金 良 劉其和 魏 龍

（南京化工職業(yè)技術學院 南京）

一、問題及原因

一套長期用于測試各種機械密封性能的計算機輔助試驗裝置，在測試過程中監(jiān)測顯示軸系調(diào)整前出現(xiàn)扭矩異常波動現(xiàn)象，見圖1。

通過對試驗裝置在運行過程的觀察與扭矩異常值的分析發(fā)現(xiàn)，導致摩擦扭矩出現(xiàn)異常的原因是裝置整個旋轉(zhuǎn)軸系不同心，需要將整個裝置的軸系重新調(diào)整定位。

二、試驗裝置軸系調(diào)整方法

圖1 試驗裝置軸系調(diào)整前扭矩

為保證試驗裝置軸系在測試過程中與密封腔的同軸度、垂直度等達到技術要求，軸系安裝過程中找正順序依次是：試驗臺架→步進電機移動平臺→密封腔→轉(zhuǎn)軸→轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器→電機。試驗裝置軸系調(diào)整過程中主要使用工具是合像水平儀（精度0.1 mm/m）和百分表（精度0.01 mm），可以滿足試驗裝置的精度要求。

1.試驗臺架水平位置調(diào)整

試驗臺架由底部槽鋼支座和上部鑄造導軌組成，兩者之間通過螺栓連接，可有效防止臺架受外部因素影響后產(chǎn)生應力變形，保證臺架整體性和尺寸固定。

在臺架水平位置調(diào)整之前將合像水平儀放置在臺架任意一端以檢測臺架橫向高低。根據(jù)水平檢測結(jié)果將千斤頂放置在較低端支座底部，同時將合像水平儀調(diào)零后放置在臺架中間平面處，通過千斤頂?shù)纳祵⑴_架調(diào)至水平位置。此時將斜鐵插入臺架底座與地面之間間隙中。在保證橫向水平后再用同樣方法調(diào)整臺架縱向垂直度。調(diào)整完畢后將合像水平儀放置在任意幾個位置檢測導軌平面是否處于水平，達到使用要求后將斜鐵與底座焊接成一體，在此過程中要注意觀察合像水平儀圖像是否有變化，避免焊接變形引起尺寸變化。焊接完成后使用膨脹螺絲將臺架固定在地面上，再將臺架底座與地面之間的縫隙中灌滿水泥砂漿，保證臺架底部與地面完全接觸，避免因空心產(chǎn)生臺架振動。

2.步進電機移動平臺位置調(diào)整

移動平臺在加工時要求平行度0.06 mm，表面粗糙度6.3 μm，保證移動平臺在安裝完成后中心線與導軌中心線基本重合，只需調(diào)整移動平臺水平度即可滿足移動平臺與導軌中心線平行。將合像水平儀放置移動平臺上依次檢測橫向和縱向水平度，根據(jù)水平度偏差分別微調(diào)底座4個拐角處螺母，直至橫、縱向達到水平位置即可。調(diào)整后將平臺與導軌通過螺栓固定，避免位置發(fā)生改變。

3.密封腔位置調(diào)整

由于試驗裝置的軸系中心線為同一水平線，因此密封腔中心線應與移動平臺中心線在一個垂直平面內(nèi)，以保證密封腔在移動過程中與旋轉(zhuǎn)軸同心。可通過游標卡尺測量密封腔底面四角與平臺平行兩邊的距離，根據(jù)測量值調(diào)整至兩者中心重合。

測量調(diào)整時，為避免受到游標卡尺精度和密封腔內(nèi)壁與外壁同心度偏差的影響，粗調(diào)后將1塊百分表安裝在密封腔內(nèi)并保持位置固定，同時按圖中方向移動密封腔，觀察百分表數(shù)據(jù)變化規(guī)律，見圖2。如果密封腔中心線與移動平臺中心線不平行，在密封腔移動過程中百分表讀數(shù)將變大或變小，如果兩者平行，則移動過程中百分表讀數(shù)無變化。調(diào)整百分表讀數(shù)變化范圍在技術要求以內(nèi)時，可以判定密封腔與移動平臺兩者中心平行。調(diào)整完成后通過螺栓將密封腔與平臺之間固定。

