可倾瓦轴承间隙精确测量工具设计

余永增，杨 巍，孙靖哲

（1.中国石油兰州石化公司设备维修公司，甘肃兰州730060；2.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃兰州730060）

随着旋转机械日益向高速度、大功率方向发展，具有高稳定性的可倾瓦轴承应用越来越广泛。但轴承工作过程中由于转子的转速、负载及自身重量等因素，可倾瓦轴承在侧、径向受力较大，设备长时间运转时会产生转子与轴承的干摩擦等不当工作状态，造成可倾瓦轴承的瓦片磨损，磨损量不断增大时转子的转动就会偏离转动中心轴，造成造成设备振动和损坏事故。合理的轴承间隙，是保证机组安全正常运行的重要措施， 因而准确地测量轴承间隙，是机组检修的重要内容。

机组检修时轴承间隙可以由压铅丝法或抬轴法测得，这2 种方法均能真实反映椭圆瓦，圆瓦的轴承间隙。而对可倾瓦轴承由压铅丝法、抬轴法和测量瓦块厚度综合计算法测得，误差较大，检修中只能反复测量，取平均值；而有些轴承间隙用传统方法很难测量，给检修带来不便，仅能保守更换轴瓦，造成人力财力浪费，因此在实际检修中迫切需要一种可倾瓦轴承间隙精确测量的专用工具。

1 可倾瓦轴承现有测量方法及分析

1.1 现有测量方法分析

实际检修时可倾瓦轴承间隙测量方法主要有塞规测量法、压铅丝法、抬轴法、测量计算法等，测量精度依次增加。塞规及压铅丝法可操作性不强，测量误差太大；抬轴法被广泛使用，但实际测量的间隙偏大于实际间隙，而且需要借助吊装设备，操作不当易损坏轴承。测量计算法是用千分尺分别测量轴颈、可倾瓦块及轴承体内孔，通过计算间接得出轴瓦间隙。即把可倾瓦从瓦壳内取出，先使用内径千分尺按上下、左右分别测不同方向孔径数值；用外径千分尺测量几个瓦块的厚度和轴颈直径。根据测得各个部位尺寸计算出轴承间隙为：间隙S=D（瓦壳内孔径）-2h（瓦块厚度或平均值）-d（轴颈直径）。测量计算法测得的间隙值较准确，但测量过程繁琐，容易产生人为误差，效率不高，难以满足炼化设备的检修需求。

1.2 可倾瓦轴承结构测量分析

可倾瓦轴承通常由3～5块或更多块呈弧形的巴氏合金块组成。每个瓦块工作时，可随转子的载荷的变化而自由摆动，在轴颈周围形成多油契。每块瓦背弧与轴承座内径为线接触，可自行调整。每个瓦块作用到轴颈上的油膜力总是趋向轴颈中心，因而消除了导致轴颈涡动的力源，所以可倾瓦有良好的减振性。可倾瓦具有较大承载能力，低功耗且能够承受各个方向的径向载荷。因此，可倾瓦轴承还具有结构简单、检修方便、瓦块互换性强的优点，为现代大功率、高转速机械所采用。

滑动轴承工作时由于轴颈与轴瓦的接触会产生摩擦，导致表面发热、磨损，甚至“抱死”。其磨损的形式包含瓦面腐蚀、轴颈表面腐蚀、轴颈表面拉伤、瓦背微动磨损、轴承表面拉伤、瓦面剥落和轴承烧瓦。可倾瓦轴承出现的主要缺陷有：瓦块巴氏合金磨损严重、调整垫片或球面销磨损严重及轴承垫铁接触不良等状况［1]。但无论哪一种磨损，其最终都体现在轴承和轴颈之间间隙的变化。

检修中，因瓦块的可活动性和可倾瓦圆周的不连续性，其与主轴装配间隙难以测量。要达到精确测量，必须借助假轴使瓦块全部撑开，使瓦块回归原工作位置。进而由各瓦块圆弧形成的轮廓确定其内径的真实大小，间接计算出装配间隙［2]。

