卧式机组轴线调整.doc

卧式发电机组轴线调整方法改进
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作者:李正才

【摘  要】在定量分析的基础上，改进了卧式发电机组轴线调整方法，纠正了常规调整方法的一些错误，克服了常规调整方法的盲目性，可明显提高工作效率及调整精度，彻底解决了卧式发电机组轴线调整的技术难题。
【关键词】卧式发电机 轴线 调整

　　下面介绍两轴以靠背轮联接的卧式水轮发电机组轴线调整（以下简称轴线调整）改进方法，轴线调整的任务是以水轮机轴为基准，将发电机轴调至与其同心。
　　通过盘车调整发电机的四个地角，尽量使发电机轴与水轮机轴同心。一般说来，对两靠背轮之间的距离要求不是很高，稍大点或小点并不是特别重要，在以下的分析中假设该距离已调好。盘车方法：将一测量架固定在水轮机轴上，在测量架上固定两块百分表，分别垂直指向发电机轴侧靠背轮+y方向的上表面和侧表面。将百分表调到有一定压缩量，然后对“0”，往同一方向盘车，每隔90°记录一次两块百分表的读数，最后回到原来位置，检查百分表是否为“0”。记侧面百分表盘车一周划过的圆称为轴向盘车圆。                      
　　轴线调整的常规方法是：将四个地角紧死后盘车，然后松开所有地角螺栓，根据盘车的轴向和径向记录调整四个地角（加垫、平移等），但具体的调整量是多少却不知道，必须进行反复多次调整，调整精度也不高。
　　这种调整方法有以下错误及不足之处：盘车前同时将四个地角紧死是错误的做法，由于不在同一直线上的三点确定一个平面，因此，一般只有三个地角着地，另一个悬空，调整地角时没有考虑这悬空量，很有可能出现下述情况：通过盘车认为该悬空角应撤垫，而实际上要加垫；不能精确确定各个地角的调节量，只能盲目地去试，工作效率和调整精度都不高。                                                                                                
　　改进后的轴线调整方法：参照如下图示，可分四个步骤进行调整：a、将A、B、D三个地角紧死，C悬空，然后盘车并每90°记录一个数据，见下表第二、三行；b、将B、C、D三个地角紧死，A悬空，盘车并记录轴向百分表在上下两点和径向百分表在左右两点的读数，见下表四、五行；c、根据计算结果调整各地角；d、将所有地角紧死后复测。
　　现分析盘车记录与四个地角相对于理想位置的偏差之间的关系。
　　如图建立三维直角坐标系：图中发电机轴在理想位置（即两轴同心），取理想轴线为z轴，轴向盘车圆在xoy平面中。
　　一般情况下，轴向盘车圆圆心不与原点重合，发电机轴既不与z轴重合，也不与z轴平行，在以下分析中，所有字母均指该点的实际位置而非理想位置。

测点
+y
-x
-y
+x
a
径向

轴向
δ1

γ1   
δ2

γ2
δ3

γ3
δ4

γ4
b
径向

轴向

γ1?
δ2?  

γ3?
δ4?

　　现已知：轴向盘车圆半径OM=ON=R，
    线段OP=p、OQ=q、PE=QF=h、AD=BC=2e，
    PE垂直且平分AD、QF垂直且平分BC，OP垂直平面PAD和QBC。
　　取δx=(δ4-δ2)/2、δy=(δ1-δ3)/2、
　　γx=(γ4-γ2)/2、γy=(γ1-γ3)/2，
　　δx?=δx-(δ4?-δ2?)/2、γy?=γy-(γ1?-γ3?)/2。

　　为简单起见，在以下的运算中，用AB表示以A为起点、B为终点的向量，同时还可用坐标形式表示向量，向量可与点的坐标、表示该点的字母进行统一运算。如设A（a，b，c），B（d，e，f），可进行以下运算：A=B-AB，AB=（d-a，e-b，f-c），kA=（ak，bk，ck）=k（a，b，c），也可记A=（a，b，c）等，对于两向量α、β，α?β表示两向量的数量积，α×β表示两向量的向量积。

