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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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相似原理在大功率柴油發電機主軸承座維修中的應用

2012-11-20

作者：吳楠
　　1　故障概述
　　2000年，塘廈電力有限公司一臺NIGATA（日本新瀉鐵工所）18PC2-6V柴油發電機組在運行過程中出現主軸承溫度過高自動停機，拆檢結果為柴油機第四道主軸承下軸瓦嚴重燒損，軸承座有高溫變形，軸頸表面經探傷檢查未發現裂紋。
　　由于軸承座變形嚴重，無法直接修復使用。經向生產廠家咨詢，對方沒有保存該機主軸承座的加工數據，無法提供新件更換。
　　主軸承座變形情況如圖1a所示。
　　由于同軸度要求極高，大功率多缸柴油機主軸承座孔是采用與機體配合加工而成，這決定了各軸承座不具有互換性。其圓弧面中心軸線O與機體貼合平面P并不一定重合，各主軸承座半圓弧面深度H不盡相同（參見圖1b）。因此在發生變形后，如果設備生產廠未保留原始加工紀錄，則很難確定其變形前的原始數據，必須采取其它方法來滿足實際裝配要求。
　　為盡快恢復生產，在對變形的主軸承座進行測量分析后，決定對變形的主軸承座進行現場修復。
　　2　修復加工步驟
　　2.1軸瓦貼合面的修復
　　加工一個工藝假軸，研磨加工圓弧表面，以恢復其幾何形狀。
　　2.2上平面的修復
　　采用平面磨床磨削加工，修正主軸承座上平面。
　　加工后的主軸承座如圖1b所示。注意在加工中應盡量減少磨削量，同時必須盡量保證上平面P對半圓柱面軸線O的平行度；半圓柱面軸線O對側面B的平行度以及上平面P對側面B（主軸承座安裝橫向定位面）的垂直度。加工后半圓弧面深度H會小于原始值，這一尺寸將在安裝時通過加裝調整墊片來恢復（見圖2，⑤）。由于受力大，調整墊片使用不銹鋼材料以保證墊片具有足夠的剛度。
　　3　安裝調整
　　安裝中Z困難的問題是確定正確的調整墊片厚度。
　　由于柴油機結構復雜，拆卸主軸工程浩大，非萬不得已是不考慮的。由于曲臂遮擋，很難用常規方法準確測量安裝后主軸承孔在垂直方向的直徑，這導致難以準確確定調整墊片厚度。為此，先后采用了兩種不同的方法。
　　3.1壓鉛塊厚度測量法
　　次安裝按照日本專家的方法進行。將直徑10mm，厚5mm鉛塊放置于下軸瓦安裝部位，鎖緊軸承座緊固螺栓，拆除后測得鉛塊厚度，用軸瓦厚度減去鉛塊厚度，得出的墊片厚度為0.10mm。按此厚度加裝墊片后裝復，測量曲軸開檔差在允許范圍。開機運行帶90%負荷時，該道軸承溫度為79℃，高于其他軸承3~5℃，但基本穩定。日方專家確認修復成功。
　　但到2001年，機組運行6000h后大修拆檢發現，該道主軸瓦合金鍍層磨損嚴重，雖然沒有偏磨現象，但合金鍍層磨損面積超過2/3，而其他主軸瓦磨損面積均不超過1/3。由于當時急于開機，就直接更換新軸瓦后開機，運行不到24h即出現主軸承升溫報警，停機拆檢發現新軸瓦已損壞。為減少配件損失，臨時更換一道舊軸瓦后再次開機，帶90%負荷時溫度維持在79℃，情況穩定。
　　按照生產廠提供的維修手冊，主軸瓦的正常使用壽命為24000~28000h，且在磨損面積不超過2/3時可繼續使用。上述狀況顯然達不到設計標準。從上述現象分析，該道主軸承負荷偏高，是造成軸瓦異常磨損的主要原因，而負荷偏高是由于調整墊片厚度不夠，造成該道主軸承底面高度高于其它軸承所致。基于以上分析，決定對該道主軸承座調整墊片厚度進行重新確定。而為修正次安裝的誤差，須采用更為精確的方法來確定調整墊片厚度。
　　3.2主軸提升量測量法
　　除兩端和第十道主軸承外，在結構相似、受力相似、變形相似的情況下，第二至第九道主軸承在靜態下對主軸頸的支撐力應該是相等的。在拆卸主軸承時，對應的主軸頸會因為自重產生彎曲變形而下沉（已拆除對應活塞連桿及平衡塊），在安裝主軸承座時，其支撐力對主軸頸的提升量也是相等的。
　　根據這一分析，決定選擇與第四道主軸承Z為相似的第六道主軸承作為比照依據。使用百分表實測第六道主軸承安裝前后主軸頸的提升量為0.03mm，第四道主軸承在加0.10mm調整墊片時，安裝前后主軸頸的提升量為0.05mm，高出0.02mm，據此決定將調整墊片增加相應尺寸，Z終確定調整墊片厚度為0.12mm（實際使用兩片0.06mm墊片代替），安裝前后主軸頸的提升量為0.03mm，開機運行帶90%負荷時，溫度穩定在76℃，情況正常。
　　運行24000h拆檢，實際磨損面積不足50%，與其它軸瓦相當，完全達到設計標準，證實修復完全成功。
　　4　分析
　　壓鉛塊厚度測量法在實際檢修工作中用途甚廣，例如測量齒輪間隙等，但在本例中卻出現了較大的誤差，究其原因，主要由下述因素所造成。
　　由于存在徑向間隙，主軸頸在靜態時其頂部處于自由狀態。當鉛塊受壓時，其對主軸頸有較大的反作用力，當此作用力超過該段主軸自重時，會使主軸產生向上彎曲。雖然主軸直徑較大，具有較大的抗彎能力，但第三道至第五道主軸承之間的跨度近1000mm，加上4個長度400mm的曲臂，總長度超過2000mm，如此大的跨距造成主軸向上的彎曲變形量超過了預期的誤差，再加上主軸承座的向下彎曲變形，測量中出現0.02mm的誤差是可以理解的。
　　主軸提升量測量法使用了相似原理，以結構和受力均極其相似的第六道主軸承作為比照對象，其精確度在不考慮表計誤差的情況下，完全取決于比照對象與待測對象的相似程度，從而避免了各種變形對測量結果的影響。在本例中其精確度達到了0.01mm以上，效果理想。
　　5　結論
　　在實際設備檢修工作中，受現場條件、檢測加工等條件的限制，常常出現常規檢測手段無法應用的情況。而由于設備制造誤差、運行磨損量及受力變形等因素的不確定性，使得在研究設計中常用的一些計算方法同樣無法精確使用。
　　利用相似原理，通過對設備結構、受力情況等因素的周密分析，找到可作為比照依據的參考點，間接測量確定所需的關鍵數據，是一種經濟便捷、行之有效的方法。
　　在選擇測量方法時，必須對待測對象進行全面細致地分析，綜合考慮可能的影響因素，確定Z佳的直接或間接待測量，按照不同測量方法的特點，正確選擇和應用測量方法。只有這樣，才能達到理想的效果。
來源：《柴油機》2006年第03期