2 可倾瓦轴承间隙精确测量系统

2.1 可倾瓦轴承间隙测量模型

由于可倾瓦轴承的特殊结构，准确测量的前提是必须要对每片瓦进行定位，避免测量对象倾斜带来的测量误差，建立测量模型见图1。

图1 间隙测量模型

（1）确定基圆直径D。先固定瓦块位置，因3点可确定1 个平面，先确保瓦块3 点支撑，通过位移传感器把3 点的数据进行采集，描绘出3 点所确定的基圆，通过软件计算出基圆直径D。

（2）测量其余自由瓦块与基圆间隙Si。等3点定位后，剩余2 个点随之张开，通过传感器测量及数据处理，可测得2点与基圆的间隙Si。

（3）测量轴径尺寸d。用外径千分尺测量主轴轴颈尺寸，可多测量几次求平均值d。

（4）间隙计算

通过单片机数据处理，分别计算每片瓦与轴的间隙，计算公式为：△i=D/2+Si-d/2。

2.2 可倾瓦轴承规格

对某炼油厂重催装置关键机组可倾瓦轴承规格进行统计，依据轴瓦规格，确定专用工具量程为80～300 mm。基圆测量工具采用事先预制的标准环进行标定，瓦块磨损间隙采用量程为2 mm 的电涡流传感器进行测量。为便于使用，将根据需要制作不同规格的标准环可倾瓦有4块和5块2种形式，所以要对专用工具的撑开装置分别设计［3]。

3 可倾瓦间隙精确测量结构设计

3.1 机械部分

机械部分在设计中引入气动活塞及配套机械滑块移动原理，使轴向滑动转换为测量撑开机构的径向运动。因此，在零件公差和定位基准等方面需满足高精度测量的需要，机械部分主要由可倾瓦基圆定心机构、涨紧机构、回缩机构和测量机构四部分组成［4]，见图2。

（1）定心机构 气缸推动定位盘移动，带动圆周方向上均匀分布的楔块、水平滑块、竖直滑块和顶块沿径向均匀张开，直到顶块与轴瓦接触，当至少3块顶块定位后，即可以将整个测量系统稳定的安装在被测量轴承内。

（2）涨紧机构 当3 片以上的顶块在轴瓦内部定位后，小气缸同时推动5 个活塞向前运动，水平滑块同时受力，但是向前运动的仅是已磨损的瓦块，其间隙相应较大。

（3）回缩机构 测量结束后，大气缸前气室进气，活塞后退，通过拉杆、退出托盘带动水平滑块向后运动，楔块机构自动解锁，竖直滑块在弹簧作用力下向芯轴回缩。

（4）测量机构 测量机构采用整体定位，所有沿径向运动的零件始终同步，且竖直滑块和顶块的位移相等，后盖上的电涡流传感器通过检测竖直滑块的位移，确定每个瓦片的实际磨损量。

图2 测量系统机械部分

3.2 气动控制部分

可倾瓦测量仪气动控制回路由空气压缩机、压力调节阀、压力表、电磁阀、大气缸和5个小气缸组成。测量过程中气压应保证在0.5～0.6 MPa。采用气动快速插头实现气路快速连接。

3.3 数采及处理系统

数据采集系统由传感器、变送器、采集卡组成。采集系统要求抗干扰能力强、A/D 转换精度高、几路传感器快速同时采集和处理。传感器使用上海某公司的YTHN808 型一体化电涡流传感器，量程为2 mm，测量分辨率为0.001 mm，输出4～20 mA电流信号［5]，见图3。

图3 可倾瓦轴承数采及处理软件界面

4 结束语

新设计和制造的可倾瓦间隙精确测量工具可全面提高检修效率和检修精度，减轻劳动强度。按照固定瓦（圆筒瓦、椭圆瓦）、4 片可倾瓦、5 片可倾瓦将测量装置分为3 大类，分别设计每类测量体，实现对各种规格轴瓦的测量。