　　易知：O=（δX，δy，0），
　　可设：OM=（Rcos2α，0，Rsin2α），其中Rsin2α=γx ，α→0
　　由于cos2α=1-2sin2α，当α→0时，sin2α是sin2α的高级无穷小量，而含cos2α项在以下的运算中仅进行有限次四则运算，故可省略2sin2α，令cos2α=1，后面还有类似情况，就不再重复。
　　因此可简化为：OM=（R，0，γx），同理：ON=（0，R，γy）。
　　由于OM⊥ON，根据向量积的定义可知：
　　OP=p/R2OM×ON=p（-γx/R，-γy/R，1）
    OQ=q（-γx/R，-γy/R，1）
　　设PE=QF=（hsinα，-hcosαcosβ，hcosαsinβ）
　　其中α→0，β→0
　　可将其化简为：PE=QF=（hsinα，-h，hsinβ）
　　由于OP⊥PE，根据两向量的数量积定义可知：
　　R/ph（Op?PE）=（-γx，-γy，R）?（sinα，-1，sinβ）
　　　　　　　　　=-sinαγx+γy+Rsinβ=0
　　sinαγx是γy的高级无穷小量，可令其为0，sinβ=-γy/R。
　　因此有：PE=QF=h（sinα，-1，-γy/R）
　　由于EF⊥PE，EF∥OP，ED⊥平面PEF，易知：
　　ED=-EA=FC=-FB
　　　=e/ph（OP×PE）
　　　=e/R（-γx，-γy，R）×（sinα，-1，-γy/R）
　　　=e/R（R+γy2/R，Rsinα-γxγy/R，γx+γysinα）
　　　=e（1，sinα，γx/R）（此步省略了高级无穷小量）
　　　D=O+OP+PE+ED
　　　=（δx-pγx/R+hsinα+e，δy-pγy/R+esinα-h，p-hγy/R+eγx/R）
　　现将D分解成三部分
　　D=（δx-pγx/R，δy-pγy/R，eγx/R -hγy/R）+sinα(h,e,0)+(e,-h,p)
　　第三部分即是D的理想位置。第二部分是一个动态量，α不确定，如果PQBADC绕PQ旋转一个角度α，显然对盘车结果并无影响，只是发电机的水平发生变化，因此，调整轴线时可不予考虑，如有必要可在轴线调整后再对发电机进行水平调整，必须注意的是调整完水平后，要将发电机在x方向作相应调整。
　　现在只考虑第一部分，并记为d，A、B、C的相应部分分别记为a、b、c。于是可得：
　　a=（δx-pγx/R，δy-pγy/R，-eγx/R -hγy/R）
　　b=（δx-qγx/R，δy-qγy/R，-eγx/R -hγy/R）
　　c=（δx-qγx/R，δy-qγy/R，eγx/R -hγy/R）
　　d=（δx-pγx/R，δy-pγy/R，eγx/R -hγy/R）
　　在新调整方法的步骤a中，设C悬空δ，在步骤b中，A也悬空δ。即在步骤a中，A在y方向的分量较步骤b中的相应分量少δ，C则反之，其余的各分量均对应相等。
　　易得到：δ=-δx?e/h-γy?(q-p)/2R
　　调整时，撤去厚度为a、b、c、d中y向分量的垫（如该分量为负就加垫），另外，在C点还应加上厚度为δ的垫；再往-x方向调整a、b、c、d中x向分量；z向±eγx/R量已自动调为0，因此，z向可作前后调整，也可不作调整。将四个地角全部紧实复测即可。

　　这种调整方法可以大幅提高轴线调整的效率和精度。同时，调整设备水平也可借鉴该方法，如果待调设备超过三个地角，也应只紧实三个地角，依次测出其他地角的悬空量，最后再进行调整。

