激光对中仪的工作原理(1) 设备对中的必要性及千分表对中法设备的对中是指用仪器或其它检测工具对两个相连设备安装时的相对位置精度进行检测和调整 ,以保证其转轴位于同一条直线上。如果设备对中不良 ,会造成轴承过早损坏、联轴节摩擦增大、转轴发生往复移动等问题 ,从而降低设备的能源使用效率 ,提高设备运行成本 ,大大缩短设备的使用寿命。此外 ,对中不良会对转轴密封性产生严重影响 ,而更换密封件的费用有时可达到购买设备价格的 20 %。过去 ,国内厂家主要使用千分表法来对中设备 ,其对中原理如下 :按图 1 方式安装千分表 ,图中的 A和 B 分别表示需要对中的两个传动轴 , O 和 O′分别为A 和B 轴的轴心线与垂直于A 轴轴心线的平面M的交点。千分表支架固定于 A 轴并随 A 轴旋转一周 ,千分表测头触点在 B 轴表面形成的轨迹是位于平面 M 内的闭合曲线(图中虚线所示) ,当 B 轴为表面光滑的圆柱体时 ,该闭合曲线是一个中心位于 O′的椭圆 , OO′即为 A 、B 两轴的轴心线在平面 M 内的轴偏差值。如果轴偏差和角偏差均为零 ,表明 A 、B 轴的轴心线重合 ,千分表旋转一周中的示值将始终为常数 ,千分表测头触点形成的轨迹应是半径为 RB 的圆(见图 2) 。反之 ,如存在轴偏差 ,则千分表示值在旋转过程中会发生变化 ;如存在角偏差 ,则千分表测头触点形成的轨迹将会是一个短轴为 2 RB 的椭圆 (见图 3) ,且在旋转过程中千分表示值会不断变化。由此可知 ,千分表对中法是根据千分表测头在光滑圆柱轴表面形成的轨迹来确定其轴线位置。但是 ,如果被测轴为非光滑圆柱表面或存在表面缺陷 ,该方法就可能失效。此外 ,该方法的最大缺点是触点受力变化会引起千分表支架位移 ,影响对中精度 ,且安装、观测操作不便 ,工作效率低。(2) 激光对中仪的工作原理激光对中仪是国外开发的一种先进、高效的设备对中仪器 ,具有精度高、效率高、易于操作等优点。近年来国内不少厂家 (如炼油厂、自来水厂等) 都已采用激光对中仪对机械设备进行安装和检修。众所周知 ,激光具有极佳的方向性和单色性。方向性是指激光的光束发散角极小 ,基本沿直线传播 ,到达接收器时能量损失很小 ;单色性是指激光波长单一 ,易被接收器识别 ,不易受外界光干扰。激光对中仪正是应用了激光的这两大特点。激光对中仪通常采用波长 635～670nm 的半导体红色激光。图 4 为一对需要对中的设备示意图。在 A 轴和B 轴上分别安装能同时发送和接收激光束的测量器 ,并通过信号线与仪器主机相联。图4激光束分别从装在 A 、B 轴上的两只测量器发出 ,并被对方所接收。当光束落在接收器的光电点阵 CCD 采集面上时 ,便形成一个很小的照射区域 ;仪器主机经过计算 ,确定出该照射区域的能量中心点。随着轴的转动 ,各自光束的能量中心点也分别在对方接收器的 CCD 采集面上移动。仪器根据位移量即可计算出被测设备的轴偏差和角偏差。激光对中仪是通过分别测量两个正交平面内实际偏差的分量、并分别纠正其分量偏差来调整对中设备的。现将激光对中仪的工作过程简化 ,如图 5所示 ,并研究其中一个平面内的偏差分量。图中 ,A 和 B 分别为两个被测轴的轴心线 , S 为测得的两只测量器间的距离 ,δ为两轴联接端面处的轴偏差(通常位于两测量器间的中点) ,α为两轴间的角偏差。