9-1第一节 废气涡轮增压器主要件的检修(2)

2018-11-28 18:47

(1)拆卸压气机端:拆开放油旋塞,放出润滑油;拆下轴承端盖;拆下油泵(自带油泵式);拆下整个轴承组,并用蜡纸包好,以免弄脏。

(2)拆卸涡轮机端:拆下放油旋塞和放出轴承箱中的润滑油;拆下轴承端盖;拆下油泵(自带油泵式)。拔出轴承的内部零件,轴向减振弹簧片组、滚柱轴承外座圈等。把轴承零件用蜡纸包好,以免弄脏。

(3)拆下压气机端的空气进气壳。

(4)把转子从压气机端抽出并用两个木墩支承使之立放。

在重新安装前应把轴承箱清洁干净、准备好轴承备件、检查自带油泵的轴线。按与拆卸相反的顺序进行安装。最后测量压气机端的K值,并应符合要求。

3.涡轮增压器的主要装配间隙

增压器是高温下高速回转的精密机械,为了保证正常运转,必须严格控制运动件与固定件之间的配合间隙。间隙太小,引起擦碰,如叶片与壳体、密封装置与壳体相碰,轻者损坏零件,重者造成严重的事故;间隙过大,漏气损失增大,使增压器的效率大大降低。增压器的主要装配间隙如图9-5所示。各间隙大小随机型而异,具体数值在说明书中有明确规定。

拆装时应注意:转子轴上的运动件的位置切不可随意改动,轴上的零件也不允许随便更换,以免破坏转子动平衡精度和与固定件的配合间隙。

4.增压器的校中

增压器重新安装后应检查运动件——转子与固定件——增压器壳体之间的相对位置关系,即进行校中检验。但只有在增压器检修更换零件后进行,一般分为粗略检验和精确检验。粗检是用手转动增压器转子使之回转,倾听转动时有无擦碰声音。如果有擦碰说明转子对中不良,应查明原因予以消除。

精检是在粗检合格后采用测量法进行校中检验。 1)主要测量间隙

(1)间隙N N为压气机端推力轴承与转子端面之间的轴向间隙,即转子的轴向窜动量。用于保证转子轴向热膨胀的情况下不会产生压气机叶轮或气封与增压器壳体相碰;

(2)间隙L L为压气机叶轮前方与壳体之间的间隙,保证叶轮前面不与壳体相碰; (3)间隙M M为压气机叶轮背面与气封板之间的轴向间隙,保证叶轮背面不与气封相碰。

2)测量方法

(1)测量N 测量前,首先取下增压器两端的轴承端盖,分别在转子轴的左、右端施以轴向推力,使转子轴分别处于左、右两个极端位置,然后分别测量出转子在两个极端位置时转子轴的左端面至压气机壳体端面之间的距离K3、K4,值,则止推轴承处的轴向间隙N= K3 - K4。如VTR630型增压器的止推轴承轴向间隙N=0.17~0.23mm。

(2)测量K 为了测量压气机叶轮初后的间隙L和M,先使转子轴恢复到不受轴向力作用的状态,然后测量出转子轴左端面至压气壳体端面的距离K,如图9-6(a)所示。

(3)测量L 旋出压气机端的连接螺钉2约5m的长度,在涡轮端转子轴上施一轴向推力,使转子轴向左移动,此时间隙L消失,测量转子轴左端面至压气机壳体端面的距离K1,则压气机叶轮前方与壳体之间的间隙L=K – K1如图9-6(b)所示。VTR631型增压器L=1.055~1.665mm。

(4)测量M 将螺母4、5及甩油环6拆下,用在转子轴右端装的吊环螺钉,将转子轴向右拉动,使间隙M消失,测量转子轴左端面至压气机壳体端面的距离K1,则压气机叶轮背面与气封板之间的间隙M=K2—K,如图9-6(c)所示。VTR631型增压器M=0.275~1.185mm。

