CC BY
32УДК 623.85
В.Ю. Ерошков1, В.В. Непомилуев2, А.Н. Семенов2
ПАО «ОДК-САТУРН», Рыбинск, 152903 e-mail: [email protected];
2Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева,
Рыбинск, 152934 e-mail: [email protected], [email protected]
ЛАЗЕРНАЯ ЦЕНТРОВКА ВАЛОВ КОРАБЕЛЬНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ АГРЕГАТОВ
Рассматривается вопрос повышения качества и производительности монтажных работ корабельных газотурбинных агрегатов в условиях испытательного стенда. Предложен метод лазерной центровки валов с использованием регулируемых виброопор.
Ключевые слова: монтаж, газотурбинные агрегаты, лазерная система центровки, виброопоры.
V.Yu. Eroshkov1, V.V. Nepomiluev2, A.N. Semenov2
1Public Joint-Stock Company "UEC-Saturn ", Rybinsk, 152903 e-mail: vasily. eroshkov@uec-saturn. ru;
2P.A. Solovyov Rybinsk State Aviation Technical University, Rybinsk, 152934 e-mail: [email protected], [email protected]
LASER CENTERING OF SHAFT OF GAS TURBINE UNITS
The question of improving the quality and performance of installation work of ship gas turbine units in a test stand. A method of laser alignment of shafts using adjustable vibration supports is proposed.
Key words: installation, gas turbine units, laser centering system, vibration dampers.
Успешное освоение производства судовых газотурбинных и дизель-газотурбинных агрегатов на российских двигателестроительных предприятиях непосредственно связано с обеспечением эффективности их монтажа при заводских стендовых испытаниях. Важным условием качества стендового монтажа является обеспечение соосности всех роторных машин, узлов и агрегатов, выполняющих функции передачи крутящего момента от силовой турбины ГТД к корабельному редуктору. Эффективность процесса монтажа определяется затратами труда на выверку и фиксацию положения всех компонентов газотурбинных агрегатов. Ограничительными факторами процесса монтажа являются значительные габариты и массы компонентов, высокие мощности и угловые скорости, наличие большого количества трубной обвязки и газоотвода, приводящие к напряженности и перекосам корпусов, тепловые расширения, приводящие к изгибам валопроводов и соединительных муфт, погрешности фундамента, и большое количество мест крепления основания ГТД.
Основными видами отклонений от соосности являются линейные и угловые смещения осей всех сопрягаемых компонентов от номинального положения общей оси вращения. Поэтому выверка узлов предполагает наличие в конструкции регулировочных элементов, позволяющих выполнять коррекцию положения в горизонтальном, вертикальном и угловых направлениях, т. е. в трехмерном пространстве с высокой точностью, а также жестко фиксировать без дополнительных податливостей в процессе закрепления.
В настоящее время центровка компонентов дизель-газотурбинных агрегатов выполняется классическим способом, широко используемым в машиностроении, на основе косвенного метода измерения с помощью специальных приспособлений и часовых индикаторов [1].
Точность центровки, которая является для корабельного агрегата паспортной величиной, фиксируется в документации как при монтаже на испытательном стенде, так и при монтаже в корабле и определяется величиной излома осей валов агрегатов и трансмиссий их соединяющих (рис. 1).
а б
Рис. 1. Трансмиссия «ГТД- стендовый редуктор», предварительно смонтированная на стенде: а - вид со стороны ГТД, б - вид со стороны стендового редуктора
Особенностью описанного способа и контроля, и регулировки и, соответственно, его недостатком является то, что при измерении только радиального биения фиксируется угловое смещение осей валов. В случае же наличия линейной составляющей несоосности индикаторная схема не позволяет выявить смещение осей.
Другим недостатком существующей схемы оценки несоосности является влияние на результаты измерений деформаций передаточной системы - муфт, на которые устанавливается измерительное приспособление и которые при силовом замыкании меняют положение стыковочных плоскостей ввиду их конструктивно заложенной компенсационной способности. Поэтому необходимым условием обеспечения соосности валов трансмиссии и агрегатов является проведение контроля и регулировки положения агрегатов при разомкнутой трансмиссии по исполнительным поверхностям выходных узлов.
Обеспечить нормативную величину соосности с первого раза, как правило, не удается, поэтому приходится производить многократную дополнительную подцентровку агрегатов изделия за счет изменения толщины клиньев между опорными поверхностями установочной рамы ГТД и фундаментом бокса. Определение необходимых величин клиньев - операция трудоемкая, которая требует значительного опыта исполнителей в проведении подобной регулировки.
