立式機組垂直同軸度的自動測量探究

林 震，戴 超

（1.江蘇省鎮(zhèn)江市諫壁抽水站管理處，江蘇鎮(zhèn)江 212003；2.鎮(zhèn)江市工程勘察設計研究院有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

1 概 述

無論是水泵機組還是水輪發(fā)電機組，立式機組就結構形式均可分為固定部件和轉動部件，固定部件主要有預埋件（如預埋底座、泵座和電機基礎等）和安裝件（如導葉體、葉輪外殼、軸承和定子等），轉動部件主要有泵軸（水輪機軸）、葉輪和電機轉子等［1］。

立式機組的安裝順序一般均按照由下而上，先水泵（水輪機）后電機，先固定部件后轉動部件的規(guī)律進行的。固定部件的安裝高程和垂直同軸度，轉動部件軸線的擺度、垂直度、中心、間隙是安裝檢修過程中的六大關鍵［2］。

2 固定部件垂直同軸度的測量

立式機組固定部件的安裝高程確定后，必須調(diào)整水泵（水輪機）和電機各固定部件的垂直度，并使各部件的中心點重合在一條理想的垂線上。多年來，機組固定部件垂直同軸度的測量一直是采用電氣回路法人工測量［3-4］。

2.1 測量前的準備

先在機組各所測部件搭設好測量工作平臺，再在機組測量部件中最上部件的上平面搭設放置求心器。求心器繞上鋼琴線，鋼琴線通過求心器下面的小孔，并通過應該測量的所有固定部件的各個斷面。在最下端懸掛重錘，為防止鋼琴線擺動影響測量的精度，在重錘四周焊接阻尼片，將重錘浸入盛有黏性油的桶中。

將機組各測量斷面按照東、西、南、北方向分成4等份，并畫上不大于10 mm的1個圓作為測量點，然后用砂紙擦去測點表面的油漆、油污，以確保采用電氣回路法測量垂直同軸度過程中導電接觸良好。

2.2 初調(diào)求心器鋼琴線相對位置

立式機組固定部件垂直同軸度測量一般以水泵（水輪機）軸承承插口的下止口為基準斷面。初步測量基準斷面X、Y軸線方向對稱4 點至鋼絲距離，轉動求心器的卷筒并擰動調(diào)整螺栓，使鋼琴線長短合適并居于中心位置。初步調(diào)整求心器鋼琴線相對機組基準部件中心位置偏差一般在2 mm左右。

2.3 精調(diào)求心器鋼琴線相對位置

初步調(diào)整完成求心器的鋼琴線相對機組基準部件中心位置后，把各被測部件、耳機、電池和求心器用導線連成電氣回路，求心器與被測部件應絕緣，耳機和被測部件接地應良好，用耳機、千分尺精確地測量并調(diào)整機組基準部件的中心位置，使對稱點半徑誤差符合規(guī)范規(guī)定的技術要求，機組基準部件的中心線基準誤差應不大于0.05 mm。

測量過程中，測量人員戴上耳機，一手拿千分表，另一手調(diào)節(jié)千分表的測桿長度，使千分表的頂端與軸承的內(nèi)徑相觸，表頭先在較大范圍內(nèi)與鋼琴線接觸，如果電路不通，這時從耳機內(nèi)就聽不到任何響聲。再調(diào)千分表的測桿長度，使表頭在較小的范圍內(nèi)和鋼琴線接觸，如果電路接觸，就能從耳機內(nèi)聽到響聲，此時千分尺測頭的讀數(shù)即為測點至鋼琴線的最短距離即水平距離，垂直同軸度測量方法如圖1所示。

2.4 測量各斷面的垂直同軸度

立式機組固定部件垂直同軸度的測量應以水泵（水輪機）軸承承插口止口為基準，埋設部件測量應以泵座（座環(huán)）為基準。根據(jù)機組安裝或檢修的技術要求確定機組的其他測量斷面，可以是雙止口水泵軸承的其他止口和電機上下測量斷面。測量方法與測量機組基準部件的中心位置一樣，并記錄測量數(shù)據(jù)。

2.5 計算調(diào)整值

將各點所測得的數(shù)值進行記錄，對垂直同軸度的測量數(shù)據(jù)進行分析，計算被測部件在東西方位及南北方位的上、下測點的同軸度偏差值。根據(jù)垂直同軸度測量結果，分析被測部件的垂直同軸度有以下3種情況：

（1）垂直同心：定子上、下部斷面的中心與基準面的中心位于同一條鉛垂線上，且各部位的中心與基準面中心的最大偏差值在允許的范圍內(nèi)。

（2）錯位：定子是垂直的，但與基準面的中心不在一條理想的軸線上。錯位的調(diào)整就是根據(jù)中心偏差值和方位，使用專用器械將被測部件平移至機組中心，調(diào)整值應為同軸度偏差測量值的一半。