【摘  要】在定量分析的基础上，改进了卧式发电机组轴线调整方法，纠正了常规调整方法的一些错误，克服了常规调整方法的盲目性，可明显提高工作效率及调整精度，彻底解决了卧式发电机组轴线调整的技术难题。
【关键词】卧式发电机 轴线 调整

　　下面介绍两轴以靠背轮联接的卧式水轮发电机组轴线调整（以下简称轴线调整）改进方法，轴线调整的任务是以水轮机轴为基准，将发电机轴调至与其同心。
　　通过盘车调整发电机的四个地角，尽量使发电机轴与水轮机轴同心。一般说来，对两靠背轮之间的距离要求不是很高，稍大点或小点并不是特别重要，在以下的分析中假设该距离已调好。盘车方法：将一测量架固定在水轮机轴上，在测量架上固定两块百分表，分别垂直指向发电机轴侧靠背轮+y方向的上表面和侧表面。将百分表调到有一定压缩量，然后对“0”，往同一方向盘车，每隔90°记录一次两块百分表的读数，最后回到原来位置，检查百分表是否为“0”。记侧面百分表盘车一周划过的圆称为轴向盘车圆。                      
　　轴线调整的常规方法是：将四个地角紧死后盘车，然后松开所有地角螺栓，根据盘车的轴向和径向记录调整四个地角（加垫、平移等），但具体的调整量是多少却不知道，必须进行反复多次调整，调整精度也不高。
　　这种调整方法有以下错误及不足之处：盘车前同时将四个地角紧死是错误的做法，由于不在同一直线上的三点确定一个平面，因此，一般只有三个地角着地，另一个悬空，调整地角时没有考虑这悬空量，很有可能出现下述情况：通过盘车认为该悬空角应撤垫，而实际上要加垫；不能精确确定各个地角的调节量，只能盲目地去试，工作效率和调整精度都不高。                                                                                                
　　改进后的轴线调整方法：参照如下图示，可分四个步骤进行调整：a、将A、B、D三个地角紧死，C悬空，然后盘车并每90°记录一个数据，见下表第二、三行；b、将B、C、D三个地角紧死，A悬空，盘车并记录轴向百分表在上下两点和径向百分表在左右两点的读数，见下表四、五行；c、根据计算结果调整各地角；d、将所有地角紧死后复测。
　　现分析盘车记录与四个地角相对于理想位置的偏差之间的关系。
　　如图建立三维直角坐标系：图中发电机轴在理想位置（即两轴同心），取理想轴线为z轴，轴向盘车圆在xoy平面中。
　　一般情况下，轴向盘车圆圆心不与原点重合，发电机轴既不与z轴重合，也不与z轴平行，在以下分析中，所有字母均指该点的实际位置而非理想位置。

测点
+y
-x
-y
+x
a
径向

轴向
δ1

γ1   
δ2

γ2
δ3

γ3
δ4

γ4
b
径向

轴向

γ1?
δ2?  

γ3?
δ4?

　　现已知：轴向盘车圆半径OM=ON=R，
    线段OP=p、OQ=q、PE=QF=h、AD=BC=2e，
    PE垂直且平分AD、QF垂直且平分BC，OP垂直平面PAD和QBC。
　　取δx=(δ4-δ2)/2、δy=(δ1-δ3)/2、
　　γx=(γ4-γ2)/2、γy=(γ1-γ3)/2，
　　δx?=δx-(δ4?-δ2?)/2、γy?=γy-(γ1?-γ3?)/2。

　　为简单起见，在以下的运算中，用AB表示以A为起点、B为终点的向量，同时还可用坐标形式表示向量，向量可与点的坐标、表示该点的字母进行统一运算。如设A（a，b，c），B（d，e，f），可进行以下运算：A=B-AB，AB=（d-a，e-b，f-c），kA=（ak，bk，ck）=k（a，b，c），也可记A=（a，b，c）等，对于两向量α、β，α?β表示两向量的数量积，α×β表示两向量的向量积。

