轴弯曲测量与校直

轴弯曲测量与校直 轴弯曲测量与校正 教学目的 通过对轴弯曲测量及校直理论学习与实际操作，使学员掌握轴弯曲测量及校直的方法、步骤。能够进行一般的轴弯曲测量，绘制轴弯曲曲线图，确定轴弯曲的最大弯曲点位置和弯曲值。并根据轴弯曲的情况选择适当的校直方法进行一般的校直工作。 教学方法 通过模拟弯曲轴，理论与实际相结合，讲述轴弯曲测量、校直的方法、过程和操作要点。 教学 •轴弯曲测量前的检查----对轴进行清扫，外观检查，判断轴的基本情况。 •轴弯曲的测量----正确使用百分测量、记录转轴各段截面跳动情况，计算绘制截面弯曲向量图，根据各截面弯曲向量图绘制弯曲曲线图，分析确定最大弯曲值及最大弯曲点位置。 •直轴前的检查----对轴进行必要的金相检查，以进一步确定轴的整体情况，为直轴做好前期工作。 直轴的方法----机械加压直轴法;捻打直轴法;局部加热直轴法;局部加热加压直轴法;内应力松弛直轴法。 概 述 转动机械是发电厂设备组成的重要部分，如汽轮机、发电机、电动机、给水泵、循环水泵、凝结水泵、风机以及各类中低压水泵等。这些设备运行性能的好坏，直接影响机组的经济性和安全性。这些转动设备在发电厂占据着极其重要的地位。而对这些转动设备最应引起重视的莫过于转轴，而最易出现问的也恰恰在转动轴上。此外，还有一些设备虽然不是转动机械，如阀门、设备的推拉机构等，这些设备中存在轴向承力的阀杆、推拉杆等，这些阀杆、推拉杆出现弯曲的几率也较大，实际检修中出现异常的几率会更高，轴、阀杆、推拉杆弯曲是发电厂设备设备故障较高的部件，转轴、阀杆、推拉杆一般精度较高，价值较大，出现弯曲修复的必要性很高。在我们现场可进行操作的一般为弯曲情况测量和中小型水泵泵轴、阀杆、推拉杆的校直。 一、轴弯曲测量前的外观检查 对拆卸后的泵轴、阀杆、推拉杆等表面进行外观检查时，一般情况下不需要特意加以修整，只需要清除油污，用细砂布打光，对有拉毛或 1 有毛刺的地方用什锦锉修整光滑，使泵轴清洁即可。检查是否有沟痕，轴颈表面是否有擦伤、碰痕，如果有，则应专门进行修整。清扫检查完好的轴件可进行弯曲测量。经检查，若发现有以下情况之一者应更换新轴: 1.轴表面发现裂纹，此裂纹会在交变的负载下不断发展，如不更换会导致短轴的事故。 2.轴表面有高速液流冲刷的沟槽，尤其是在键槽处。 3.轴弯曲较大，经多次校直，运行后仍发现弯曲者。 4.轴弯曲为扭曲者。 二、轴弯曲的测量 测量轴弯曲时，应在室温状态下进行。大部分轴可在平板或平整的水泥地上、将两端轴颈支撑在滚珠架或V型铁上进行测量。采用轴承或V形铁作为支承架，应保证支承架本身的水平度，要求允许偏差小于0.02/1000毫米。重型轴如汽轮机转子轴，一般在本体的轴承上进行。测量前应将轴向窜动限制在0.10mm以内。 1.测量步骤 1.1测量轴颈的不圆度，其值应小于0.02mm。 1.2将轴分成若干测量段，测点应选在无锈斑、无损伤的轴段上，并测记测点轴段的不圆度。 1.3将轴的端面八等分，序号的1点应定在有明显固定记号的位置，如键槽、止头螺钉孔，以防在擦除等分序号后，失去轴向弯曲方位(图2-1)。 图 2-1 轴端面的等分方法 1.4为了保证在测量时每次转动的角度一致，应在轴端设一固定的标点， 2 如划针盘、磁力表座等。 1.5装架百分表时，应按图2-2所示的要求进行，并检查装好后的百分表灵敏度。 图2-2 百分表架装要求 1.6将轴沿序号方向转动，依次测出百分表在各等分点的读数，并将读数按测段分别记录在图2-3(a)所示的图中。根据记录图计算出每个测段截面的弯曲向量值，计算方法为同直径读数的1/2(即为轴中心弯曲值)。将截面弯曲向量图绘在测量记录图的下面，如图2-3(b) a (b) 图2-3 轴弯曲测量记录 1.7根据各截面弯曲向量图绘制弯曲曲线图，纵坐标为轴各截面同一轴 3 向的弯曲值，横坐标为轴全长和各测量截面的距离(按同一比例绘制)。根据各交点连成两条直线，在直线交点及其两侧多测几个截面，将测得的各点连成平滑曲线与两直线相切，构成轴的弯曲曲线，如图2-4所示。 图2-4 轴弯曲曲线 2.