Способы центровки валов при монтаже узлов

3. Методы центровки

3.1. Обзор методов центровки

Существует широкий спектр методов проведения центровки. Наиболее общие – следующие:

Несоосность в муфтовом соединении, где мощность передается от привода к приводной машине, порождает вибрацию и разрушающие усилия. Следовательно, это именно то место, где необходимо проверять состояние центровки. Все вышеприведенные методы имеют общее то, что измерения проводятся на валах или полумуфтах. Значения корректировок же даются применительно к лапам машины. Положения лап должны быть рассчитаны, чтобы сделать правильные перемещения. Если это не осуществимо, успех будет зависеть от навыков того, кто производит центровку и удачи, потребуется множество перемещений, а точность будет сомнительной.

3.2 Механические методы

Край линейки,
Щупы
Конусные калибры (иголки)

Эти грубые инструменты центровки, в общем, до сих пор используются в России и нашли свое место в процессе точной центровки в качестве метода достижения грубой центровки.

В основе они зависят от чистоты плоскостей полумуфт и их биения относительно осей валов. Методы просты и, если, к примеру, полумуфты отличаются по диаметру, то измерения невозможно будет выполнить во всех 4-х точках.

Щупы серии «Щ» незаменимы при сборке некоторых муфт для сохранения параллельности и являются частью каждого набора инструментов для устранения «мягкой лапы».

• Простой метод
• Непосредственное измерение
• При ограниченном доступе может быть использован для тонких полумуфт
• Зависит полностью от биения фланцев полумуфт

3.2.1 Метод с использованием края линейки и щупов

С помощью прямого края линейки и набора щупов измеряется смещение так, как показано на рисунке ниже.

Угловая несоосность измеряется щупами, конусными калибрами, штангенциркулями и т.д. Разница в зазорах, измеренных в двух противоположных точках, используется для определения направления и величины относительного наклона валов.

3.2.2. Обзор методов, использующих индикаторы часового типа

Два фундаментальных метода центровки, использующих индикаторы часового типа и комплект приспособлений центровочный КПЦ (разработанный компанией «Балтех»), — это радиально-осевой метод и метод обратных индикаторов. Детальная информация по этим двум методам находится в разделах 3.2.2.1 и 3.2.2.2.

3.2.2.1. Радиально-осевой метод

В течение многих лет он был стандартным методом центровки. Преимуществ по сравнению с более современными технологиями у него относительно мало, но на полумуфтах большого диаметра он дает хорошую точность. С его помощью можно замерять биения фланцев больших полумуфт как часть процедуры предварительной проверки.

Когда используется радиально-осевой метод, одно измерение делается по ободу полумуфты для определения смещения вала. Другое измерение производится в осевом направлении на фланце для определения углового положения вала.

Основные ограничения метода:

• Прогиб выносных элементов ограничивает расстояние применимости этой технологии.
• Конструкция муфтового соединения иногда препятствует доступу к плоскости фланца и в этом случае необходимо сочетать его с другими методами, например, щупами.
• Процесс корректировки становится многоэтапным, сначала исключающим параллелизм, а затем концентричность. Поскольку существуют горизонтальные и вертикальные составляющие для каждого компонента, в действительности будет четыре этапа, каждый из которых, если потребуется, может быть повторен.
• Чтобы оценить результат перемещения, необходимо повторное измерение.
• Осевые перемещения вала напрямую влияют на результат измерений.

Хотя, как и в большинстве технологий, имеются определенные преимущества. В ограниченном пространстве только этим методом можно сделать данную работу. Подобный инструмент и методика в большинстве случаев должны использоваться для оценки биения фланцев полумуфт и радиального биения валов в подшипниках.

Многие производители турбин назначают зазор в муфтовом соединении или биение боковой поверхности в качестве допусков при проведении центровки и в этом случае только данные значения необходимо измерять.

Одно важное замечание, относящееся к сопоставлению показаний, полученных методом с использованием индикаторов часового типа (MVR-1701) и лазерных систем, — то, что практически каждая лазерная система покажет положение валов ниже того уровня, где они по предположению должны находиться.