当各间隙值符合说明书要求时,表明增压器转子与壳体的对中性良好,否则应查明原因,

调整后再度测量。

5.转子动平衡试验

机器运转时,除了作等速移动的构件和作等角速回转运动且惯性主铀(回转主轴)通过其质量中心的构件外,作其他运转的构件均会产生惯性力。惯性力的大小和方向随机器运转代周期性的变化。这种不平衡惯性力将加速机器中运动副的磨损和使机器产生振动,特别是高速、精密机器更为严重。为此应使惯性力得到平衡,消除或减轻振动。

1)刚性回转件的平衡

绕固定轴回转的回转件常因结构不对称、质量分布不均匀等在回转时产生不平衡。刚性回转件的平衡分为两种:

(1)质量分布在同一回转面内的构件 构件的轴向长度小于直径的回转件,如螺旋桨、叶轮、砂轮、飞轮等,可视为质量近似分布于同一回转面内。当回转件以等速回转的,所产生的离心惯性力构成汇交于回转中心的平面汇交力系。为了平衡惯性力,在同一回转平面内增加一定的平衡质量(或相反位置减去),使其产生的离心力与原有质量所产生的离心力的向量和等于零,该力系得到平衡,称为平衡力系。回转件达到平衡状态,在任何位置都可保持静止,这种平衡称为静平衡。

(2)质量分布不在同一回转面内的构件 构件的轴向长度大于直径的回转件,如电机转子、增压器转子、多缸柴油机曲轴等,不能视为质量近似分布于同一回转而内。回转件转动时产生的离心力不再是平面汇变力系,而是空间力系。这类构件采用静平衡方法不能解决其转动时的不平衡。为了要完全平衡离心力,可以任意选定两个平面,将各不平衡质量所产生的惯性力分解到两个平面上,从而将空间力系的平衡简化成两个平面上汇交力系的平衡。只需将两个平面内分别加以适当的平衡质量,使两个平面内的惯性力的向量和均为零,离心力所引起的力偶矩向量和也等于零,回转件达到完全平衡。这种平衡称为动平衡。

2)回转件的平衡试验

对于经过平衡计算并安装了平衡重的回转件,理论上虽说惯性力完全得到平衡。但是由于计算、制造和安装的误差以及由干材料的不均匀、毛坯缺陷等,使回转件实际上仍然存在不平衡。因此必须通过平衡试验来测定不平衡质量的大小和方位,然后再用加重或减重的方法予以平衡。此外,由于生产中的许多回转件结构复杂,难以进行平衡计算,往往也是通过平衡试验的方法进行平衡。例如,船舶机械和设备上的一些作回转运动的零件或部件都要通过平衡试验来获得平衡。

根据回转件的结构尺寸和转速将平衡试验分为静平衡试验和动平衡试验,如表9-1所示。

表9-1 平衡试验

平衡试验 回转直径D工作 与 转速n 其长度L的 比值 静平衡 D/L≥5 任何(l)静平衡试验 通过测定D/L转速 ≥5的回转件不平衡>1000质量(大小和方向)动平衡 D/L≤1 来确定平衡质量的大小,位置和进行调r/m 整,使达到静平衡要求。新造和经修理的螺旋桨均需进行静平衡试验。

试验方法:先将回转件装于专用心轴 上,再一并装于静平衡试验架上(导轨式或轴承式)

如图9-36所示。若回转件重心偏离回转轴,在所产生的静力矩作用下,回转件在支 架上滚动或转动。运动停止后重心部位的位置最低。依此重心偏离方位,在其反向加平衡质量,逐步试验调整平衡质量的大小和位置,直至回转件可在任意位置静止不动。最后在质量大的部位去掉测定的质量,则回转件达到静平衡。

(2)动平衡试验 在动平衡试验机上测定D/L≤1的回转件的不平衡质量的大小和方位。新造增压器的转子,营运船舶的增压器转子上的零部件经修理或更换后,必须进行动平衡试验。具体来说增压器转子在下列情况应进行动平衡试验:

