水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝比較和分析

孫莉麗

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝比較和分析

孫莉麗

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

鋼球式平衡工藝、靜油壓平衡工藝及測桿式平衡工藝是當(dāng)前國內(nèi)比較常用的書論及轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝，本文主要對這3種工藝進(jìn)行對比分析，并提出有待了解與處理的問題，僅供相關(guān)人員參考。

鋼球式平衡工藝；靜油壓平衡工藝；測桿式平衡工藝；分析

為求得更好地處理水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡方法，本文主要對鋼球式、靜油壓式及測桿式平衡工藝進(jìn)行對比分析，以便在實(shí)際應(yīng)用中準(zhǔn)確把握各項(xiàng)平衡工藝的特點(diǎn)，促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用價值的有效發(fā)揮，提高水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡效果。

1.國內(nèi)常用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝

1.1鋼球式平衡工藝

在轉(zhuǎn)輪圓平面上加一重量后，可得到平衡方程如下：

由此可得出，

圖1　鋼球式平衡工藝

圖2　轉(zhuǎn)輪及其平衡裝置示意圖

在上述公式中，P為轉(zhuǎn)輪圓面上所加的重量，R為所加重物到轉(zhuǎn)輪中心的距離，G為轉(zhuǎn)輪及其上的平衡工具的重量，μ為滾動摩擦系數(shù)，H為加一重物后所測得的轉(zhuǎn)輪下降值，h為轉(zhuǎn)輪中心到平衡球球心距離，以a表示重物下h的擺動距離。

鋼球式平衡工藝如圖1所示，為避免轉(zhuǎn)輪平衡時產(chǎn)生非穩(wěn)定性平衡，應(yīng)當(dāng)在合理控制靈敏度的基礎(chǔ)上，適度調(diào)整平衡裝置的位置，并依據(jù)平衡物的總重量以及轉(zhuǎn)輪中心到平衡球球心距離的相關(guān)數(shù)據(jù)，選取適宜的工具，以確保鋼球式平衡工藝的實(shí)際價值的有效發(fā)揮。

1.2靜油壓平衡工藝

圖2為轉(zhuǎn)輪及其平衡裝置示意圖。以平衡球接觸工藝，其球與平板表面均承受較高的接觸應(yīng)力，在實(shí)際平衡過程中，球與平面板的制造和使用過程中，表面極易受損，不利于平衡的順利進(jìn)行，重量超出200t以上則難度更大。為促進(jìn)大噸位轉(zhuǎn)輪制造的順利實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)積極研發(fā)新的工藝，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)研發(fā)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。靜油壓平衡工藝的研發(fā)，與接觸平衡存在較大差異，靜壓油平衡工藝主要是應(yīng)用高壓油膜托起轉(zhuǎn)輪，通過轉(zhuǎn)輪的自由擺動，有效地解決了以往運(yùn)行方式下大噸位轉(zhuǎn)輪接觸應(yīng)力過高或操作不當(dāng)所導(dǎo)致的接觸面損傷問題，一定程度上提高了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡的處理效果。靜壓油平衡工藝在各項(xiàng)要求測定方法上，與球面和平板接觸工藝保持高度一致。

其中，1表示支撐底座；2表示靜壓球座；3表示球頭；4表示支撐軸；5表示調(diào)整墊；6表示電子水平儀；7表示被測轉(zhuǎn)輪；8表示油壓千斤頂；9表示配重塊。

1.3測桿式平衡工藝

圖3　測桿式平衡工藝

測桿式平衡工藝是一種機(jī)組轉(zhuǎn)輪平衡方式，通過對壓桿變形的合理利用，在應(yīng)力與變形關(guān)系的作用下，以計(jì)算機(jī)對殘余應(yīng)力值進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，進(jìn)一步明確參與應(yīng)力值與方位之間的關(guān)系。就實(shí)際情況來看，測桿式平衡工藝是一種現(xiàn)代化的工藝，如圖3所示，技術(shù)裝備與球面及平板靜油壓工藝實(shí)現(xiàn)高級簡化，工藝成本明顯降低。靜壓油平衡工藝屬于一項(xiàng)技術(shù)專利，因此在水利機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝中，測桿式平衡工藝得到廣泛的應(yīng)用。