Необходимость разделения этапов центровки и корректировки угловой несоосности и смещения по вертикали и горизонтали с использованием радиальных измерений может замедлить проведение всей процедуры в целом. Во время перемещения механизма вы можете довольно сильно изменить смещение или угол, что потребует проведения повторных измерений и перемещений. Можно было бы закрепить два индикатора на одном стержне, но это не общепринятая практика. Практические ограничения возможности измерений на фланце – одна из причин, почему пренебрегают измерением угловой несоосности, полагаясь на точность изготовления полумуфт. Если имеется смещение или перекос, вы можете ошибочно полагать, что установили механизмы идеально соосно.

3.2.2.2. Метод обратных индикаторов

Обратных индикаторов, обратный снаружи, обратно-радиальный, обратный часовой, двойной обратный – все это термины для одного и того же метода центровки, использующего два индикатора часового типа и комплект приспособлений центровочный КПЦ (разработанный компанией «Балтех»). При его использовании делаются два измерения по окружности муфтового соединения в двух точках для определения смещения валов. Оба вала вращают одновременно или, в некоторых случая, измерения проводятся в два этапа одним индикатором, но с переменой его положения. Угловое положение вала является наклоном между измеренными смещениями в двух точках.

Этот метод был одобрен и рекомендован к применению в России компанией «Балтех». Заметна тенденция роста стандартизации этой техники в широкой области производств.

Главным преимуществом метода является то, что он дает сразу информацию о смещении и об угловом положении валов и обеспечивает простой расчет и графическое построение положения валов при центровке и корректировке. Увеличение расстояния между измерительными точками (А) увеличивает точность определения углового положения валов. Хотя, для индикаторов часового типа практического значения это не имеет, так как требуется ввод компенсационных значений прогиба.

На коротком расстоянии этот метод уступает в точности определения угла радиально-осевому методу, если расстояние А меньше диаметра полумуфты. Как и для всех измерений часовыми индикаторами, расчет центровки и корректировки требует графического построения. Будьте внимательны при считывании обратных показаний положительных и отрицательных значений. Легко перепутать знаки или пропустить полный оборот стрелки индикатора.

Также как и для радиально-осевого метода перемещения машины в значительной степени — результат пробных смещений с повторными измерениями. Преимущество метода обратных индикаторов в том, что корректирующие значения по смещению и углу даются одновременно, что сокращает время проведения центровки.

3.3. Лазерные системы

Несколько типов лазерных систем центровки доступно для решения задач центровки валов. Вместо стальных стержней с часовыми индикаторами, эти системы используют лазерные лучи и электронные детекторы. Одно из главных преимуществ лазерного луча — то, что нет потери точности измерений, вызванной прогибом выносных штанг. Все лазерные системы, включают в себя лазерные излучатели, приемники и электронный блок, который производит расчеты центровки.

В настоящее время существует два типа лазерных систем, основанных на различных методиках.

• Один лазер с одним приемником
• Двойной лазер, использующий метод обратных индикаторов.

3.3.1. Один лазер с одной или двумя мишенями.

Этот тип системы использует авто коллимацию для измерения смещения и угла с помощью отражающей призмы или пяти осевой мишени. Мишень измеряет и вертикальные и горизонтальные компоненты одновременно с углом. Хотя этот метод точен в угловых измерениях на коротких дистанциях, его труднее использовать и для грубой центровки.

Он может быть также чувствителен к люфтам при вращении валов с разъединенными полумуфтами, и без математических компенсаций тут не обойтись. Требуется повторное измерение после каждой подвижки, так как теряется опорная точка.

При этом нельзя определить боковые перемещения самим устройством или независимые повороты каждого вала. Для преодоления такого ограничения необходимо каким-либо образом соединить валы, чтобы заставить их поворачиваться синхронно. Данный тип используется в импортных лазерных системах.

3.3.2. Двойной лазер, использующий метод обратных индикаторов.

Этот тип системы использует главные преимущества метода обратных индикаторов. Две измерительные системы объединяют лазер и приемник в одном блоке. Техника позволяет отображать текущие значения компонент несоосности и непрерывно обновляет показания при перемещении машины.