В первую очередь при монтаже ГТА и его центровке решено использовать прямой метод измерения, основанный на использовании передовой лазерной системы OPTALIGNSmart. Система OPTALIGN Smart - измерительная система точной центровки валов, в состав которой входит надежный компьютер, в защищенном исполнении, способный работать в условиях вибраций, внешних климатических воздействий, электромагнитных полей и других негативных производственных факторов, дополненный техническими возможностями лазерного датчика с технологией выравнивания по пяти осям (рис. 2). Погрешность центровки валов данной системой составляет 0,01 мм, разрешающая способность 0,001 мм.
Положительное значение означает, что опора перемещаемого оборудования поднята вверх или смещена в сторону от наблюдателя; отрицательное значение свидетельствует, что опора перемещаемого оборудования опущена вниз или смещена навстречу.
Для повышения производительности и снижения трудоемкости регулировочных работ были применены универсальные регулируемые опоры SKF Vibracon, которые предназначены для простой и точной регулировки оборудования. Опоры компенсируют угловой перекос до 4° между оборудованием и монтажным основанием, устраняя необходимость в дорогостоящей механической обработке основания, облегчают подгонку клиньев, позволяют обеспечить выравнивание рамы ГТД в трех направлениях и центровку с трансмиссией, расположенной в выхлопном коллекторе.
Датчик лазерной системы OPTALIGN Smart оснащен двумя позиционно-чувствительными детекторами, встроенной микроэлектромеханической системой, которая обеспечивает возможность проведения одновременной корректировки положения по вертикали и горизонтали в реальном времени, а также датчиком углового положения вала. Во время вращения вала в режиме непрерывной линейной развертки достигается быстрое и точное считывание данных. Данные технические разработки обеспечивают высокую точность воспроизведения результатов даже при наличии механических ограничений, таких как свободный ход вала.
Монтаж лазерной системы центровки на валу достаточно прост. Компактное зажимное устройство датчика и лазера, и приемника цепного типа обеспечивает максимально жесткую фиксацию компонентов измерительной системы. В случае изготовления вала или трансмиссии из магнитных сталей и сплавов для ускорения процесса установки лазерного датчика может использоваться магнитное зажимное устройство.
После выполнения процедур размещения компонентов корабельного агрегата на стенде, включая ГТД на собственной раме, выхлопного коллектора (части системы газоотвода) производится предварительный монтаж трансмиссии «ГТД - стендовый редуктор». Место соединения трансмиссии к ГТД внутри газоотвода является базовым и далее не демонтируется, поэтому установка лазерной системы центровки OPTALIGN Smart производится на фланцы силовой турбины ГТД и фланцы трансмиссии. После установки выполняется ввод необходимых размеров оборудования в пульт управления компьютера OPTALIGN Smart:
- расстояние от центра муфты до датчика;
- диаметр муфты;
- частота вращения;
- расстояние от центра муфты до передней опоры изделия;
- расстояние между передней и задней опорами изделия.
После выполнения монтажа лазерной системы и ввода исходных данных выполняется центровка лазерного луча по центру датчика приемника путем регулировки зажимов крепежа и поворота дисковых регуляторов угла. Процедура выполняется в автоматическом режиме путем поворота трансмиссии включением валоповоротного устройства редуктора.
Результаты измерения относительного расположения осей трансмиссии отражаются на мониторе в виде значений их смещения и зазора в стыке муфты как для горизонтальной, так и вертикальной плоскостей (рис. 3). Положительное значение зазора отображается при обзоре сверху или сбоку от наблюдателя; положительное значение смещения отображается в том случае, если вал правой машины в точке муфтового соединения располагается выше и дальше.
Результаты
, По вертикали 11
-0.35 mm -Г $ я
0.19 mm 0.54 0.96
По горизонтали ^^ 11 ] tf if -0.21
0.06 mm ^
-0.07 mm ^ -0.13
Для изменения режима используйте Д/V
Рис. 3. Результаты предварительного измерения относительного расположения агрегатов на мониторе компьютера OPTALIGN Smart
Операция центровки выполняется до тех пор, пока на экране монитора не появятся необходимые значения, определяемые соответствующим допуском на центровку агрегатов.
Рис. 4. Принципиальная схема и внешний вид регулируемой опоры SKF Vibracon
В заключение необходимо отметить, что на ПАО «ОДК-Сатурн» технология лазерной центровки успешно используется при монтаже корабельных газотурбинных агрегатов различной конфигурации. Ее реализация позволяет достичь более высокой точности центровки, сократить на 30% трудоемкость работ по центрировке агрегатов, а также обеспечить наглядность процедуры центровки, удобство предъявления операции службе технического контроля или заказчику. Разработанный метод центровки агрегатов может быть использован при сборке и ремонте любых подобных конструкций в судовых условиях.
Литература
1. Ревизин Б.С. Газотурбинные двигатели судового типа для энергетических установок / Б.С. Ревизин, О.В. Комаров. - Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2003. - 56 с.