轴弯曲状态的分析 2.1对轴弯曲状态的分析，是依据轴各截面的测量记录及弯曲向量图进行的。从图2-4可以看出，该轴的各截面的最大弯曲向量位于同一个轴向，说明该轴只有一个弯。 2.2如果各截面的最大弯曲向量不在同一方位，则说明该轴不止一个弯。此时应根据截面的最大弯曲向量方位，绘制另一轴向的弯曲曲线图。 2.3对图2-3(b)向量图中所示的三个向量值应如何理解,【图2-5(a)】图中序号2与序号8的弯曲向量，是由于轴心向序号1弯曲0.15mm后所产生的分向量，如图2-5(b)所示，只要消除序号1方位的0.15mm，则序号2处的0.07mm与序号8处的0.08mm也就不存在了。 4 图2-5 轴弯曲向量图中的向量关系 2.4图2-4的弯曲曲线图是一理想曲线，在实际工作中各种因素的影响，如轴的不圆度、各轴段的不同轴度及测量误差等，使各截面的最大向量的连线不是直线。因此在绘制弯曲曲线图时，要对各弯曲点进行分析，并均衡各弯曲点的关系。如图2-6(a)所示各点的连线，是在分析、均衡各点关系后绘制出的。又如图2-6(b)所示，根据个点的分布情况，就不能用两条直线简单地均衡各点的关系，经分析，该轴可能在同一轴向有两个弯(如图中的m、n处)为证实分析的正确性，应进行实际复测验证。 图2-6 轴弯曲曲线的分析 2.5对曲线图中直线交点，反映在轴上就是轴的弯曲处，也是直轴时的校直处。若该点有误，不仅不能将轴校直，反而将问题搞复杂，甚至造成轴的报废，因此在轴的校直前，必须对校直位置进行仔细复查，以证实在该处进行校直的正确性，这一点特别重要。 3.最大弯曲值与校直量的关系 5 通常所说的轴的最大弯曲值，是在该轴以原轴承为支点的条件下所测。若改变支点的轴向位置。则最大弯曲值也随之改变，如图2-7 在直轴时，轴的校直量与轴的弯曲值是不同的值。轴的校直量要根据直轴的方法、轴的固定方式及监测用的百分表架设位置而定。以图2-8为例，设测量时轴的支点距为L，最大弯曲值为0.15mm，采用捻打直轴法，监测用的百分表架设在轴上K点，丛K点至K1点(校直后百分表位置)就是直轴时的校直量。但不论K点位于轴上何处，KK1值与轴的最大弯曲值有一定的比例关系， KK1值可用作图法或数学计算求出。 图2-8 最大弯曲值与校直量的关系 三、轴的校直 1.直轴前的检查 1.1检查轴的最大弯曲点位置区域是否有裂纹。用砂布将要检查的区域打磨光，并用进行无损探伤检查。若有裂纹时，应及时进行处理，否则在直轴时会进一步扩大。无法处理的应更换新轴。 1.3如果轴因摩擦引起的弯曲，则测量摩擦部位和正常部位的表面硬度。若轴的摩擦部位金属已淬硬，在直轴前就应进行退火处理。 1.4当轴的材料不能确定时，应取样进行金属材料分析，注意取样时不 6 能损伤轴及轴的中心孔。 2.直轴的方法 2.1机械加压直轴法 把轴放在V型铁上，两V型铁的距离一般为150—200mm，轴的最大弯曲点对准压力机的压头，在轴的下方或轴的端部装上百分表，如图3-1。 图3—1 下压的距离应略为大于轴的弯曲值，也就是要有一定的过直量。过直量一般不超过该轴允许的弯曲值。此法直轴一般不需要进行加热处理，但精度不高，常用于一般阀杆及其他棒类的校直。 2.2捻打直轴法 捻打直轴法就是通过捻打轴的弯曲处凹面，使该处金属伸展，将轴校直。此法直轴精度高、应力小、不产生裂纹，多用于弯曲不大、直径较小的轴的校直。操作时将轴放在支座上，最大弯曲点的凹部朝上，在支座与轴接触处应以铜板或铝板之类的软金属或硬木衬垫，轴必须固定牢固。轴的另一端自由悬空，必要时可在悬空端吊上重物或机械加压，以增加捻打效果，如图3—2所示 图3-2 • 用手锤锤击捻棒，先从1/3圆弧的中心开始，左右相间均匀地捻打。锤击次数应中间多，左右两侧逐渐递减。轴向锤击次数也是有中央向轴的两端递减。如图3-3所示 7 • 每捻打完一遍，检查一次轴的伸直情况。轴的伸直开始变化较大，以后由于轴表面逐渐硬化，轴的伸直也减慢了，经过多次捻打效果不显著时，可以用喷灯将轴表面加热到300—400?