Последнее поколение систем имеет разрешение 0,001 мм с фильтрацией для компенсации колебаний воздуха или механической вибрации.

Удобство системы в ее гибкости, которое особенно заметно в грубой центровке и технике конуса, применяемой при центровке карданных валов на больших расстояниях или приводов градирен. Данный тип используется в приборах и системах лазерной центровки валов, разработанных компанией «Балтех».

Источник

Монтаж и испытания эл. машин — Способы центровки валов

Содержание материала

Центровку валов производят для устранения боковых и угловых смещений валов соединяемых между собой электрических машин или электрической машины и механизма.
Назовем условно боковые зазоры буквой а, а угловые — буквой b и рассмотрим четыре возможных взаимных положения валов машин, соединяемых при помощи полумуфт (рис. 6.6).

В положении I валы расположены на одной прямой и оси их совпадают. При одновременном проворачивании валов зазоры а и b остаются неизменными.
В положении II валы параллельны один другому, но между ними есть сдвиг. При проворачивании валов угловые зазоры 6 остаются неизменными, а боковые зазоры а изменяются.
В положении III центры валов совпадают, но оси их расположены под углом. В этом случае при проворачивании валов меняются угловые зазоры b, а боковые зазоры а сохраняются.

Рис. 6.6. Взаимные положения валов машин, соединяемых при помощи полумуфт

Наконец, в положении IV центры валов сдвинуты и оси их расположены под углом. При проворачивании валов будут меняться как угловые b, так и боковые а зазоры.

Из рассмотренного рисунка видно, что валы соединяемых между собой машин могут иметь различные по виду и величине смещения валов.
Существует большое количество способов и приспособлений для центровки валов. В связи с ограниченным объемом книги в ней рассматриваются лишь наиболее прогрессивные способы и приспособления для центровки валов.

Центровка валов с применением радиально-осевых скоб.

Этот способ наиболее распространен в монтажной практике. Перед началом измерения полумуфты разъединяют, а валы раздвигают с тем, чтобы скобы и полумуфты при вращении валов не соприкасались.
Конструкция радиально-осевых скоб и их крепления на ступицах полумуфт показаны на рис. 6.7. Наружную скобу 4 закрепляют при помощи хомута 3 на ступице полумуфты 1 установленной машины, а внутреннюю скобу 6 при помощи такого же хомута на ступице полумуфты 7 машины, соединяемой с установленной машиной. Для соединения хомутов со скобами используют болты 2 с гайками.
Для большей точности измерений при помощи измерительного болта 5 устанавливают минимальные зазоры а и b. В процессе центровки измеряют боковые зазоры а и угловые зазоры b при помощи щупов, индикаторов или микрометров. В двух последних случаях индикатор или микрометрическую головку устанавливают на место болтов 5.
При измерениях зазоров щупом пластинки щупа вводят в зазор с ощутимым трением на глубину не менее 2/3 их длины (практически до 20 мм). В связи с тем, что при замерах щупом возможны погрешности, значения которых зависят от опыта проверяющего, результаты измерений необходимо контролировать.

Рис. 6.7. Центровка валов с применением одной пары радиально-осевых скоб
В случае правильного выполнения замеров сумма числовых значений четных замеров равняется сумме числовых значений нечетных замеров, т. е.
(6.4)
Практически можно считать, что замеры выполнены правильно, если разница между этими суммами будет составлять не более 0,04 мм. В противном случае, не изменяя положения полумуфт, измерения следует повторить более тщательно.
Пример. Валы занимают положение, характеризующееся данными замеров, приведенными на рис. 6.8. Для замеров, показанных на рис. 6.8, а, это равенство составит:

Как показано на рис. 6.8, первое измерение зазоров a1 и b1 производят, когда скобы находятся в верхнем положении. Затем валы проворачивают на 90° в направлении вращения приводного механизма или генератора и снова замеряют зазоры а2 и b2 при совпадении рисок на валах. Всего делают четыре замера при каждом повороте валов на 90°. Пятый замер выполняют как контрольный, когда скобы снова приходят в верхнее положение. Зазоры в первом и пятом положениях скоб должны совпадать.