两轴经过 180°的翻转 ,轴上的测量器便从两轴的上半部分别移至下半部 ,此时 ,激光束分别在对方接收器的 CCD 采集面上发生位移 ,设位移的径向分量分别为 ΔA 和 ΔB ,可知角偏差与径向位移分量的关系为tanα= (ΔA +ΔB) / 2S (1)假设 B 轴作平移 ,使两轴在中点处重合 ,则 ΔA和 ΔB 将分别变为 ΔA - 2δ和ΔB + 2δcosα。根据对称原理 ,可知轴偏差与径向位移分量的关系为ΔA - 2δ=ΔB + 2δcosα (2)从以上分析可知 ,激光对中仪的测量值仅与对方接收器 CCD 采集面上光束能量中心位移的径向分量有关。由式(1) 可知 ,角偏差的任何微小变化均可从 ΔA +ΔB 的变化中检测出来 ,而使用千分表是无法做到这一点的 ;式(2) 则表明 ,当角偏差很小时 ,cosα= 1 ,δ= (ΔA - ΔB) / 4 ,测量的精确性相当高。值得一提的是 ,大多数激光对中仪除了能精确地测出轴偏差和角偏差外 ,将设备地脚垫平点与测量器的距离输入仪器 (见图 4) ,还能计算出设备各个地脚的垫平值及平移值 ,大大方便了设备的调整。激光对中仪在供水行业的应用以下为激光对中仪EASY - LASER
在供水行业设备调整中的部分应用实例。(1) 应用实例 1 :南京城北水厂二级泵房 1 号机组电机水泵的平车调整设 备 : IDP 6002LNN2950 型 清 水 泵 , ABBHXR500LP10 型电机 (功率 590kW ,最高转速 590r/min) 。调整原因 :因轴不对中引起振动 ,造成电机驱动端轴承损坏。(2) 应用实例 2 :南京北河口水厂 8 号机组电机水泵的调整设备 : EBARA 清水泵 ,韩国现代产电机 (功率1000kW ,转速 594r/ min) 。调整原因 :轴不对中引起强烈振动 ,造成电机与水泵的联轴器螺栓全部断裂 (该机组受地基下沉的影响 ,地脚固定螺栓错位严重 ,未能完全消除偏差) 。(3) 应用实例 3 :南京北河口水厂 7 号机组电机水泵的调整该机组工况与 8 号机组相同 ,但未出现损坏 ,仅做定期维护保养。在上述 3 个应用实例中 ,用激光对中仪对设备进行平车调整前后的检测数据见表 1。由以上应用实例可以看出 ,采用激光对中仪进行平车调整 ,可将设备间的实际偏差值调整到零 ,从而大大降低设备运转时的振动值 ,起到保护设备、延长使用寿命的作用。结语根据以上原理分析和实际应用情况可知 ,与千分表对中法相比 ,使用激光对中仪具有以下优点 :(1) 激光对中基准为“绝对直线”,消除了千分表对中时千分表支架及测头挠曲变形对测量精度的影响。(2) 为保证测量数据的连续性 ,千分表对中时必须持续进行读数 ;而激光对中时只需测量三个数据 ,大大减轻了对中工作强度。(3) 千分表对中时设备每调整一次 ,就必须盘车重测一次 ,需多次反复测量才能完成设备调整 ;而激光对中法只需测量一次 ,设备调整时可进行实时数据显示 ,直至将设备调整到理想状态。(4) 千分表对中法在很大程度上依赖机修人员的操作经验和分析能力 ;而激光对中仪操作简便 ,自动化程度高 ,不再需要“专业级”机修人员。(5) 激光对中仪的检测精度一般可达到 0.001mm ,与千分表对中法相比 ,精度和可靠性均大幅度提高。根据大量用户的使用经验 ,激光对中仪的工作效率可比传统对中方法提高近十倍。}