（3）傾斜：被測部件中心線不是鉛垂線，且與基準面的中心不在同一條鉛垂線上。傾斜是安裝中常見的現(xiàn)象，一般傾斜也包括錯位，根據(jù)安裝的實際經(jīng)驗，應先調(diào)整傾斜，后調(diào)整錯位。

3 垂直同軸度自動測量儀

水泵（水輪機）立式機組的安裝，多年來機組固定部件垂直同軸度的測量一直是采用電氣回路法人工進行測量。整個測量過程分為4 個步驟：初調(diào)求心器鋼琴線相對位置，精調(diào)求心器鋼琴線相對位置，測量各斷面的垂直同軸度偏差，根據(jù)測量結果計算調(diào)整值。其中，測量各測量部件的垂直同軸度占用了很多的時間和精力，隨著科學技術的不斷發(fā)展，利用相關學科的先進設備和新建算法，可實現(xiàn)立式機組固定部件垂直同軸度的自動化測量。

垂直同軸度自動測量儀主要由電渦流測量傳感器和集成主板（含新建算法）兩部分組成。

3.1 電渦流測量傳感器

電渦流測距傳感器系統(tǒng)的工作原理是電渦流效應，屬于一種電感式測量原理。電渦流效應源自振蕩電路的能量，電渦流需要在可導電的材料（鋼琴線）內(nèi)形成。給傳感器探頭內(nèi)線圈導入交變電流，可以在探頭線圈周圍形成磁場，將（鋼琴線）導體放入這個磁場，根據(jù)法拉第電磁感應定律，導體內(nèi)會激發(fā)出電渦流。根據(jù)楞次定律，電渦流的磁場方向與線圈磁場正好相反，而這將改變探頭內(nèi)線圈的阻抗值，這個阻抗值的變化與線圈到被測物體（鋼琴線）之間的距離直接相關。傳感器探頭連接到控制器后，控制器可以從傳感器探頭內(nèi)獲得電壓值的變化量，并以此為依據(jù)，計算出對應的距離值。

將電渦流測量傳感器吸附在機組各測量斷面按東、西、南、北方向分布的測量點上，電渦流測量傳感器直徑宜不大于10 mm，所有的電渦流測量傳感器厚度應一致，測量誤差應不超過0.01 mm，電渦流測量傳感器根據(jù)原理自動測量從電渦流測量傳感器到鋼琴線的水平距離，并將測量數(shù)據(jù)傳送到集成主板，要求測量精度達到0.01 mm。

3.2 集成主板（含新建算法）

集成主板的功能是接收各個測量斷面的各個測量點的測量數(shù)據(jù)，記錄在按照不同的機組結構形式設置的垂直同軸度測量記錄表格的相應欄目內(nèi),利用BIM建模技術，根據(jù)不同的機組結構形式新建算法，計算其最終的調(diào)整值，并將計算成果發(fā)送給安裝檢修人員。

立式機組固定部件垂直同軸度的測量應以水泵（水輪機）導葉體這個基準部件的軸承承插口止口為基準斷面。如果是單止口軸承座，則這個軸承承插口止口為基準斷面；如果是雙止口軸承座，則應以軸承承插口的下止口作為基準斷面，埋設部件的垂直同軸度測量則應以泵座（座環(huán)）為基準斷面。基準斷面的中心偏差根據(jù)東、西、南、北4 個測點的自動測量值計算求得，并將計算成果發(fā)送給安裝檢修人員。

支墩式基礎的導葉體雙止口軸承座和電機定子鐵心均有上、下2 個垂直同軸度測量斷面，根據(jù)2 個測量斷面的測量成果計算X、Y軸線方向該測量部件的傾斜調(diào)整值，再計算該測量部件的錯位調(diào)整值，計算環(huán)形基礎的最大同軸度偏差值及其傾斜的平面夾角，并發(fā)送給安裝檢修人員。

機組其他部件如水泵（水輪機）上、下座和電機機架等，根據(jù)測量斷面的測量成果先計算X、Y軸線方向該測量部件的中心偏差值,再計算該部件的橢圓度和錐度，并將結算成果發(fā)送給安裝檢修人員。

4 結 語

立式機組垂直同軸度自動測量儀的構想是在總結泵站（水輪機）安裝檢修經(jīng)驗的基礎上，結合相關學科的先進技術和應用實踐提出來的，分析結果表明完成立式機組垂直同軸度自動測量儀的研制工作是可行的，也是提高立式機組安裝與檢修技術的需要和技術發(fā)展的必然趨勢，不僅能減少測量勞動強度，而且能提高測量精度并能及時反饋測量值，減少測量時間。研制的垂直同軸度自動測量儀的使用功效與優(yōu)勢明顯，具有較好的應用前景。