Рис. 6.8. Примеры выполнения замеров при центровке валов

Рис. 6.9. Приспособления для проворота вала крупной или средней машины:
а — вручную; б — при помощи крана

Во избежание неточностей при замерах рекомендуется повторно измерять зазоры (вновь проворачивая валы в те же положения), причем замеры должно производить одно и то же лицо.
Действительной величиной зазоров а и b в данной точке будет полусумма соответствующих зазоров, измеренных при двух замерах в этой точке. В зависимости от массы роторов проворот валов осуществляют вручную или при помощи крана. При этом проворот вала 1 вручную у электрических машин небольшой мощности производят без каких-либо приспособлений, а у средних или крупных машин применяют специальное приспособление, показанное на рис. 6.9, а. Это приспособление состоит из рычага 4, ленты 2 и зажима 3 для ленты.
Проворот вала с помощью крана (рис. 6.9, б) осуществляют при монтаже крупных электрических машин мощностью 1000 кВт и более. В этом случае на вал 1 навивают несколько витков стального каната 5 с петлями 7 и 8. Петлю 7 зацепляют за болт 6, проходящий через отверстие полумуфты, а петлю 8 прикрепляют к крюку крана, которым при помощи каната 5 вращают вал 1,

Рис. 6.10. Упор для предотвращения осевого хода вала

Перед измерениями после проворота валов на требуемый угол канат ослабляют и для исключения так называемого осевого хода валов, т. е. расхождения или сближения полумуфт, запирают валы специальными упорами, как показано на рис. 6.10. Измерение зазоров производят в одних и тех же точках, для чего на ободах полумуфт наносят риски с обозначением верха, низа и боков. Рассмотрим конкретный пример центровки валов с применением одной пары радиально-осевых скоб.

Пример. Значения измеренных зазоров, мм, для четырех положений валов приведены на рис. 6.11, а. При этом цифры в обозначениях зазоров показывают порядковые номера замеров зазоров. На рис. 6.11, б приведены отдельные установочные данные присоединяемой машины: расстояние от муфты до подшипника 3 l1 = 300 мм; расстояние от муфты до подшипника 4 12=1600 мм, а также расстояние от оси вала до болта r=350 мм.

Для центровки валов, т. е. для устранения их боковых и угловых смещений, необходимо переместить подшипники 3 и 4 присоединяемой машины, передвигая их по плите в горизонтальной плоскости, или переместить их в вертикальной плоскости, добавляя или убавляя подкладки под стояками подшипников.
Для расчета необходимых перемещений подшипников введем следующие обозначения:

Рис. 6.11. К примеру расчета центровки валов при помощи радиально-осевых скоб

Центровка валов по полумуфтам.

Скоба 2 для центровки валов и ее крепление на ободе полумуфты 1 с помощью болта 3 показаны на рис. 6.12. Боковые зазоры b измеряют между измерительным болтом 4, ввернутым в скобу, и внешней поверхностью полумуфты. Вместо измерительного болта можно также использовать индикатор.

Угловые зазоры b измеряют щупом между торцами полумуфт. При этом в каждом из четырех положений полумуфт (0, 90, 180 и 270°) замеряют один боковой зазор а и два или четыре угловых зазора b. Действительное значение углового зазора в каждом из четырех положений определяют как среднее арифметическое путем деления суммы числовых значений на количество замеров (соответственно два или четыре).
Расчет необходимых перемещений в горизонтальной и вертикальной плоскости (значения x1 и х2, у1 и у2) производят по формулам, приведенным выше в примере центровки при помощи одной пары радиально-осевых скоб.

Рис. 6.12. Центровка валов по полумуфтам
Рис. 6.13. Приспособления с ленточным и электромагнитным прижимами

Центровка валов с применением приспособлений с ленточным или электромагнитным прижимом.