　　易知：O=（δX，δy，0），
　　可设：OM=（Rcos2α，0，Rsin2α），其中Rsin2α=γx ，α→0
　　由于cos2α=1-2sin2α，当α→0时，sin2α是sin2α的高级无穷小量，而含cos2α项在以下的运算中仅进行有限次四则运算，故可省略2sin2α，令cos2α=1，后面还有类似情况，就不再重复。
　　因此可简化为：OM=（R，0，γx），同理：ON=（0，R，γy）。
　　由于OM⊥ON，根据向量积的定义可知：
　　OP=p/R2OM×ON=p（-γx/R，-γy/R，1）
    OQ=q（-γx/R，-γy/R，1）
　　设PE=QF=（hsinα，-hcosαcosβ，hcosαsinβ）
　　其中α→0，β→0
　　可将其化简为：PE=QF=（hsinα，-h，hsinβ）
　　由于OP⊥PE，根据两向量的数量积定义可知：
　　R/ph（Op?PE）=（-γx，-γy，R）?（sinα，-1，sinβ）
　　　　　　　　　=-sinαγx+γy+Rsinβ=0
　　sinαγx是γy的高级无穷小量，可令其为0，sinβ=-γy/R。
　　因此有：PE=QF=h（sinα，-1，-γy/R）
　　由于EF⊥PE，EF∥OP，ED⊥平面PEF，易知：
　　ED=-EA=FC=-FB
　　　=e/ph（OP×PE）
　　　=e/R（-γx，-γy，R）×（sinα，-1，-γy/R）
　　　=e/R（R+γy2/R，Rsinα-γxγy/R，γx+γysinα）
　　　=e（1，sinα，γx/R）（此步省略了高级无穷小量）
　　　D=O+OP+PE+ED
　　　=（δx-pγx/R+hsinα+e，δy-pγy/R+esinα-h，p-hγy/R+eγx/R）
　　现将D分解成三部分
　　D=（δx-pγx/R，δy-pγy/R，eγx/R -hγy/R）+sinα(h,e,0)+(e,-h,p)
　　第三部分即是D的理想位置。第二部分是一个动态量，α不确定，如果PQBADC绕PQ旋转一个角度α，显然对盘车结果并无影响，只是发电机的水平发生变化，因此，调整轴线时可不予考虑，如有必要可在轴线调整后再对发电机进行水平调整，必须注意的是调整完水平后，要将发电机在x方向作相应调整。
　　现在只考虑第一部分，并记为d，A、B、C的相应部分分别记为a、b、c。于是可得：
　　a=（δx-pγx/R，δy-pγy/R，-eγx/R -hγy/R）
　　b=（δx-qγx/R，δy-qγy/R，-eγx/R -hγy/R）
　　c=（δx-qγx/R，δy-qγy/R，eγx/R -hγy/R）
　　d=（δx-pγx/R，δy-pγy/R，eγx/R -hγy/R）
　　在新调整方法的步骤a中，设C悬空δ，在步骤b中，A也悬空δ。即在步骤a中，A在y方向的分量较步骤b中的相应分量少δ，C则反之，其余的各分量均对应相等。
　　易得到：δ=-δx?e/h-γy?(q-p)/2R
　　调整时，撤去厚度为a、b、c、d中y向分量的垫（如该分量为负就加垫），另外，在C点还应加上厚度为δ的垫；再往-x方向调整a、b、c、d中x向分量；z向±eγx/R量已自动调为0，因此，z向可作前后调整，也可不作调整。将四个地角全部紧实复测即可。

　　这种调整方法可以大幅提高轴线调整的效率和精度。同时，调整设备水平也可借鉴该方法，如果待调设备超过三个地角，也应只紧实三个地角，依次测出其他地角的悬空量，最后再进行调整。