斯維奇直驅永磁軸帶發電機穿軸工藝

周瑞平毛德龍周慶波

(1．武漢理工大學 能源與動力工程學院，武漢 430063；2．中國船舶工業系統工程研究院，北京 100094；3．711研究所，上海 200090)

近些年，斯維奇(THE SWITCH)直驅永磁軸帶發電機在我國的裝船量越來越高。與勵磁軸帶發電機相比，斯維奇直驅永磁軸帶發電機具有三大優點：效率更高，結構更簡單，轉子的轉動慣量和重量較小[1-3]。但斯維奇直驅永磁軸帶發電機尺寸相對較大，對軸系布置要求很高，安裝工藝也比較復雜。斯維奇永磁軸帶發電機的穿軸工藝要求非常高，對于軸肩近700 mm的中間軸來說，中間軸與聯軸器之間的單邊間隙往往不超過1 mm，并且其具有多種不同規格、不同功用的螺栓及蓋板需要拆裝。工作人員普遍對斯維奇直驅永磁軸發穿軸工作掌握不好，為此特對其穿軸工藝進行研究，以保證斯維奇永磁軸帶發電機(以下簡稱永磁軸發)穿軸質量并提升工作效率。

1 穿軸前的準備工作

穿軸所需的重要工具清單見表1。

1.1 穿軸前的防護檢查

永磁軸發含有永磁體，為保護磁性，永磁軸發抵達船廠后，務必做好防護。如無特殊需要，永磁軸發兩端的防塵罩在穿軸之前不許拆開，以免永磁體吸附金屬粉塵。同時通用的電氣設備防水防潮防震等要求同樣適用。

1.2 穿軸時的環境要求

穿軸作業時環境要求：①一般來說，正常的車間條件是可以的，但穿軸時必須避免同時同地進行切割、焊接和磨削等金屬切削作業，除非永磁軸發已用防水油布或防護墻做好保護；②穿軸時，環境溫度應高于+10 ℃，永磁軸發與中間軸的溫差應穩定在±5 ℃。

表1 穿軸所需的重要工具清單

1.3 穿軸時的安全要求

在永磁軸發穿軸工作期間，現場人員不能攜帶鑰匙扣等金屬配件，以免發生吸附導致人身或設備傷害，同時應盡量避免靠近永磁軸發使用手機進行通話，以免磁電干擾造成人身傷害。

2 穿軸工藝

永磁軸發內部除螺栓外，與穿軸工作密切相關的重要部件見圖1[5-7]。

圖1 永磁軸發內部與穿軸工作密切相關的重要部件

2.1 永磁軸發準備/拆除兩端蓋板

1)將永磁軸發吊裝到清潔有頂棚區域(比如車間)。撤掉永磁軸發上面的防護油布。

2)拆除永磁軸發兩端的蓋板，需要拆除的蓋板清單見表2及圖2(圖中跳躍取編號是為了與斯維奇技術說明書保存一致，以下類推)[8]。

表2 穿軸前需拆除的永磁軸發兩端蓋板清單

圖2 穿軸前需拆除的永磁軸發兩端蓋板示意

2.2 將聯軸器松開

聯軸器分為內圈和外圈兩部分，剛拆開前述的兩端蓋板后，會發現聯軸器的內外圈是通過15個M30×170的聯軸器鎖緊螺栓固定在永磁軸發轉子上面的。注意：聯軸器上除了這15個M30×170的聯軸器鎖緊螺栓外再無其他螺栓，但會發現預留有10個螺紋孔，見圖3(圖中：剛拆開兩端蓋板時，安裝M30×120和M36×240螺栓的位置均沒有螺栓只有螺栓孔)。

圖3 聯軸器上各螺栓分布

編號中文名稱英文名稱螺栓規格數量/個備注12鎖緊螺栓Locking screwsM30×17015 將轉子與聯軸器鎖緊在一起23頂推螺栓Push-off screwsM30×1205 將聯軸器內外圈分開13拉退螺栓Pull-out screwsM36×2405 將聯軸器整體拉出來14抱緊螺栓Pull-out screwsM36×1405 將聯軸器抱緊在中間軸上

1)首先將15個M30×170的聯軸器鎖緊螺栓擰松幾圈(一般4～5圈)，僅擰松幾圈的目的是此時只是松開聯軸器的擰緊螺栓，使得聯軸器內圈擴張變大，這樣中間軸與內圈之間就有了間隙(如果完全擰緊聯軸器的這15個擰緊螺栓，中間軸與內圈之間是緊密抱合在一起的)，見圖4。

但注意不能擰太多，如果擰太多，那么聯軸器(包括聯軸器內外圈及其擰緊螺栓)就會從永磁軸發轉子上掉下來，由于此時中間軸沒有穿進去，還無法接住聯軸器。

2)為了使聯軸器內圈充分擴張變大，將準備好的5個M30×120聯軸器內外圈頂推螺栓擰入M30的螺紋孔中(剛好留有5個M30的螺紋孔待擰入螺栓)，見圖4。擰緊這5個M30×120聯軸器內外圈頂推螺栓(均勻擰緊并保證聯軸器外圈在軸向方向上前移至少14 mm，直至聯軸器外圈松開)可以逐漸將聯軸器外圈頂推出來(此時聯軸器內圈與轉子在軸向方向上保存不動，但聯軸器內徑在徑向方向上會微微變大)。待聯軸器內外圈完全松開后(此時聯軸器內圈內徑已經擴至最大)就可以進行正式的穿軸工作了。

