测量出来，（最好是隔扳下部滑销间隙左右相等，当然其他隔板找中心方法也应该这样），调整中心时与间隙综合考虑，则隔板中心调整工作一般只需l一2次即能完成。

五．隔板找正方法比较

笔者认为，上述几种找正方法各有所长。

用汽轮机转子找正、用滚动轴承支持的假轴找正及拉钢丝找正三种方法显然各有优缺点，上述方法测量工具简单，而且测量精度能满足要求，所以应予优先考虑采用的。

对于激光找正由于其找正中激光不影响隔板中心调整，所以工作进度较快，但激光找正仪器价格昂贵，同时维护工作量较大。

支承在轴瓦上的假轴由于加工精度和保管要求高，而且—根假轴只能限定用在某种汽轮机的一个汽缸上，所以只有在特殊情况下采用。

湖南省火电建设公司陈熙祖１９９９年２月２日

该文刊登于１９８９年１１期“电力建设”杂志上２０００年１月修改。

注：

用实转子找正是我公司周熙富师傅提出并实施的图7的工具也是他设计的。

参考文献

（1〕《电力建设施工及验收技术规范》（汽轮机机组篇）

（2〕《激光准直技术安装汽轮机工艺》，上海电力建设局施工技术研究所，１９８５年１月ＪＺ－Ｄ激光正直仪及其操作使用。

〔4〕阎学贵《首台60０MW汽轮机的钢丝找正》，“汽轮机技术”１９８８年第4期。

（5〕付龙泉，鲍引年《大型汽轮机安装》。

（6〕《中国国家标准汇编》，中国标准出版社出版。

（7）《机械设计手册》石油化学工业出版社出版。