，进行低温退火再捻打，捻打到最后时要防止过直，但允许有一定的过直量(0.01-0.02)。 • 最后将捻打的部位进行低温退火，消除内应力和表面硬化。 2.3局部加热直轴法 • 直轴的原理:轴发生永久形弯曲往往是因为单侧摩擦过热而引起的。金属过热部位受热膨胀。轴产生暂时的热胀弯曲;与此同时受热部位的膨胀又受到周围温度较低金属的限制，而产生很大的压应力，如图3-4(a)。若压应力大于过热部位的屈服极限时(金属材料的屈服极限随温度的升高而降低)，将产生塑性变形。 图3-4(a) 图3-4(b) 被塑性压缩的体积，即为该部位金属在过热温度下应膨胀而受周围限制而不能胀出的体积。当恢复常温后，过热部位收缩后其体积与常温下原有体积比较，还要减小被塑性压缩的体积，并向内拉扯周围金属，使轴曾受过热的一边长度变短，而其他部分仍恢复原有长度，于是轴呈现相反向弯曲，过热处位于凹处，如图3-4所示。 8 图3-4 局部加热直轴就是采用这种原理，即在转子凸起部位进行局部加热，使其产生塑性压缩变形，在冷却后，反向弯曲而是轴伸直。 • 直轴的具体做法 直轴时将轴的凸起部位向上放置。不需要受热的部位用石棉制品隔绝。加热段用石棉布包起来，下部用水浸湿，上部不要浸水，并留有加热孔，如图3-4所示。 图3-4 9 加热孔周围的保温材料层不宜太厚，以免妨碍火嘴的移动。加热要迅速均匀，并选用头号火嘴。加热从孔中心开始，然后逐渐扩展至边缘，再从边缘回到中心。在这过程中应防止火嘴停留在某一点不动，以防止轴局部过热而加剧弯曲。当温度达到600—700?时，即可停止加热，并立即用干石棉布将加热孔盖上，待轴冷却到室温时，测量轴的弯曲情况。若为达到要求的数值，可重复再直一次。 在加热过程中，轴的弯曲度是逐渐增加的。加热完毕后，轴在冷却的过程中开始伸直。随着温度的降低，轴不仅回到原弯曲形状，而且会逐渐向原弯曲的反方向伸直，如图 所示。最后的轴校直状态，要求过直0.05—0.075mm。这个过直量在轴退火后可以消失。轴直完后，应在加热处进行全周退火或整轴退火。对弯曲不大的碳钢、低合金钢轴，用局部加热直轴法还是比较方便快捷的。 2.4局部加热加压直轴法 • 此法与局部加热直轴法不同之处，是在加热之前利用加压工具使轴的弯曲部位先受压，以增加直轴效果。压力的大小决定于轴两端支点的距离、轴的直径及弯曲值。施加的压力必须在轴完全冷却之后方允许卸压。至于轴的加热方法、加热温度及退火处理等均与局部加热直轴法相同。 此法直轴效果较前几种方法好，但不适用于高合金及经淬火的轴，而且稳定性较差，在运行中有可能向原弯曲形状再次变形。在直轴过程中没有达到校直要求的轴或运行后再次弯曲的轴均允许重复进行校直，但次数不能过多，一般三次为限。 2.5内应力松弛直轴法 此方法是将轴的最大弯曲处的整个圆周加热到低于回火温度30—50?，接着向轴的凸起部位加压，使其产生一定的弹性变形。在高温下，作用于轴的内应力逐渐减小，同时弹性变形逐渐转变为塑性变形，从而达到直轴的目的。这种直轴法校直的轴具有良好的稳定性，尤其是对于用合金钢锻造或焊接的轴，用这种方法直轴最为可靠。 • 直轴过程:直轴时用顶丝将承压支架顶起，使轴颈离开滚动支架约2mm。轴的最大弯曲点在正上方。采用电加热的方法，以80-100?/h的温升速度，升到650?左右(最高不得超过700?)时恒温，并开始逐步加力。用千斤顶控制加力的大小，达到预定压力后即恒压，在恒压期间随时观察电流、电压、温度及轴的挠度的变化，恒压时间根据轴的松弛情况决定。当轴的挠度变化极其缓慢以至于不变化时，即停止加压，松开千斤顶和支架顶丝，使轴落在滚动的支架上，轴每5分钟转动180?(要来回转动，以免弄断温度测量线)，带轴上下温度均匀后，再测量 10 轴弯曲。测量前应注意停止送电。根据测量结果，若要再次校直，应接着进行，并在允许范围内适当提高加热温度和压力否则效果不大。 • 直轴后的检查:首先检查加热加压的部位表面是否有裂纹，加热部位的表面硬度是否有明显下降。由于直轴后的剩余弯曲及弯曲方向与轴在弯曲前有差异，故应对转子进行找平衡工作。这对于所有用不同方法进行直轴的转子都适用。 11