張海宏，肖金磊

（中國長江電力股份有限公司檢修廠，湖北 宜昌443002）

1 引言

機組在長期運行過程中，受到電磁力、機械力等因素的影響，轉(zhuǎn)子圓度可能會發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子磁極不圓是導(dǎo)致大型水輪發(fā)電機組定子與轉(zhuǎn)子間空氣間隙不均勻的主要因素之一，轉(zhuǎn)子圓度直接影響轉(zhuǎn)子的機械性能和電磁性能，進而影響機組的安全穩(wěn)定運行。轉(zhuǎn)子測圓的目的在于檢查轉(zhuǎn)子圓度是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

利用旋轉(zhuǎn)測圓架對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行測圓，首先要對測圓架的中心、水平進行安裝和調(diào)整，測圓架的水平與中心不僅精度要求高，且水平調(diào)節(jié)和中心調(diào)節(jié)相互影響、互相干涉，致使轉(zhuǎn)子測圓工作效率不高。本文通過對轉(zhuǎn)子測圓方法的誤差分析與計算，基于excel計算對轉(zhuǎn)子測圓過程中產(chǎn)生的誤差進行控制，并通過轉(zhuǎn)子測圓補償測量法，提高測圓數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。

2 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)測圓架

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)測圓架由底座、回裝中心體、拉緊裝置以及配重臂、測量臂等部件組成。如圖1所示，通過調(diào)整配重臂使測圓架受力均勻，減少了測圓架固定部分和旋轉(zhuǎn)部分的受力不均，進而減少誤差。用百分表進行測量，精度高，便于靈活控制。

目前廣泛使用的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)測圓架為中空測圓架，即測圓架有求心設(shè)計，目的是使測圓架的中心可以進行調(diào)整，使測圓架中心與轉(zhuǎn)子同心。

圖1 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)測圓架示意圖

3 測圓方法簡介及分析

3.1 測圓方法簡介

將測圓架置于轉(zhuǎn)子上方，在測圓架上、中、下三個位置上架設(shè)百分表，表針垂直于磁極表面；在測圓架中心體內(nèi)架設(shè)鋼琴線，反復(fù)調(diào)整測圓架，使測圓架與轉(zhuǎn)子中心同軸；使用合像水平儀測量測圓架水平，并反復(fù)調(diào)整測圓架拉緊裝置直到使測圓架與轉(zhuǎn)子平行。試轉(zhuǎn)一周，檢驗測圓架是否靈活以及有無憋勁現(xiàn)象以及百分表回零情況，再旋轉(zhuǎn)測圓架進行轉(zhuǎn)子測圓并記錄數(shù)據(jù)。

對于中心不能使用鋼琴線調(diào)整的測圓架，測圓架水平合格后，先旋轉(zhuǎn)測圓架一圈進行測量并記錄數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析，選取垂直對稱4個方向偏差最大值為基準(zhǔn)，調(diào)整其中心為0，再進行測圓，得出的數(shù)據(jù)也可反映轉(zhuǎn)子圓度。由于其測量精度不高，目前使用較少。

3.2 誤差分析

不考慮測圓架強度和本身缺陷，即認(rèn)為測圓架旋轉(zhuǎn)時測量臂所有測點軌跡為圓，圓中心線為測圓架中心體的中心線，誤差來源主要有測圓架中心、水平調(diào)整帶來的誤差以及百分表在磁極表面測點位置不一致產(chǎn)生的誤差。

（1）測圓架中心調(diào)整誤差。如圖2所示，即測圓架實際中心與轉(zhuǎn)子中心未重合，存在一定的偏差值。測圓架安裝中心偏差直接影響測圓架測量臂與磁極表面測點的距離，影響測圓數(shù)據(jù)。假設(shè)測圓架實際中心與理想中心在某方向上偏差0.01 mm，則測圓數(shù)據(jù)在該方向上偏差可達(dá)到0.02 mm。

圖2 測圓架中心偏差

（2）測圓架水平調(diào)整誤差。測圓架與轉(zhuǎn)子不平行，測圓架實際水平值存在一定偏差，致使測量臂與磁極形成一定角度且垂直距離發(fā)生改變，影響測圓數(shù)據(jù)。測圓架水平不合格，相當(dāng)于測圓架從水平位置旋轉(zhuǎn)了一個角度，導(dǎo)致測量臂測點位置與轉(zhuǎn)子磁極的水平距離和測量角度均發(fā)生變化，進而導(dǎo)致測量偏差。

圖3 測圓架水平偏差

設(shè)測圓架水平調(diào)整偏差為Δz mm/m，不考慮其他因素。設(shè)轉(zhuǎn)子直徑為Φ1，轉(zhuǎn)子高度為h1，則測點與測圓架水平偏差中心夾角為，測圓架旋轉(zhuǎn)平面與轉(zhuǎn)子中心的偏差角為則偏差后的連線角為

