立式机组轴线摆度测量调整实验装置与实验方法

摘要

本发明提供一种立式机组轴线摆度测量调整实验装置与实验方法。实验装置包括支撑结构、测量调整对象和测量系统三部分。测量调整对象是对立式机组轴线摆度测量结构的模拟，只要在推力轴承与推力头之间和刚性联轴器间适当方位加入适当厚度的垫片，能够随意设置轴线摆度，供测量、计算、分析和处理用。测量计算轴线摆度，计算为处理轴线摆度在电机推力轴承处和刚性联轴器端面的刮削值，验证计算的刮削值及其方位与所加垫片的厚度及其方位的一致性。通过去除垫片很方便地处理摆度。在较短时间内，可以测试、计算、分析和处理多个方案。因而可以熟练使用摆度测量工具，熟练掌握摆度测量方法，了解测量机理，学会如何分析处理摆度，从而提高教学质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种立式机组安装参数测量调整实验装置及方法，尤其是立式 机组轴线摆度测量调整实验装置与实验方法。

背景技术

立式水轮机组和大型立式水泵机组在水电站和水泵站中占有很大比例。新 机组安装和已建站机组定期或事故性大修重新安装，轴线摆度测量与调整是一 关键环节，技术含量高。如果技术过硬，仅需2～3天即可测量处理完成；相反， 可能2～3周都不一定能调整好。摆度过大，轻则造成机组运行振动加剧，水泵 导轴承磨损加快，重则导轴承损坏，发生叶轮叶片碰壳等事故。在机组安装检 修过程中，安装人员熟练掌握轴线摆度测量和调整的方法至关重要。

大型机组安装、检修时间较长，安装检修现场较为杂乱，由于目前无立式 机组轴线摆度测量调整实验装置，相关专业的研究生和大学生很难有机会接触 到轴线摆度测量调整的全过程，更不可能亲自动手参与轴线摆度测量调整的实 践，很难直观有效地学习和掌握摆度的测量和调整方法。

发明内容

本发明的目的就是为克服目前没有无立式机组轴线摆度测量调整实验装 置，需要到设备现场学习立式机组轴线摆度测量调整方法，由于学习时间无法 保证，学习效果差，导致立式机组轴线摆度测量技术差、调整精度低的缺点。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

提供一种立式机组轴线摆度测量调整实验装置，包括支撑结构、测量调整 对象和测量系统三部分；所述支撑结构包括支架、斜拉杆、操作平台、护栏和 梯子，支架用地脚螺栓固定在地面基础上，两根对称的斜拉杆一端固定在操作 平台底面，另一端固定在支架上；梯子上端斜靠在操作平台侧面。支架和操作 平台为分散式结构，用螺栓联结固定；所述测量调整对象包括电机轴、水泵轴 及其轴颈、刚性联轴器及其调整垫片一、推力头、推力轴承及其调整垫片二、 上导轴承、下导轴承和下导轴颈，电机轴和水泵轴之间通过刚性联轴器连接； 所述测量系统包括手轮、电机上导轴承处的百分表一及其测架一、刚性联轴器 法兰处的百分表二及其测架、水泵导轴承处的百分表三及其测架二；在电机轴 上，从上到下依次连接手轮、推力头、上导轴承、推力轴承、下导轴颈、下导 轴承、刚性联轴器、水泵轴及其轴颈。

所述推力轴承与上导轴承均置于轴承盒内，轴承盒固定在操作平台上。

所述操作平台上方的手轮、推力头、上导轴承、推力轴承、电机上导轴承 处的百分表一及其测架均置于所述护栏内。

提供一种立式机组轴线摆度测量调整实验方法，在推力轴承与推力头之间不 加调整垫片，在刚性联轴器之间不加调整垫片，转动手轮盘车，用电机上导轴 承处的百分表一、刚性联轴器法兰处的百分表二、水泵导轴承处的百分表三分 别测定各自所在部位轴线的摆度，记录百分表读数，计算分析轴线各部位的摆 度值及其方位，由于采用了组合精密加工，验证校核三处摆度值应合格；