2.水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝的對比分析

2.1鋼球法與靜壓油法工藝

通過對比鋼球法與靜壓油工藝并加以深入分析可知，兩種工藝在適用轉(zhuǎn)輪的噸位上存在一定差異，接觸法適用于200t以下的轉(zhuǎn)輪，而靜油壓法適用于更大噸位的靜平衡。在工藝自身重量級操作誤差下，對同一力矩平衡進(jìn)行計(jì)算時，轉(zhuǎn)輪平面上任一點(diǎn)所加的重量測得的轉(zhuǎn)輪平面平均下降值接近于零時，平衡系統(tǒng)的力矩誤差在轉(zhuǎn)輪靜平衡后設(shè)計(jì)允許最大誤差的5%以內(nèi)。除此之外，就平衡工藝的裝備投資情況來看，靜油壓法工藝的裝備投資值明顯較大。就兩種平衡工藝的設(shè)計(jì)過程來看，靜油壓平衡工藝以靜壓油原理對裝備進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往需要經(jīng)過一個漫長的階段。

2.2測桿式平衡工藝

依據(jù)轉(zhuǎn)輪平衡的相關(guān)說明，測桿式平衡工藝以ISO-1940/-1986為平衡標(biāo)準(zhǔn)，以G6.3級為平衡公差，靜平衡后所允許的殘余不平衡值為334kg·m。若應(yīng)變片自身存在誤差，與制造廠出廠提供的誤差相一致，則應(yīng)當(dāng)委派專業(yè)的計(jì)量機(jī)構(gòu)對應(yīng)變片進(jìn)行復(fù)查，并出示權(quán)威的計(jì)量證明。通常情況下，轉(zhuǎn)輪從粗平衡向精平衡的過渡往往需要反復(fù)試驗(yàn)，需要對同一應(yīng)變片進(jìn)行反復(fù)使用，采取可靠的方式證明應(yīng)變片自身誤差是否存在變化，并給出具體的復(fù)查方式。

轉(zhuǎn)輪平衡系統(tǒng)自身存在誤差，在鋼球法與靜油壓法兩種靜平衡工藝下，應(yīng)變片自身誤差占據(jù)殘余不平衡允許值的5%以內(nèi)，在測量方式上具有一定便捷性。應(yīng)變片工藝鐘是否能夠直接對其誤差占?xì)堄嗖黄胶庠试S值進(jìn)行直接測得或分析出來，仍有待進(jìn)一步探究。通過研究可知，應(yīng)變片自身出場誤差較高，并且在裝置、轉(zhuǎn)換以及計(jì)算等累積值的作用下，極有可能達(dá)到參與允許值的30%～40%，因此在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝中，應(yīng)當(dāng)對應(yīng)變片的合理性開展進(jìn)一步分析，通過計(jì)算機(jī)對轉(zhuǎn)輪殘余不平衡值進(jìn)行計(jì)算和鑒定后，對其結(jié)果的可靠性進(jìn)行證明，以促進(jìn)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝的實(shí)際應(yīng)用價值的有效發(fā)揮。

結(jié)語

通過水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝的對比分析可知，鋼球式平衡工藝裝置簡單，在200t以內(nèi)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪靜平衡中得到廣泛應(yīng)用，工藝相對成熟。靜油壓平衡工藝的合理應(yīng)用，有效地解決了以往運(yùn)行方式下大噸位轉(zhuǎn)輪接觸應(yīng)力過高或操作不當(dāng)所導(dǎo)致的接觸面損傷問題，一定程度上提高了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡的處理效果。測桿式平衡工藝是現(xiàn)代化的工藝方式，工藝成本較低，在水利機(jī)轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝中得到廣泛應(yīng)用。

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[2]戴鼎章，司亮．水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片裂紋成因及對策分析[J]．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（3）：100．

[3]王媛媛．淺談水輪機(jī)的功能與應(yīng)用[J]．裝備制造，2010（4）：50．

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