Такие приспособления позволяют проводить измерения как индикаторами, так и пластинчатыми щупами. Применение прижимов обеспечивает более точную центровку, чем использование центровочных скоб. Приспособления имеют одинаковую измерительную часть и отличаются друг от друга лишь устройством прижимов.
В приспособлении с ленточным прижимом (рис. 6.13, а) измерительную часть прижимают к полумуфтам 1 и 4 с помощью мягкой стальной ленты 6 и винтового натяжного устройства 5, принцип действия которых ясен из рисунка.
Приспособление с электромагнитным прижимом (рис. 6.13,б) состоит из двух П-образных электромагнитов 7, питающихся от батареек карманного фонаря и снабженных шарнирными полюсными башмаками, которыми оно удерживается на ободах полумуфт центрируемых валов. Форма полюсных башмаков обеспечивает плотное прилегание их к ободам полумуфт независимо от диаметра полумуфт.
Установка двух индикаторов непосредственно на приспособлении позволяет выполнять измерения одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях и с большей точностью, чем при измерениях индикаторами, укрепленными на штативах, когда мерительный штифт индикатора скользит по грубообработанным поверхностям обода и торца полумуфт. При отсутствии индикаторов приспособление позволяет произвести измерения щупом. Для этого в держателе 2 индикаторов устанавливают мерительный штифт, подобный установочному винту 3.

Центровка способом обхода одной точкой применяется, когда один из валов не может проворачиваться. Тогда центровку валов и соответственно измерения зазоров производят при вращении только одного вала.
Для измерения зазоров к полумуфте 3 вращающегося вала прикрепляют скобу 2 с измерительным болтом 4 (рис. 6.14) или скобу, показанную на рис. 6.12. Такой способ, при котором измерительный болт 4 практически обходит (обегает) поверхность полумуфты 5 при проворачивании вала 1, получил название способа обхода одной точкой.

Рис. 6.14. Центровка валов способом обхода одной точкой

Рис. 6.15. Центровка валов при наличии промежуточного вала

При этом способе боковое смещение контролируют щупом по зазору между штифтом 4 приспособления 2 и ободом полумуфты 5, установленной на валу 6. Угловое смещение измеряют при помощи щупа 7 по зазору между торцами полумуфт 3 и 5.

Центровка валов электрических машин и механизмов с зубчатой передачей (редукторов).

В данном случае за базу прицентровки принимают редуктор. Все перемещения производят за счет электрической машины, прицентровываемой к редуктору. В процессе центровки таких машин необходимо учитывать, что вал ведущего колеса редуктора при работе обычно поднимается на размер вертикального зазора в подшипниках. Поэтому вал прицентровываемой электрической машины устанавливают выше вала зубчатого колеса на размер вертикального зазора.
В отдельных случаях, например при соединении приводного двигателя прокатного стана с редуктором клети, вал 1 электродвигателя соединяют с валом 5 редуктора (рис. 6.15) с помощью промежуточного вала, не имеющего подшипников.
Так как длина промежуточного вала достигает 1,5— 2 м, проверка взаимного расположения валов 1 и 5 приводного двигателя и редуктора с помощью щупа, индикатора или другого измерительного инструмента в таких случаях невозможна. Наиболее простой и достаточно достоверной для данного случая является центровка валов при помощи специально изготовленных угольников 2 и визирной струны 3.
Внешние стороны каждого угольника должны быть простроганы под углом 90°. Угольники крепят одной стороной к торцовым плоскостям полумуфт, а по другим их сторонам натягивают струну из стальной проволоки. По струне и угольникам измеряют как боковые, так и угловые смещения 4 валов двигателя и редуктора. Для крепления угольников к плоскостям полумуфт и для натяжки визирной струны применяют болты 6 с гайками.

Таблица 6.1. Замеры радиального биения вала

Рис. 6.16. Схема выверки трехмашинного агрегата:
I, III — генераторы; II — приводной двигатель; 1—4 — подшипники

При выборе диаметра болтов и затяжке гаек следует учитывать, что любое перемещение болтов в отверстиях полумуфт в процессе проворачивания валов может привести к искажению результатов замеров и неудовлетворительному качеству центровки.

Источник