提供一种立式机组轴线摆度测量调整实验方法，选取适当厚度的调整垫片 二，并测量其厚度，在推力轴承与推力头之间的一侧加入调整垫片二，造成电 机轴线摆度。转动手轮盘车，用电机上导轴承处的百分表一、刚性联轴器法兰 处的百分表二、水泵导轴承处的百分表三分别测定各自所在部位轴线的摆度， 记录百分表读数，计算分析轴线各部位的摆度值及其方位，与根据加入调整垫 片二的厚度及方位和轴系长度以及加垫处推力轴承直径计算预测的电机轴线摆 度值及方位比较，两者应一致，即，反过来，去除调整垫片二，即可消除电机 轴线摆度。

提供一种立式机组轴线摆度测量调整实验方法，选取适当厚度的调整垫片 一，并测量其厚度，在刚性联轴器之间的一侧加入调整垫片一，造成水泵轴线 与电机轴线的曲折和摆度。转动手轮盘车，用电机上导轴承处的百分表一、刚 性联轴器法兰处的百分表二、水泵导轴承处的百分表三分别测定各自所在部位 轴线的摆度，记录百分表读数，计算分析轴线各部位的摆度值及其方位，与根 据加入调整垫片一的厚度及方位和轴系长度以及刚性联轴器加垫处直径计算预 测的水泵轴线摆度值及方位比较，两者应一致，即，反过来，去除调整垫片一， 即可消除水泵轴线与电机轴线的曲折和水泵轴线摆度。

提供一种立式机组轴线摆度测量调整实验方法，选取适当厚度的调整垫片 一、调整垫片二，并测量其厚度，在推力轴承与推力头之间的某方位加入调整 垫片二，在刚性联轴器之间的某方位加入调整垫片一，两处加垫方位在水平面 内的夹角为下列五种之一：0°、45°、90°、135°、180°，同时造成电机轴线摆度、 水泵轴线与电机轴线曲折及摆度。转动手轮盘车，用电机上导轴承处的百分表 一、刚性联轴器法兰处的百分表二、水泵导轴承处的百分表三分别测定各自所 在部位轴线的摆度，记录百分表读数，计算分析轴线各部位的摆度值及其方位， 与根据加入调整垫片一和调整垫片二的厚度及方位和轴系长度、加垫处直径预 测计算的摆度值及方位比较，两者应一致。为消除水泵轴线与电机轴线的曲折， 计算水泵轴刚性联轴器端面的最大刮削值及方位应与调整垫片一厚度及加垫方 位一致。

本发明所述立式机组轴线摆度测量调整实验装置是对立式机组轴线摆度测 量结构的模拟，只要在推力轴承与推力头之间和刚性联轴器之间适当方位加入 适当厚度的垫片，能够随意设置轴线摆度，供测量分析用。测量计算出轴线存 在较大摆度时，根据计算处理值，可以通过去除垫片很方便地处理摆度。在较 短时间内，可以测试、分析、处理多个方案。因而训练机会多、项目多，可以 熟练使用摆度测量工具，熟练掌握摆度测量方法，了解测量机理，学会如何分 析处理摆度，从而提高教学质量。

附图说明

图1为立式机组轴线摆度测量调整装置结构示意图；

图2为立式机组轴线摆度处理值计算示意图。

图中，1-支架；2-斜拉杆；3-操作平台；4-护栏；5梯子；6-地脚螺栓；7– 联结螺栓；8-电机轴；9-水泵轴；10-轴颈；11-刚性联轴器；12-调整垫片一；13- 推力头；14-推力轴承；15-调整垫片二；16-上导轴承；17-轴承盒；18-下导轴承； 19-下导轴颈；20-手轮；21-百分表一；22-百分表二；23-百分表三；24-测架一； 25-测架二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，立式机组轴线摆度测量调整装置由支撑结构、测量调整对象和 测量系统三部分组成。