因為水平偏差，測圓架支臂端點在水平方向上的位移為：

測量臂上的百分表測量的是測量臂端點與磁極表面的傾斜距離，則測量偏差為

由于測圓架水平偏差一般較小，一般都控制在0.05 mm/m以內(nèi)，可以近似認(rèn)為測圓架的圓度測量偏差Δa就是測量臂端點在水平方向上的位移，即Δs=Δa。

以葛洲壩電站機組發(fā)電機轉(zhuǎn)子參數(shù)來進行理論計算分析為例，具體參數(shù)如下：

轉(zhuǎn)子直徑為14960 mm，轉(zhuǎn)子高度為1850 mm，假設(shè)測圓架水平調(diào)整偏差為0.01 mm/m。

通過上述公式計算，不考慮其他因素影響的前提下，可以得出測量值偏差基本與測圓架水平偏差成正比關(guān)系，水平偏差每偏差0.01 mm/m，對應(yīng)圓度測量值偏差0.01 mm。

（3）百分表測點位置偏離磁極中心產(chǎn)生的誤差。如圖4所示。不考慮磁極本身因素的影響，同樣以葛洲壩電站發(fā)電機轉(zhuǎn)子參數(shù)進行理論計算分析為例。轉(zhuǎn)子半徑為7480 mm，轉(zhuǎn)子磁極沖片外圓弧半徑為1320 mm，設(shè)測點位置偏離磁極中心1 mm。由于偏離距離遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)子半徑，可簡化計算得到測量偏差為=0.00038 mm，從而得出，在不考慮其他因素影響的前提下，百分表測點位置偏離磁極中心誤差達(dá)到5 mm時，圓度測量偏差達(dá)到0.01 mm。

圖4 百分表測點偏差示意圖

4 轉(zhuǎn)子測圓的修正測量法

補償測量法主要對測圓方法中測圓架的安裝調(diào)整簡化，并在得到數(shù)據(jù)后進行后期處理，以達(dá)到提高效率的目的。測圓架調(diào)整的主要難度在于測圓架水平和中心調(diào)整的相互干擾，因此將其調(diào)整過程簡化為只進行水平調(diào)整，測圓架的中心偏差作為最后計算的修正量。

調(diào)整測圓架水平合格，調(diào)整測圓架鋼琴線位于測圓架旋轉(zhuǎn)中心體中心。測量鋼絲線與轉(zhuǎn)子中心體垂直四個方向上的距離，得到測圓架相對轉(zhuǎn)子的中心偏差。旋轉(zhuǎn)測圓架一圈進行測量，記錄數(shù)據(jù)。通過excel表格對數(shù)據(jù)進行修正計算，從而得到轉(zhuǎn)子圓度數(shù)據(jù)。

本測量法的誤差主要來源是測圓架中心調(diào)整由原來調(diào)整到（0，0）到現(xiàn)在記錄一個具體值（x，y）。

5 轉(zhuǎn)子測圓方法優(yōu)化改進及分析

測圓架水平合格的前提下，測圓架的中心偏差除了通過使用內(nèi)徑千分尺測得外，也可通過在旋轉(zhuǎn)中心體上安裝一個可拆卸類似于測量臂的支架，在支架上架設(shè)百分表，旋轉(zhuǎn)測量其到轉(zhuǎn)子中心體內(nèi)鏜口的距離，并記錄相應(yīng)磁極位置處轉(zhuǎn)百分表的讀數(shù)。對所有數(shù)據(jù)組進行修正計算，從而得到轉(zhuǎn)子圓度數(shù)據(jù)。

現(xiàn)假設(shè)轉(zhuǎn)子測圓架水平調(diào)整完成之后，假設(shè)測圓架中心測得為（Δsx，0），磁極數(shù)為n，轉(zhuǎn)子半徑為S。

圖5

對于第m號磁極上的測量點D，則θ=∠DBX=，以 A（0，0），則 B（Δx，0），C（Scosθ，Ssinθ），

以葛洲壩電站發(fā)電機轉(zhuǎn)子為例，依次計算96個磁極，在0.01 mm中心偏差下的補償量分布如圖6。

圖6

本測量方法對轉(zhuǎn)子磁極和轉(zhuǎn)子中心體內(nèi)鏜口同時進行測圓。在測圓架中心與理論中心偏差為（0.01 mm，0）的情況下，可以計算出對轉(zhuǎn)子中心體測圓數(shù)據(jù)，見圖7。

圖7

比較數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對轉(zhuǎn)子中心體測圓的數(shù)據(jù)與測圓中心調(diào)整后數(shù)據(jù)基本一致，經(jīng)過excel計算，兩者的差距最大值小于10-7mm。因此，在這種測量方法中，可以直接將每個磁極測圓數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)子中心體內(nèi)鏜口的百分表數(shù)據(jù)相減，可得到最終測圓數(shù)據(jù)。省去測圓架中心的反復(fù)調(diào)整，而理論上誤差僅為0.01 mm。

6 結(jié)語

對比傳統(tǒng)方法，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)子測圓方法，簡化了工藝流程，省去了中心調(diào)整過程，計算簡潔直觀，提高了轉(zhuǎn)子測圓的效率和轉(zhuǎn)子測圓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。