圖4 擰緊頂推螺栓可將聯軸器內外圈分開

2.3 穿軸

1)首先將延伸軸與中間軸通過螺栓連在一起，然后使用兩個吊車通過吊帶和葫蘆(葫蘆便于對軸的位置進行微調)，并調水平，見圖5。注意：提前計算好軸(包括中間軸和延伸軸)的總重量和重心。

圖5 含延伸軸的中間軸吊運示意

2)如圖6所示，沿船艏向船艉方向，將軸穿入永磁軸發中，將中間軸盡可能深地慢慢推入到永磁軸發中，直到永磁軸發即將碰到1號吊帶不能穿入為止。聯軸器內圈半徑一般來說只比中間軸1號法蘭半徑大3 mm左右，所以在中間軸法蘭端穿過聯軸器內圈時需要小心。

圖6 穿軸至吊帶1位置

在整個穿軸過程中，不允許由永磁軸發的轉子或者聯軸器來承受中間軸的重量。中間軸的重量只能由吊帶或者中間軸支撐蓋板(穿軸結束后)來承受。

3)這時，延伸軸肯定已經在永磁軸發另一端露頭(這也是延伸軸至少500 mm的緣由)，用3號吊帶將其吊起，然后去掉1號吊帶，繼續緩慢穿入。見圖7，在穿入過程中，會碰到最為關鍵的一道坎，那就是聯軸器內圈半徑一般來說只比中間軸軸肩半徑大不到1 mm，這時需要非常小心，不能擦傷中間軸軸肩和聯軸器內圈。

圖7 中間軸軸肩穿入聯軸器內圈

4)直到穿到設計位置為止。見圖8，從船艉向船艏看，中間軸上有兩個凹槽標志，此處的設計位置就是中間軸上靠船艉的那個凹槽標志與聯軸器內圈前端面重疊的位置，也就是說從船艏至船艉方向平移中間軸進行穿軸，設計位置就是聯軸器內圈前端面與中間軸第一個凹槽標志重疊的位置。

圖8 中間軸穿到設計位置1

5)為了校驗中間軸是否穿到設計位置，斯維奇公司針對每臺永磁軸發都會提供一個特定參數，見圖9，這里示例為1 143±5 mm，這個特定參數就是中間軸法蘭后端面與軸發殼體后端面之間的水平距離(一般允許±5 mm的公差)[9-10]。

圖9 中間軸穿到設計位置1的校驗

2.4 將轉子與聯軸器脫開

首先把15個M30×170的鎖緊螺栓和5個M30×120聯軸器內外圈頂推螺栓全部松掉并卸掉，當其全部卸掉后，注意這時聯軸器內外圈由于沒有螺栓支撐，會落在中間軸上。

然后使用5個M36×240的拉退螺栓將聯軸器整體拉出來，注意這時雖然聯軸器已完全落在中間軸上并在那5個M36×240的拉退螺栓作用下在中間軸上滑動，由于這個時候內外圈并沒有抱死，并且內外圈相對很輕，所以只要保證那5個M36×240的拉退螺栓整體推進，就不會拉毛中間軸軸肩表面或聯軸器內圈表面。見圖10，保持中間軸不動，一直將聯軸器內圈拉到設計位置2，這時的設計位置2為中間軸上靠船艏的凹槽標志剛好與聯軸器內圈前端面重疊的位置[11-12]。

2.5 將聯軸器抱緊在中間軸上

當聯軸器內圈抵達設計位置2后，卸下5個M36×240的拉退螺栓，換上M36×140(共5個)的聯軸器抱緊螺栓并交叉擰緊。注意逐一進行更換，M36×140的擰緊力矩為2 450 N·m。至此聯軸器就抱緊在中間軸上面了，此時可以將中間軸和聯軸器視為一個整體，其與轉子之間完全脫開并且間隙較大，見圖10，便于進行軸系校中。

圖10 將聯軸器內圈拉到設計位置2

2.6 安裝蓋板

首先安裝中間支撐板(middle shields)和定位蓋板(Locking shield)，在定位蓋板(Locking shield)與軸之間涂抹二硫化鉬等潤滑劑以將軸支撐住。注意，只有等中間支撐板(middle shields)和定位蓋板(locking shield)安裝好后，才能去掉吊車及吊帶(此時中間軸的重量被永磁軸發定子機座上的定位蓋板(locking shield)支撐)。然后安裝觀察蓋(inspection covers)蓋板。

2.7 安裝中間軸鎖軸裝置

穿軸結束到(將軸發和中間軸作為一個整體)整體起吊入船還有一段時間，見圖11。為了防止含中間軸的永磁軸發在吊運入船的過程中中間軸與永磁軸發之間發生相對串動，設計2套中間軸鎖軸裝置，一是在永磁軸發兩端用吊帶將中間軸的螺栓孔和吊耳串連起來并拉緊；二是如果萬一在永磁軸發吊運過程中出現吊帶松動，為防止中間軸在軸向方向上發生位移。根據中間軸的軸徑，例如針對直徑為360 mm的中間軸設計并制作了一個中間軸抱箍，見圖12。將中間軸抱箍(永磁軸發前后各一個)安裝到位以防止中間軸發生軸向位移。

圖11 中間軸鎖軸裝置之吊帶

圖12 中間軸鎖軸裝置之抱箍

2.8 蓋好帆布/穿軸工作結束

蓋好防塵帆布，以免永磁體吸附金屬粉塵，并將永磁軸發吊裝到清潔有頂棚區域進行保存，同時通用的電氣設備防水防潮防震等要求同樣適用。

3 結論

所述斯維奇永磁軸帶發電機穿軸工藝2018年曾在澄西2艘18 600 t化學品船上進行過成功實施，永磁軸發運轉良好，獲得了船廠及船東的一致好評。

所述工藝比較復雜，工序較多。如何簡化工藝有待進一步研究。