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百分表对中法的误差分析与控制

范安全/中国核工业第二三建设公司

杜丽琼/中国广东核电工程公司

摘要：简述了旋转机械对中的意义和测量方法，指出了百分表对中法的主要误差因素及其控制方法。

关键词：旋转机械；主轴；对中；误差；控制

中图分类号：TH711.3 文献标识码:B

文章编号:1006-8155(2007)06-0050-04

Deviation Analysis and Control of Dial Indicator for Shaft Alignment

Abstract: T his paper specifies the meaningfulness and measurement method of rotating machinery alignment and points out the main deviation factors of dial indicator alignment and its control method.

Key words: rotating machinery; shaft; alignment; deviation; control

0引言

百分表法是旋转机械对中最常用的对中手段,但存在表架固定不牢、表针卡涩、量程设置不当、表架挠度偏差等各种误差因素，它们对百分表的测量读数精度将产生严重影响。本文就力图通过百分表对中的各种误差因素的分析与控制阐述，以助于提高大型风机、机泵等旋转机械对中精度和安装质量。

1 旋转机械对中的意义和测量方法

旋转机械对中就是把要联接的两台或多台设备的主轴位置，调整到能保证设备轴系在正常运行工况下的两轴轴线处于同轴状态的工艺过程。

对中偏差是旋转机械最常见的问题之一。根据相关工业统计表明，超过50%的设备损坏可以归结到对中偏差和对中错误[1]。因过大对中偏差引起上述的主轴密封、轴承、联轴器以及主轴损坏后的更换费用、额外能耗费用和停产损失对任何单位和企业、甚至公共环境都是不可忽视的。

对中偏差通常分同心度偏差、角向度偏差以及它们的组合偏差。为了便于工程测量和设备调整，对中组合偏差一般分解成垂直和水平两个方向上的同心度偏差和角向度偏差两个分量，即水平同心度偏差、垂直同心度偏差、水平角向度偏差及垂直角向度偏差。

对中方法以及对中质量是和科技发展紧密相关的。先后有直尺塞尺对中法、百分表对中法、激光对中等方法。总体上讲，上述任何一种对中方法均可达到足够的精度，可以达到0.001～0.01mm，主要取决于仪器精密度和对中操作人员的技能水平。现在，普遍采用的对中方法有百分表对中法和激光对中仪法。

激光对中仪完全是基于百分表对中的理论，结合采用先进精确的光学、电子技术，把百分表对中法中容易出现的各种误差因素降到最低限度，大大消除了百分表对中法的测量器具产生的误差。同时自动完成大量的计算工作，使对中操作简单、既快又准，但该类设备价格昂贵，以及电子仪控元件一些固有的误差，一定程度上限制了它的推广。所以，目前在工程上大量采用的还是百分表对中法。笔者主要以百分表对中法为对象，分析其主要的误差因素及控制方法。

百分表通过表杆与测量表面接触，通过传动齿轮放大表杆的相对移动，来测量两轴间的细小空间位置变动,从而测量出其对中状态。百分表对中法目前常用的有径向轴向法和双径向法两种。

径向轴向法就是分别用一块表测量同心度偏差，而另一块（为了消除轴窜对角向度的影响，常常采用在直径方向上均布两块）百分表则测量角向度偏差，这是国内最常用的一种方法。

双径向法就是用两块百分表分别测量在对方轴的测量点处同心度偏差，通过两组数据可以计算出轴系的同心度和角向度偏差。

不管是径向轴向法还是双径向法以及它们的演变对中法，如长联轴器的双径向法和双轴向法，它们的几何原理都是相同的，测量结果也应是完全一致的。它们在实际应用中各有优劣，根据实际情况适当选取可以取得很好的测量结果。

2 百分表对中法的主要误差因素及其控制方法

百分表在旋转机械的对中操作中，发挥着重要的作用，但存在较多的误差因素，需要加以分析并控制。常见的误差因素及解决办法有以下10个方面：

（1）百分表针起始测点设置不当和量程选取不当

百分表针起始测点设置不当和量程选取不当可能导致探针在转动过程中悬空或卡死，即百分表出现冲程上下死点，导致测量结果不真实、不准确。

具体的解决办法是尽量选取较大量程的百分表（特别是在初对中时），一般选取量程为3～10mm,并把起始测点（0点）设置在量程中点位置附近。

采取多次测量，要求数据具有总体上的可重复性，选取最稳定的一组数据。

在百分表对中读数，还有一个重要的测量数据有效性判定法则

[1-2]。即垂直方向（0°和180°）的数据之和等于水平方向（90°和270°）的数据之和，见图1。

正确数据 5

17 L 22 B T R 0 0

23

错误数据

14+15≠0+23 14 15

17+5=0+22

图1 对中数据有效性法则

在实际施工中，如果两者之间的差值大于0.02mm ，即可判断测量表架固定不牢或下列将要分析的其它原因,并采取措施加以消除。

本数据有效性法则均适用于同心度和角向度偏差读数正确性的判定。

（2）百分表卡滞和/或强磁场影响

百分表表针、表杆卡滞以及强磁场影响将导致读数不准确。主要通过定期标定和检查百分表的表针运转灵活性和远离强磁场来避免此类误差。数据有效性法则适用于检查该类误差。

（3）数据/符号记录错误

由于人为视角、判断能力不同或者错误读数，可能导致读取的数值偏离实际显示数值，这样自然会产生偏差。

由于百分表指针在测量过程中的左右偏转代表了表杆的正负运动方向，向左偏转表示表杆为正位移,反之则代表负位移,所以在整个测量过程中应仔细连续观察百分表指针的转向并正确读取原始数据。一旦方向判断错误，将导致后续的调整值产生大的偏差，无法完成对中。

除了上述正确读数方法外，还可以通过上述的数据有效性法则来判断是否出现记录符号错误。假设用百分表在0°、90°、180°、270°处测量理论数值为0、17、22、5，而实际测得的记录数据分别为0、11、22、5，可发现11+5=16≠0+22，可以判定其中有读数错误存在，（把17读成了11）；再假设把270°的5读取为-5，则17+（-5）≠0+22（正确表达应为17+5=0+22）可以判定数据有误，为无效数据。通过分析可以判定上述第一种情况可能是读数的记录错误，而后者则是正负号判断错误，如果不及时准确发现，将导致调整量的计算错误和反复调整不到位的情况。

若不正确判定数据，通过计算或作图法得出的调整数据也会远远偏离期望结果，无法正确对中。这从另一方面表明了对中数据有效性判定的必要性。

（4）轴承径向跳动以及过大的轴承余隙

本误差在测量数据中表现出不符合数据有效性原则，且不能通过改善表架结构来消除。从消除它们对对中测量影响角度来讲，可以首先通过测量轴承跳动或在每个测点都把主轴朝同一方向径向推动，使其紧靠轴承座来消除影响。

（5）测量表面不规则或偏心

本误差也将导致读数不符合数据有效性判定原则,通常的消除方法是保证两轴同步转动，保证测点位置基本固定，即可消除它们对对中数据的影响。在工程施工中，该项误差得到了充分的认识和重视。但应注意有些特殊设备，在安装期间或设备停机检修期间不能盘轴，这种情况应区别对待，应测量表面的不规则度或偏心度对测量值的影响，并采取适当方法加以修正或消除。

（6）轴窜

轴窜往往是对中测量中的麻烦制造者,它会严重影响轴系角向度偏差的数据测量。通常是采取规避