太平灣電站機組盤車方法的改進

寧淑賢

（太平灣發(fā)電廠,遼寧 丹東 118000）

太平灣電站是鴨綠江干流上的第四級水電站,位于鴨綠江下游遼寧省丹東市境內(nèi),與朝鮮平安北道朔州方山里隔江相望,壩址下游距丹東40 km,距上游長甸電站29 km。電站由東北勘測設(shè)計院設(shè)計,水利水電第六工程局承建,主設(shè)備由哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司制造。發(fā)電機型號為SF47.5-88/12640（1、2號機組）與SF47.5-104/12640 （3、4號機組）,水輪機型號為ZZ560A-LH-800,勵磁機型號為ZLS285/60-14。機組軸系由水輪機軸、發(fā)電機主軸、發(fā)電機轉(zhuǎn)子中心體、發(fā)電機副軸、勵磁機軸、操作油管等組成。

1 機組盤車的目的

盤車的目的是檢查大軸是否鉛垂;檢查轉(zhuǎn)動部件連接部分是否同心和存在曲折;檢查鏡板與主軸是否垂直;檢查轉(zhuǎn)子中心體與發(fā)電機主軸、發(fā)電機副軸是否垂直;檢查機組軸線是否合格;為軸線處理和調(diào)整提供了可靠的第一手資料;根據(jù)盤車結(jié)果計算并分配各部導(dǎo)軸承瓦的間隙等。因此,機組盤車是一項非常重要的工作。

2 傳統(tǒng)盤車方法存在的弊端

自太平灣電站機組1985年投入運行至今,一直沿用傳統(tǒng)的8點等角盤車方式,即在盤車前,首先在推力頭或上導(dǎo)軸領(lǐng)處將軸進行8等分,并按機組旋轉(zhuǎn)相反方向依次編號,然后分別在受油器上操作油管、中操作油管、勵磁機整流子、上集電環(huán)、下集電環(huán)、上導(dǎo)軸領(lǐng)、推力頭、發(fā)電機主軸法蘭、水導(dǎo)軸領(lǐng)等9個典型部位的x、y方向上各設(shè)1塊百分表,用于測量以上部位的盤車擺度,再根據(jù)測量結(jié)果通過手工繪制凈擺度曲線的方法求最大凈全擺度及其方位。這些方法的缺點如下。

a.由于機組轉(zhuǎn)動部件質(zhì)量高、慣性大,在操作時隨機性較大,要準確停留在某個特定的軸號上非常困難,不是轉(zhuǎn)過頭就是轉(zhuǎn)不到位,使盤車數(shù)據(jù)與特定軸號對應(yīng)不準,增加盤車擺度計算的誤差。

b.用人工方法繪制凈擺度曲線的步驟是：根據(jù)盤車測得各軸號下的數(shù)據(jù),計算出各典型部位的凈擺度大小;以軸號為橫坐標、凈擺度為縱坐標,按照相同的比例,將各凈擺度點放入坐標系內(nèi);將各點輕輕連上;看擺度曲線是否符合正弦或余弦規(guī)律;檢查曲線的波峰和波谷是否相差180°;刪除個別偏離理論曲線的點;波峰和波谷的垂直距離即為最大凈全擺度的大小;曲線上波峰對應(yīng)的位置即為最大凈全擺度的方位。但這種方法跟技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平和現(xiàn)場實際經(jīng)驗關(guān)系很大,求取結(jié)果往往會因人而異。

c.傳統(tǒng)等角盤車方法在處理盤車數(shù)據(jù)時,無法有效克服測量斷面表面質(zhì)量對數(shù)據(jù)處理結(jié)果的影響。

以上缺點導(dǎo)致計算盤車擺度的大小及方位具有一定的盲目性,直接影響了下一步主要旋轉(zhuǎn)部件找中心及軸線處理量的大小和方向確定,降低了盤車質(zhì)量,直接影響了下一步軸線處理量的大小和方向,增加了軸線處理的重復(fù)次數(shù),延誤檢修工期。

3 多點任意角盤車軟件的開發(fā)

3.1 機組擺度特性及數(shù)學(xué)模型的建立

水電機組盤車時旋轉(zhuǎn)軸的擺度特性在理論上遵循一條正弦曲線,曲線的橫坐標是盤車角度,縱坐標是盤車擺度值。機組盤車的擺度數(shù)據(jù)處理,其實質(zhì)就是將一系列實測的有一定離散性的數(shù)據(jù)點,擬合成一條理論的正弦或余弦曲線問題。由于傳統(tǒng)盤車方法存在著不可克服的弱點,擺度計算又不能從整體考慮,由此產(chǎn)生誤差是顯而易見的。因此,依據(jù)最小二乘法原理,推導(dǎo)出機組盤車擺度計算公式,按計算公式進行實際盤車數(shù)據(jù)與理論盤車數(shù)據(jù)擬合,從而可方便地計算出各典型部位的擺度大小和方位,并將其編制成計算機程序,制成具有可視化的計算機界面,在機組盤車測量完畢后,只要將各測量部位的角度和絕對擺度錄入到計算機中,即可計算出最大凈全擺度及其方位,極大方便了檢修作業(yè),起到事半功倍的效果。