转子部件受机械损伤时; 转子轴及涡轮叶片经修理后; 涡轮叶片部分或全部更换后;

压气机叶轮及导风轮经修理或更换后。 生产中使用的动平衡试验机种类较多,有机械式的动平衡试验机、电子式的动平衡试验机和激光动平衡试验机等。

3)动平衡指标

回转件通过平衡试验后,已将不平衡惯性力及其引起的动力效果减少到相当低的程度,但还会有些残余的不平衡存在。这种残余的不平衡越小,不平衡惯性力的不良影响就越小,回转件的平衡状况就越好。所以,把回转件经平衡后的不平衡程度称为平衡精度。它是用来度量回转件不平衡程度的物理量。

(1)不平衡度 对于质量分布在同一平面内,轴向长度较小的回转件,假定其为一重心与回转中心重合的薄圆盘,当距回转半径为R必有一不平衡量F(或不平衡力F)时,回转件的不平衡度为FR(N·m),或称为重径积,它反映了不平衡惯性力的大小和方向。

(2)平衡精度 不平衡惯性力造成的不良影响由其在轴承中引起的附加负荷和振动振幅来衡量。轴承附加负荷与回转件的重径积、回转角速度有关:振动振幅与重径积、轴承刚度和回转件整机质量有关。所以,仅仅依据回转件的重径积大小是不足以表达出不平衡惯性力所造成的不良影响。用重径积表示回转件的不平衡度,没有反映出其与回转件质量的关系。因为同一不平衡度对于500kg和5kg的砖子的精度是不同的。所以,应采用回转件的下平衡度(重径积)与其质量中心上的宽力之比来表示回转件的平衡精度,即,

e?FRG

式中:e——偏心距或偏移量,mm; G——回转件的重力, N。

偏心距e是回转件重心相对其回转中心的距离,或称平衡精度。例如,当回转件的偏心距e为0.000001m时,说明回转件重心相对于回转中心偏移 1μm或0.00lmm。

对于做动平衡实验的回转件其质量分布不在同一回转面内,则应以两个选定平面上的代替重量和平衡重量的总重心的偏心距e和回转件角速度ω的乘积表示惯性力的不良影响,即平衡精度。

目前,我国尚未定出平衡精度的标准,一般均是以回转件的许用偏心距[e]与回转件的角速度ω的乘积 [e]·ω 表示回转件的平衡精度,并按 [e]·ω 分级,如表9-2所示。图9-7为各种平衡精度等级下,回转件最高转速与许用偏心距e的关系。

表9-2 各种典型刚性回转件的平衡精度等级 精度等级 G G4000

平衡精度 ①[e]ω/ 1000 mm/s 4000 典型刚性回转件示例 刚性安装的具有奇数气缸的低速船用曲轴转动装置

G1600 G630 G250 G100 G40 1600 630 250 100 40 刚性安装的大型二冲程发动机曲轴转动装置 刚性安装的大型四冲程发动机曲轴转动装置,弹性安装的船用柴油机曲轴转动装置 刚性安装的高速四缸柴油机传动装置 六缸和六缸以上高速柴油机曲轴转动装置、汽车和机车用发动机整体(汽油机或柴油机) 汽车轮、轮缘、轮组、传动轴、弹性安装的六缸或六缸以上的高速四冲程发动机(汽油机或柴油机)曲轴传动装置、汽车和机车用发动机曲轴传动装置 特殊要求的传动轴(螺旋桨轴、万向联轴器轴)、破碎机械的零件、农业机械零件、汽车和机车发动机(汽油机或柴油机)部件、特殊要求的六缸或六缸以上的发动机曲轴传动装置 作业机械零件、船用主汽轮机齿轮(商用船)、离心机鼓轮、风扇、航空燃气轮机转子部件、泵的叶轮、机床及一般机械的回转零件和部件、普通电机转子、特殊要求的 发动机部件 燃气轮机和汽轮机的转子部件、刚性汽轮发电机转子、透平压缩机转子、机床主轴和驱动部件、特殊要求的大型和中型电机转子、小型电机转子、透平驱动泵 磁带记录仪及录音机驱动部件、磨床驱动部件、特殊要求的微型电机转子 精密磨床主轴、砂轮盘及电机转子、陀螺仪 G16 16 G6.3 6.3 G2.5 2.5 G1.0 G0.4 1.0 0.4 ①ω为回转见转动的角速度(S),[e]为许用偏心距(μm); ②按国家标准,低速柴油机的活塞速度小于9m/s,高速柴油机的活塞速度大于9m/s; ③曲轴传动装置是包括曲轴、飞轮、离合器、带轮、减速器、连杆回转部分等的组合件。