支撑结构包括支架1、斜拉杆2、操作平台3、护栏4和梯子5组成。支架1 用地脚螺栓6固定在地面基础上。两根对称的斜拉杆2一端固定在操作平台3 底面，另一端固定在支架1上。梯子5上端斜靠在操作平台3侧面。支架1和 操作平台3为分散式结构，用联结螺栓7固定，以便于运输。支架1和操作平 台3有足够的强度和刚度，保证测量时不晃动。

测量调整对象包括电机轴8、水泵轴9及轴颈10、刚性联轴器11及调整垫 片一12、推力头13、推力轴承14、调整垫片二15、上导轴承16(推力轴承14 与上导轴承16置于轴承盒17内)、下导轴承18、下导轴颈19。电机轴轴颈19 与水泵轴轴颈10、刚性联轴器11对接止口和法兰侧面采用组合加工，保证加工 精度。电机轴8和水泵轴9之间通过刚性联轴器11连接。

所述测量系统包括手轮20、电机上导轴承处的百分表一21及其测架一24、 刚性联轴器法兰处的百分表二22及其测架、水泵导轴承处的百分表三23及其 测架二25。

在电机轴线上，从上到下依次连接手轮20、推力头13、上导轴承16、推力 轴承14、操作平台3、电机轴8、下导轴承18、下导轴颈19、刚性联轴器11、 水泵轴9及其轴颈10。操作平台3上方的手轮20、推力头13、上导轴承16、 推力轴承14、电机上导轴承处的百分表一21及其测架一24均置于所述护栏4 内。

下面通过实施例对立式机组轴线摆度测量调整实验方法进行说明。

实施例1(实验一)

在推力轴承14与推力头13之间未加调整垫片二15和刚性联轴器11之间 未加调整垫片一12时，测量电机轴8和水泵轴9剩余摆度。记录百分表一21、 百分表二22和百分表三23的读数，计算摆度值及其方位，剩余摆度应很小， 在合格范围内。

实施例2(实验二)

在推力轴承14与推力头13之间一侧加入调整垫片二15，根据加入调整垫 片二15的厚度和装置的相关尺寸，计算刚性联轴器法兰处应该具有的摆度值及 其方位。用百分表二22实测并计算刚性联轴器法兰处摆度的最大值及其方位， 与计算预测值比较分析。

实施例3(实验三)

在推力轴承14与推力头13之间不加调整垫片二15，在水泵轴9与电机轴 8刚性联轴器11端面一侧加入调整垫片一12，根据加入调整垫片一12的厚度 和装置的相关尺寸，计算预测水泵轴轴颈处应该具有的摆度值及其方位。用百 分表三23实测并计算水泵轴轴颈处摆度的最大值及其方位，与计算值比较分析。

实施例4(实验四)

在推力轴承14与推力头13之间一侧加入调整垫片二15，在水泵轴9与电 机轴8刚性联轴器11端面一侧加入调整垫片一12，两处加入垫片的方位分为相 同(0°)、相反(180°)、成45°、90°、135°等5种情形，根据加入垫片的厚度和 装置的相关尺寸，计算预测刚性联轴器法兰处和水泵轴轴颈处应该具有的最大 摆度值及其所在方位。用百分表二22和百分表三23实测计算该两处的摆度， 分析验证两轴线最大摆度方位与轴线理论中心不在同一平面内时刚性联轴器端 面刮削值及其方位计算公式的正确性。

如图1所示，分别在电机上导轴承16处推力头13的侧面同一水平面内安 装两只水平方位成90°的百分表一21，在刚性联轴器11法兰侧面的同一水平面 内安装两只水平方位成90°的百分表二22，在水泵导轴承轴颈10处的同一水平 面内安装两只水平方位成90°的百分表三23，且上下三处的三组百分表方位一 致，分别将盘车测量的百分表的读数记录在表格中，计算摆度，两只百分表测 量计算的摆度应该一致，可用为相互校核。采用下面的表1记录计算摆度。