設(shè)正弦曲線的數(shù)學(xué)模型為

式中 X——盤車點對應(yīng)的角度,（°）;

f（X）——對應(yīng)盤車角度下的理論擺度值, 0.01mm;

A——擺度曲線的幅值,0.01 mm;

B——擺度曲線的初相,（°）;

C——擺度曲線在縱坐標上的偏移值,0.01 mm。

3.2 正弦曲線的擬合及擺度計算

在表達式（1）中,A、B、C均為待定常數(shù)量。確定常數(shù)A、B、C最理想的情形是能使曲線f （X）=A sin（X+B）+C經(jīng)過盤車點的測值所標出的各點,但實際上根本不可能。由于盤車中擺度測量存在測量誤差和隨機誤差,使得在這些盤車點上的測量值程度不同地偏離了這條擺度正弦曲線,因為無法知道測量過程中各點的實際誤差,只能運用最小二乘法原理對全部誤差作整體考慮,找出一條最接近實測擺度值的正弦曲線。因此要求選取這樣的A、B、C,使曲線f（X）=Asin（X+B）+ C在X1,X2,……,Xn處的理論函數(shù)值f（X1）,f （X2）,……,f（Xn）與實際測的盤車擺度值Y1, Y2,……,Yn相差都很小,要達到這樣的要求,可以考慮選取常數(shù)A、B、C,使得S=∑ni=1[f（Xi） -Yi]2最小來保證每個偏差的絕對值都很小。這種根據(jù)偏差的平方和為最小的條件來選擇常數(shù)A、B、C的方法,稱為最小二乘法。

將S看成自變量A、B、C的一個三元函數(shù),那么該問題就可歸結(jié)為求函數(shù)S=S（A、B、C）在哪些點處取得最小值的問題。由求多元函數(shù)的極值理論可知,上述問題可以通過求方程組（2）的解來解決。

對以上方程組演繹求解發(fā)現(xiàn),這是一組非線性方程組,求解非常困難,因此考慮作如下變換。

可推導(dǎo)出A=P2+Q2,最大擺度對應(yīng)的方位角X即為擺度曲線上波峰對應(yīng)的角度,由f（X） =PsinX-IQcosX+C的導(dǎo)數(shù)來確定。

即令f′（X）=PcosX-QsinX=0可求得：當(dāng)P＞0、Q＞0時X值的范圍為0°＜X＜90°;當(dāng)P＞0、Q＜0時X值的范圍為90°＜X＜180°;

當(dāng)P＜0、Q＜0時X值的范圍為180°＜X＜270°;

當(dāng)P＜0、Q＞0時X值的范圍為270°＜X＜360°。

經(jīng)過上面變量代換后,偏差平方和S變成P、Q、C的函數(shù)。同理使S=S（P、Q、C）取得最小值的P、Q、C也滿足方程組

3.3 軟件開發(fā)

前面建立了多點任意角盤車的數(shù)學(xué)模型,但由于其盤車擺度的計算公式相當(dāng)繁瑣,將其編制成計算機程序,盤車時將盤車數(shù)據(jù)作現(xiàn)場處理就十分方便。利用Visual Basic6.0軟件將上述公式編成計算機程序,制成具有可視化的計算機界面,并與數(shù)據(jù)庫連接,使計算和繪圖就變得簡單。

4 新方法在機組盤車過程中的應(yīng)用

2008年9月,太平灣電站4號機組A級檢修開始,對自行設(shè)計開發(fā)的多點任意角盤車軟件進行首次應(yīng)用,取得了較好的效果,盤車不再受轉(zhuǎn)角限制,只需在數(shù)據(jù)測量完畢后,將其錄入到圖1所示的計算機界面中,即可計算出機組各測量部位最大凈全擺度及其方位,見圖2。又通過對理論值與實際值比較,檢驗在盤車過程中所測得的實際數(shù)值偏離理論數(shù)值的程度和誤差,使數(shù)據(jù)分析更直觀,見圖3。根據(jù)用最小二乘法進行曲線擬合得到的數(shù)據(jù),給下一步軸線處理指明了方向。

圖1 盤車數(shù)據(jù)錄入窗口

5 結(jié)論

機組盤車是機組安裝及檢修中的重要環(huán)節(jié),對盤車數(shù)據(jù)進行分析處理的精度和準確度,對下一步機組主要旋轉(zhuǎn)部件找中心、軸線處理及導(dǎo)軸承瓦間隙計算、分配的影響是直接的,為了能夠更精確地處理盤車數(shù)據(jù),應(yīng)用最小二乘法的原理,編制開發(fā)多點任意角盤車軟件,在檢修現(xiàn)場對盤車數(shù)據(jù)進行處理,能夠更好地消除誤差,使數(shù)據(jù)處理結(jié)果真實可信。該方法理論嚴謹、工藝簡單、操作方便;盤車擺度計算精確、速度快;減少了檢修工期,提高了經(jīng)濟效益;具有較大的推廣應(yīng)用價值。