圖2 密封腔與移動平臺調(diào)整示意圖

4.旋轉(zhuǎn)軸位置調(diào)整

根據(jù)臺架長度在旋轉(zhuǎn)軸上設計兩個變徑點，以此來限制軸承安裝位置，并在密封腔一側(cè)的軸承座中過盈配合安裝兩個止推環(huán)防止旋轉(zhuǎn)軸在受到較大軸向力后產(chǎn)生的軸向躥動。將旋轉(zhuǎn)軸與軸承和軸承座裝配好后放置在導軌上，使用直角尺測量軸外徑到密封腔外壁兩邊距離進行粗調(diào)，使旋轉(zhuǎn)軸中心與密封腔中心基本重合。鎖緊螺栓將軸承座固定在導軌上，通過調(diào)整移動平臺，使旋轉(zhuǎn)軸端穿過密封腔并伸出密封腔端面10～20 mm。為減少測量誤差，在轉(zhuǎn)軸上安裝兩個百分表分別測量徑向距離，檢測轉(zhuǎn)軸與密封腔是否同心，測量角度相差180°。再在軸端安裝1塊百分表，測量軸向距離，檢測軸端面與密封腔端面是否平行，見圖3。調(diào)整過程中以密封腔為固定端，盤動轉(zhuǎn)軸觀察百分表數(shù)據(jù)變化規(guī)律，以三角形相似原理為調(diào)整依據(jù)，先調(diào)整轉(zhuǎn)軸水平，再調(diào)整轉(zhuǎn)軸左右位置，最終實現(xiàn)兩者中心重合。調(diào)整至百分表讀數(shù)變化范圍在技術要求以內(nèi)時，可認判定旋轉(zhuǎn)軸與密封腔兩者同心。

5．密封腔移動過程中與轉(zhuǎn)軸位置檢測

圖3 密封腔與轉(zhuǎn)軸調(diào)整示意圖

圖4 密封腔移動過程中與轉(zhuǎn)軸平行度檢測示意圖

為避免密封腔在平臺水平移動時和轉(zhuǎn)軸之間存在夾角，導致在不同位置時密封腔與轉(zhuǎn)軸之間同軸度產(chǎn)生偏差，將兩塊百分表安裝在轉(zhuǎn)軸上測量徑向距離，測量角度相差90°。水平移動密封腔過程中保持百分表位置固定，觀察百分表讀數(shù)變化規(guī)律。調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸至兩表讀數(shù)變化在技術要求范圍以內(nèi)時，表明移動過程中兩者同軸度達到要求，見圖4。

6．轉(zhuǎn)速—扭矩傳感器與電機位置調(diào)整

轉(zhuǎn)速—扭矩傳感器與電機位置調(diào)整實質(zhì)就是轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)速—扭矩傳感器、電機三者之間聯(lián)軸器的校正。聯(lián)軸器校正采用雙表找正法。將兩塊百分表安裝在聯(lián)軸器同一端，一塊表測量徑向距離，另一塊表測量軸向距離。調(diào)整至兩表讀數(shù)滿足《機械設備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》GB 50231-1998中對于彈性聯(lián)軸器調(diào)心允許偏差值要求。

三、試驗裝置調(diào)整后的檢測與分析

通過對試驗裝置在運行過程中摩擦扭矩和振動的測量，來評定安裝調(diào)試完成后裝置的同軸度是否滿足機械密封試驗裝置安裝技術要求。

1.摩擦扭矩測量與分析

監(jiān)測結(jié)果顯示，調(diào)整后試驗裝置的摩擦扭矩平穩(wěn)，無明顯異常值或大幅度跳動（圖5），試驗裝置在不同轉(zhuǎn)速下摩擦扭矩平穩(wěn)并具有較高的測量精度，見圖6。

圖5 軸系調(diào)整后摩擦扭矩

圖6 不同轉(zhuǎn)速下摩擦扭矩

2.振動測量與分析

使用MD75-01H/B設備智能點檢儀檢測試驗裝置密封腔、導軌、電機3處振動烈度與電機側(cè)軸承、密封腔側(cè)軸承、兩軸承之間振幅。

測量數(shù)據(jù)顯示，試驗裝置在設計轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行時，振動烈度波動范圍 0.53～1.74 mm/s，且隨轉(zhuǎn)速增加而增加，見圖7。振幅波動范圍5.37～17.24 μm，當轉(zhuǎn)速＜3500 r/min時，振幅值比較小并有所波動，當轉(zhuǎn)速＞3500 r/min時，振幅值較大，見圖8。測量值符合ISO 2372機械振動標準和API611振動標準要求，依據(jù)上述標準評定機械密封試驗裝置振動狀態(tài)合格，可長期運行。

圖7 不同點振動烈度與轉(zhuǎn)速關系

圖8 軸承及其附近振幅與轉(zhuǎn)速關系