六、航行中增压器损坏后的应急措施

航行中,当废气涡轮增压器发生严重故障时,既不能修理又无法继续使用,在这种情况下只能停止增压器运转。但是废气涡轮增压器与柴油机是联合装置,工作密切相关,停增压器后必须采取相应措施保证柴油机可靠运转。根据增压器的增压方式、增压器的数量和损坏程度的不同,所采取的应急措施也不一样。具体作法可依增压器说明书的规定进行。一般采用如下原则处理。

1.航行中主机增压器损坏时的处理原则

(1)为避免事故继续扩大,在海况、海域等情况允许时应立即停车进行检修;

(2)在海况、海域等情况恶劣,如风浪大或在狭水道航行不允许停车时,应使主机转速降至较低水平继续航行。

2.对损坏的增压器的应急处理

1)当增压器损坏时,主柴油机仍继续运转,以保证船舶安全航行

当柴油机设有旁通排烟管时,停止损坏的增压器运转,废气经旁通排烟管排至大气。 2)允许短时停车时,锁住转子 当柴油机无旁通排烟管时,废气仍流经损坏的增压器排至烟囱。为了防止废气冲击转子,当海况允许短时停车时,采取停止增压器运转并锁住转子的措施。

定压增压系统中的增压器,只需锁住转子的压气机端;脉冲增压系统中的增压器,需锁住转子的两端,因为废气的脉冲压力使转子产生过大的扭矩,仅锁住一端是不足以固定转子。

一般原则:当柴油机的平均有效压力≥0.5MPa(或平均指标压力≥57MPa)时,应锁住转子两端。

废气流经锁住转子的增压器时,还会加热转子,甚至使压气机叶轮过热,为此应使一定量的新气流经压气机进行冷却。对于仅设一台增压器的四冲程柴油机,自大气吸入的新鲜空气流经增压器时进行自然冷却;对于设有两台增压器的二冲程柴油机,当一台增压器损坏停用时,为防止扫气箱中的新气倒灌造成漏损和使少量空气漏入压气机进行冷却,在锁住转子的增压器空气出口安装带小孔的封闭盖板。封闭盖板上小孔直径随增压器型号不同而异。例如,VTR400型增压器的封闭盖板上小孔直径为25mm;TR500型为32mm;VTR630型和VTR631-l型为40mm。

利用随机专用工具锁住转子,并按说明书操作。转子锁住后,增压器壳体应继续冷却,但应停止轴承润滑。

增压器损坏后锁住转子的应急措施具有简便、可缓解故障和防止事故扩大的优点,但转子受到高温和自重作用,短时间尚可,长时间作用将会引起转子变形。

3)允许长时间停车时,拆除转子 当海况允许长时间停车时,充分的时间允许采用拆除转子并在增压器壳体两端和中间安装封闭盖板的措施。随机提供这些专用盖板和工具,如图9-8所示。此法不仅防止事故扩大并使转子受到保护,但拆除转子和安装盖板工作量大,需要较长的工作时间。


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