基于水电机组盘车的摆度测量及调整系统研究

钟象新 乔志远 谭小平

(广东省源天工程有限公司，广东 广州 511340)

水电机组盘车是水电站安装检修中重要的一环，盘车的质量直接影响水电站机组安全、高效运行[1],因此，盘车的目的是尽可能地测量和调整水轮发电机主轴的轴线摆度，进而使其合理分配轴瓦间隙，从而保证机组长期安全、稳定运行。然而运用传统方法进行水电机组盘车时，人工操作程序烦琐、费时费力，数据记录及处理会出现偏差，准确度低。为了提高水电机组盘车的准确性和缩短盘车的时间，本文综合运用LabVIEW编程语言配合高精度的传感器，设计并开发了一套完整的水电机组轴线摆度测量及调整系统[2]，该系统具有自动测量、轴线调整计算的功能，能够有效提高水电机组盘车的准确性和自动化水平。

1 水电机组盘车摆度测量及调整系统结构

水电机组轴线的摆度测量及调整系统由软硬件两部分组成，硬件部分由PL-IS09-H7激光位移传感器、光纤传感器、单片机、无线收发模块、传感器的供电电源组成。软件部分为LabVIEW编程语言搭建的软件系统。

其中PL-IS09-H7激光位移传感器是基于三角原理工作的位移传感器，其能读取上导、下导、法兰及水导各位置的位移数据，同时测量精度和智能化水平都较传统的百分表有很大的提高。光纤传感器作为角度位移传感器进行角度位置测量工作，当光纤传感器感知到金属检测体时能触发工作状态。无线收发模块能适应水电站厂房的复杂结构，满足电站对数据无线收发的需要。单片机是系统硬件部分和系统软件部分的中间桥梁，在光纤传感器感知到金属检测体时，单片机能通过TTL转RS232电平模块、中间继电器、RS232转RS485/422转换器这条路线向盘车摆度测量及调整系统报告机组轴线的角度位置。传感器的供电电源是将220V的交流电转换为24V的直流电再给传感器供电。

LabVIEW是一种图形化的编程语言，是目前在测试测量领域应用最广泛的软件之一，它是采用图形化的代码形式进行系统程序开发，可方便地创建用户界面，负责分析处理盘车测量数据，并通过各种工作界面给出减小机组轴线摆度到允许范围内的修正措施。

2 水电站机组摆度测量及分析实验

水电机组盘车的方式有3种，本文采用自动盘车方式测量水电机组轴线的摆度值[3]。自动盘车是一种采用电机带动齿轮传递力矩的盘车方式[4]，其装置是根据水轮发电机组的上导轴承相关尺寸和机组转动部分的重量进行设计的。它由弹性力偶、减速增距、联轴离合等机构组成，具有控制简便，主动与被动之间互不干涉；转速均匀、停点准,转子处于充分自由状态等优点。水电机组自动盘车现场见图1。

图1 水电机组自动盘车现场

2.1 水电机组轴线盘车实验

按逆时针方向用金属检测体分别将主轴的上导等处分成八等份，并按顺序编号，在上导、下导、主轴法兰、水导处按照X、Y方向设置两个激光位移传感器测量各位置的摆度值，两者成90°夹角，起着相互校核的作用，并要求各位置的对应等分点同号且在同一铅锤线上。

开始盘车时先试着转动三圈，待盘车摆度测量及调整系统与硬件设备同步后，单片机与盘车摆度测量及调整系统确定某一等分线的金属检测体作为0°位置。当光纤传感器再次感应到金属检测体时，单片机通知盘车摆度测量及调整系统指示上导、下导、法兰及水导等各位置的激光位移传感器读取机组轴线的径向位移值，8个位置的相对测量数据作为一圈，并以圈为单位将数据存入系统中。水电机组盘车系统结构组成见图2。

图2 水电机组盘车系统结构组成

将机组盘车数据导入系统计算界面中，再设置盘车摆度测量及调整系统的水电机组参数[5]，盘车测量及调整系统能自动计算出各位置的全摆度和净摆度，并给出机组的曲折状态、刮削的处理位置和处理量[6-7]。

2.2 盘车测量数据分析处理

随机选取其中一圈盘车测量数据，具体盘车中传感器(X*,Y*)和百分表(X,Y)摆度测量数据见表1，将数据导入到系统的轴线调整计算界面中，输入该水电机组的参数，进行计算。系统将计算出盘车测量数据的摆度值(见表2)。

表1 盘车中传感器(X*,Y*)和百分表(X,Y)摆度测量数据 单位：mm

表2 盘车中传感器(X*,Y*)和百分表(X,Y)全摆度和净摆度值 单位：mm

续表

水电机组摆度测量及调整系统可依据表1和表2中所测得的数据进行自动计算，从刮削量计算界面图(见图3)中可看到，系统显示镜板最大刮削量是0.025mm,而用人工方法得到的是0.026mm，两者数据仅相差0.001mm；系统显示法兰最大刮削量是0.062mm，人工方法得到的是0.064mm,两者数据相差0.002mm；刮削的方位角度方面，系统得到的镜板处偏移角度是315.79°，人工方法计算得到的偏移角度是7偏8约1.1°，系统得到的法兰处偏移角是302.37°，人工方法计算得到法兰处的是7偏6约11.19°。根据系统计算结果，可以判断水电机组轴线曲折状态为第五个曲折状态(见图4)，在系统中通过三维立体显示图(见图5)不难看出，该系统的盘车测量数据稳定可靠，能快速获取和处理海量数据，且调整计算的结果精度更高。此外，系统对于机组轴线的曲折状态能够通过三维图形显示，便于现场盘车人员准确掌握机组轴线状态和顺利开展盘车工作。

图3 系统计算的刮削量及方位角度

图4 水电机组轴线曲折典型状态

图5 水电机组轴系曲折状态三维演示

3 总结与展望

a.在进行水电机组盘车时，水电机组盘车摆度测量及调整系统相比传统的手动盘车省时省力、盘车装置易于搭建和拆除、停点准确可信、自动读数误差小、调整计算值精度高、可靠性好、盘车操作效率高、不会对操作人员提出较高要求，更能快速处理海量数据，提高了水电机组盘车的准确性和自动化水平。

b.由于卧式水电机组和三段式水电机组轴线需要考虑更多的影响因素，采集更多的盘车测量数据，本文现只考虑立式水电机组的盘车情况，同时需要调整受油器和操作油管等部位轴线的水电机组也未考虑进来，而这将是水电机组安装检修自动化的重要方向。

c.未来运用更加先进的传感器测量技术，更加精准、实用的先进算法，更易学、更稳定的软件开发平台搭建盘车系统，促使盘车测量进一步自动化、智能化，是必然的发展趋势。