[干货]激光对中仪的原理及应用

2018-09-2016:02:11 发表评论 13

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激光对中仪是一种用来调整两个相连设备的相对位置 , 确保该组设备的相对位置符合设计要求的一种测量仪器。

激光对中仪对中的基本原理

激光最大的特点是具有方向性和单色性。方向性是指激光从激光发生器发出后光束散角极小 ,基本沿直线传播 , 到达接受器能量不损失 ; 而单色性则指发出的光波波长单一,易被接受器辨别,不受外界光干扰。激光对中仪正是应用了激光的这两大特点。激光对中仪不仅精确度高,而且方便灵活,节省时间。

激光对中仪一般采用 635 ~ 670nm 波长半导体红色激光 , 下图给出了激光对中设备的示意图 ,在 A 轴和 B 轴上各装上能同时发送和接受激光束的测量器 , 并通过信号线与主机设备相联。
[干货]激光对中仪的原理及应用

光束从两只分别装在 A 、 B 轴上的测量器各自发出 , 并被对方接受。当光束落在接受器的光电点阵采集面 CCD 上时 , 便形成一个很小的照射区域 ;主机经过计算 , 确定这个照射区域能量中心点 , 它具有很高的精度。随着轴的转动,各自光束的能量中心点也分别在对方接受器的 CCD 采集面上位移。激光对中仪便是根据这种位移量计算出被测设备的轴偏差和角偏差的。

为了便于研究 , 笔者将激光对中仪的工作过程简化如下图 所示 , 并仅研究其在一个平面内的偏差分量。
[干货]激光对中仪的原理及应用

A 和 B 为两个被测轴的轴心线 , 测得两只测量器间的距离为 S ; δ为两轴联接面处的轴偏差 , 通常是两测量器间的中点 ; α为两轴间的角偏差。两轴经过 180 °的翻转 , 其上的激光测量器便从如图的上半部分分别移至两轴的下半部分 , 这时激光束分别在对方接受器的 CCD 采集面上发生位移 , 设其径向分量为Δ A 和Δ B , 不难算出 , 角偏差与径向位移分量存在如下关系 :

接下来我们再来寻找轴偏差与径向位移分量的关系。假设 B 轴作平移 , 使两轴在中点处重合,不难分析 ,Δ A 和Δ B 将分别变为Δ A - 2 δ和Δ B +2 δ cos α ; 根据对称原理,应有 :

Δ A - 2 δ = Δ B + 2 δ cos α ( 2 )

从以上分析可以看出 , 激光对中仪的测量值仅与对方接受器 CCD 面上光束能量中心位移的径向分量有关。由式 (1) 可知 ,角偏差任何微小的变化都可以从Δ A + Δ B 的变化中感觉到 , 而千分表是无法做到的 ; 式 (2) 则说明了当角偏差很小时, cos α= 1 , δ= (Δ A - Δ B) /4 , 更显其精确性。

值得一提的是 , 大多数激光对中仪能精确地测出轴偏差和角偏差外,将设备地脚垫平点距测量器的距离 S 1 、 S 2 输入后, 还能计算出各地脚具体的垫平值及平移值 , 极大地提高了效率。

温度对测量精度的影响

影响测量精度的因素很多,这里我们只研究对激光对中仪的测量精度影响最大的因素—温度。当激光通过不同密度媒介时会发生折射, 而不同温度空气的密度是不同的 , 激光通过时其光束会发生如下图所示的折射现象。[干货]激光对中仪的原理及应用

在工作现场 , 尤其当有热空气在流动时,光束通过不断变化的冷热空气,光束能量中心会在感应平面板上不断漂移。对在线式激光对中仪来说表现为数据不停地跳动;对非在线式激光对中仪来说则表现为各次检测结果不一致,使对中无法正常进行。另外,停运的设备逐渐冷却时也会对对中检测产生一定影响,冷却的过程实际上也是改变设备尺寸的过程。因此在采用激光对中仪时应尽量避免周围有明显热源或冷热对流,必须待设备完全冷却后再对中。

激光对中仪的应用

下面我们通过激光对中仪的应用实例来说明其优缺点。

实例 : EASY - LASER D400 激光对中仪对南京北河口水厂电动机水泵的调整。

设备:8 号机组 ,EBARA 清水泵、韩国现代电机,功率 1000kW , 转速 594r/ min 。

原因:轴不对中引起强烈振动,造成电动机与水泵的联轴器螺栓全部断裂。

备注:该机组由于受地基下沉的影响,地角固定螺栓错位严重,未能完全消除偏差。

调整前后相关数据列于表1。

 

表 1  调整前后的数据

平车前平车后
水平方向垂直方向水平方向

垂直方向

轴偏差0.250.69轴偏差0.13

0.12

角偏差0.61/100mm

0.01/100mm

角偏差0.00/100mm

0.00/100mm

前脚 F 1- 1.51

-0.59

前脚 F 1-0.12

0.10

后脚 F 2- 4.61

- 0.34

后脚 F 2-0.08

0.03

从以上实例可以看出,激光对中仪可将设备间的实际偏差值调整到零,可以大大降低设备运转的振动值 , 从而保护设备。其优点可以归纳为以下几点 :

(1)彻底解决千分表的挠度。千分表的支架挠度不可避免,而激光则是“绝对直线”;

(2)减轻工作强度。千分表测量时必须不断注视表的读数 , 以保证数据的连续性。而激光法只需测量三个读数 ;

(3)不需反复测量。千分表测量时设备每调整一次,则需重新安装再测一次。而激光法再一次测量后,设备调整时可进行实时数据显示,直至调整到理想状态;

(4)不再依赖于测量人员的经验。传统方法很大程度上依赖于机修人员的操作经验和分析能力 ,而激光法则不再需要“专业级”的机修人员 ;

(5)工作效率和对中技术精度大大提高。对中仪的精度大多为 0. 001mm 。根据大量用户反馈的使用经验 , 激光法可提高对中效率近十倍。

来源:优感设备诊断中心

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