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相似原理在大功率柴油发电机主轴承座维修中的应用

来源:东莞康达发电机维修 发布时间:2012年02月15日 浏览量:2916

1故障概述

2000年,塘厦电力有限公司一台NIGATA(日本新泻铁工所)18PC2-6V柴油发电机组在运行过程中出现主轴承温度过高自动停机,拆检结果为柴油机第四道主轴承下轴瓦严重烧损,轴承座有高温变形,轴颈表面经探伤检查未发现裂纹。

由于轴承座变形严重,无法直接修复使用。经向生产厂家咨询,对方没有保存该机主轴承座

的加工数据,无法提供新件更换。

主轴承座变形情况如图1a所示。

图1

由于同轴度要求极高,大功率多缸柴油机主轴承座孔是采用与机体配合加工而成,这决定了各轴承座不具有互换性。其圆弧面中心轴线O与机体贴合平面P并不一定重合,各主轴承座半圆弧面深度H不尽相同(参见图1b)。因此在发生变形后,如果设备生产厂未保留原始加工纪录,则很难确定其变形前的原始数据,必须采取其它方法来满足实际装配要求。

为尽快恢复生产,在对变形的主轴承座进行测量分析后,决定对变形的主轴承座进行现场修复。

2修复加工步骤

2.1轴瓦贴合面的修复

加工一个工艺假轴,研磨加工圆弧表面,以恢复其几何形状。

2.2上平面的修复

采用平面磨床磨削加工,修正主轴承座上平面。

加工后的主轴承座如图1b所示。注意在加工中应尽量减少磨削量,同时必须尽量保证上平面P对半圆柱面轴线O的平行度;半圆柱面轴线O对侧面B的平行度以及上平面P对侧面B(主轴承座安装横向定位面)的垂直度。加工后半圆弧面深度H会小于原始值,这一尺寸将在安装时通过加装调整垫片来恢复(见图2,⑤)。由于受力大,调整垫片使用不锈钢材料以保证垫片具有足够的刚度。

图2

3安装调整

安装中最困难的问题是确定正确的调整垫片厚度。

由于柴油机结构复杂,拆卸主轴工程浩大,非万不得已是不考虑的。由于曲臂遮挡,很难用

常规方法准确测量安装后主轴承孔在垂直方向的直径,这导致难以准确确定调整垫片厚度。为此,先后采用了两种不同的方法。

3.1压铅块厚度测量法

第一次安装按照日本专家的方法进行。将直径10mm,厚5mm铅块放置于下轴瓦安装部位,锁紧轴承座紧固螺栓,拆除后测得铅块厚度,用轴瓦厚度减去铅块厚度,得出的垫片厚度为0.10mm。按此厚度加装垫片后装复,测量曲轴开档差在允许范围。开机运行带90%负荷时,该道轴承温度为79!,高于其他轴承3~5!,但基本稳定。日方专家确认修复成功。

但到2001年,机组运行6000h后大修拆检发现,该道主轴瓦合金镀层磨损严重,虽然没有偏磨现象,但合金镀层磨损面积超过2/3,而其他主轴瓦磨损面积均不超过1/3。由于当时急于开机,就直接更换新轴瓦后开机,运行不到24h即出现主轴承升温报警,停机拆检发现新轴瓦已损坏。为减少配件损失,临时更换一道旧轴瓦后再次开机,带90%负荷时温度维持在79!,情况稳定。

按照生产厂提供的维修手册,主轴瓦的正常使用寿命为24000~28000h,且在磨损面积不超过2/3时可继续使用。上述状况显然达不到设计标准。从上述现象分析,该道主轴承负荷偏高,是造成轴瓦异常磨损的主要原因,而负荷偏高是由于调整垫片厚度不够,造成该道主轴承底面高度高于其它轴承所致。基于以上分析,决定对该道主轴承座调整垫片厚度进行重新确定。而为修正第一次安装的误差,须采用更为精确的方法来确定调整垫片厚度。

3.2主轴提升量测量法

除两端第一和第十道主轴承外,在结构相似、受力相似、变形相似的情况下,第二至第九道主轴承在静态下对主轴颈的支撑力应该是相等的。在拆卸主轴承时,对应的主轴颈会因为自重产生弯曲变形而下沉(已拆除对应活塞连杆及平衡块),在安装主轴承座时,其支撑力对主轴颈的提升量也是相等的。

根据这一分析,决定选择与第四道主轴承最为相似的第六道主轴承作为比照依据。使用百分表实测第六道主轴承安装前后主轴颈的提升量为0.03mm,第四道主轴承在加0.10mm调整垫片时,安装前后主轴颈的提升量为0.05mm,高出0.02mm,据此决定将调整垫片增加相应尺寸,最终确定调整垫片厚度为0.12mm(实际使用两片0.06mm垫片代替),安装前后主轴颈的提升量为0.03mm,开机运行带90%负荷时,温度稳定在76℃,情况正常。

运行24000h拆检,实际磨损面积不足50%,与其它轴瓦相当,完全达到设计标准,证实修复完全成功。

4分析

压铅块厚度测量法在实际检修工作中用途甚广,例如测量齿轮间隙等,但在本例中却出现了

较大的误差,究其原因,主要由下述因素所造成。

由于存在径向间隙,主轴颈在静态时其顶部处于自由状态。当铅块受压时,其对主轴颈有较大的反作用力,当此作用力超过该段主轴自重时,会使主轴产生向上弯曲。虽然主轴直径较大,具有较大的抗弯能力,但第三道至第五道主轴承之间的跨度近1000mm,加上4个长度400mm的曲臂,总长度超过2000mm,如此大的跨距造成主轴向上的弯曲变形量超过了预期的误差,再加上主轴承座的向下弯曲变形,测量中出现0.02mm的误差是可以理解的。

主轴提升量测量法使用了相似原理,以结构和受力均极其相似的第六道主轴承作为比照对象,其精确度在不考虑表计误差的情况下,完全取决于比照对象与待测对象的相似程度,从而避免了各种变形对测量结果的影响。在本例中其精确度达到了0.01mm以上,效果理想。

5结论

在实际设备检修工作中,受现场条件、检测加工等条件的限制,常常出现常规检测手段无法应用的情况。而由于设备制造误差、运行磨损量及受力变形等因素的不确定性,使得在研究设计中常用的一些计算方法同样无法精确使用。

利用相似原理,通过对设备结构、受力情况等因素的周密分析,找到可作为比照依据的参考点,间接测量确定所需的关键数据,是一种经济便捷、行之有效的方法。

在选择测量方法时,必须对待测对象进行全面细致地分析,综合考虑可能的影响因素,确定最佳的直接或间接待测量,按照不同测量方法的特点,正确选择和应用测量方法。只有这样,才能达到理想的效果。

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