表1         立式机组轴线摆度测量记录表                 单位：mm

电机轴摆度方位与水泵轴摆度方位成任意角度时，根据百分表测量值计算 摆度处理值的方法如下：

如图2，电机轴8上导轴承16至下导轴承18轴长为L₀，下导轴承18最大摆 度在“Ⅲ”方位，其值为S_ma，电机上导轴承16至刚性联轴器11轴长为L₁；刚 性联轴器11至水泵轴下导轴承轴颈10轴长为L₂；水泵轴9下水润滑导轴承处 轴线最大摆度在方位“Ⅰ”与“Ⅱ”方位之间，最大摆度为S_mc，图中：

$\overline{\mathrm{CO}}=\frac{S_{\mathrm{mc}}}{2},\overline{\mathrm{DO}}=\frac{L_1+L_2}{{2L}_0}{S}_{\mathrm{ma}},$

∠COD＝α(已知)，∠CDO＝β(最大刮削方位，待求)，据余弦定理：

$\left(\begin{array}{c}\overline{\mathrm{DC}}=\sqrt{{\overline{\mathrm{CO}}}^2+{\overline{\mathrm{DO}}}^2-2\overline{\mathrm{CO}}\times \overline{\mathrm{DO}}\times \cos \alpha }\\ =\sqrt{{\left(\frac{S_{\mathrm{mc}}}{2}\right)}^2+{\left(\frac{L_1+L_2}{{2L}_0}{S}_{\mathrm{ma}}\right)}^2-2\frac{S_{\mathrm{mc}}}{2}\times \frac{L_1+L_2}{{2L}_0}{S}_{\mathrm{ma}}\times \cos \alpha }\\ =\frac{1}{2}\sqrt{{\left(S_{\mathrm{mc}}\right)}^2+{\left(\frac{L_1+L_2}{L_0}{S}_{\mathrm{ma}}\right)}^2-{2S}_{\mathrm{mc}}\frac{L_1+L_2}{L_0}{S}_{\mathrm{ma}}\times \cos \alpha }\end{array}\right)$

刚性联轴器法兰最大刮削值为

${\delta }_b=\frac{d}{L_2}\overline{\mathrm{DC}}=\frac{d}{{2L}_2}\sqrt{{\left(S_{\mathrm{mc}}\right)}^2+{\left(\frac{L_1+L_2}{L_0}{S}_{\mathrm{ma}}\right)}^2-{2S}_{\mathrm{mc}}\frac{L_1+L_2}{L_0}{S}_{\mathrm{ma}}\times \cos \alpha }$

根据正弦定理

$\frac{\overline{\mathrm{CO}}}{\sin \beta }=\frac{\overline{\mathrm{DC}}}{\sin \alpha },$

$\left(\begin{array}{c}\beta ={\sin }^{-1}\left(\frac{\overline{\mathrm{CO}}}{\overline{\mathrm{DC}}}\sin \alpha \right)\\ ={\sin }^{-1}\left(\frac{S_{\mathrm{mc}}}{{\left(S_{\mathrm{mc}}\right)}^2+{\left(\frac{L_1+L_2}{L_0}{S}_{\mathrm{ma}}\right)}^2-{2S}_{\mathrm{me}}\frac{L_1+L_2}{L_0}{S}_{\mathrm{ma}}\times \cos \alpha }\sin \alpha \right)\end{array}\right)$

为处理水泵轴9与电机轴8同轴，刚性联轴器11法兰端面最大刮削值方位 在Ⅲ方位与Ⅳ方位之间，由Ⅲ方位偏向Ⅳ方位β角的方位；最大刮削值为δ_b， 对面刮削值为0，中间刮削值线性变化。