趙永輝，成傳詩，范江宏

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443001)

立式水輪發(fā)電機組在擴大性檢修中需要對機組軸線進行測量和調(diào)整，這是一項非常重要的工作。機組軸線調(diào)整質(zhì)量直接影響到機組運行時的穩(wěn)定性，甚至關(guān)系到機組的出力和安全運行等[1]。調(diào)整機組軸線時通常采用盤車的方法來采集機組各部位擺度、水平、轉(zhuǎn)子圓度及定子圓度等重要數(shù)據(jù)。三峽機組在機電安裝時，采用傳統(tǒng)的人工盤車，其可控性差、轉(zhuǎn)速不均勻、操作人員勞動強度大、甚至反復無效的勞動，效率極低，且耗時耗力[2]。為改善盤車效果，于2010年采購了1套電機齒輪驅(qū)動的自動盤車裝置[3](見圖1)，效率大幅提高，但其動力傳遞部分為剛性接觸，機械驅(qū)動不夠平穩(wěn)，驅(qū)動力無法控制，在誤操作或過載情況下，無過載保護，容易對水輪發(fā)電機組造成損害。

圖1 電機齒輪傳動的自動盤車裝置圖

為進一步提高盤車的穩(wěn)定性和安全性，研發(fā)了一套新型液壓自動盤車裝置。與采用電機齒輪驅(qū)動的盤車裝置相比，液壓驅(qū)動的盤車裝置具有輸出扭矩大，啟停及運行平穩(wěn)，停點精準，操作方便等特點，并且能夠根據(jù)實際使用需求進行無級調(diào)速，盤車過程中受力更均勻、主軸傾覆力矩更小，對抱瓦力度要求更低，運行更為平穩(wěn)，能夠更好地保證盤車精度。目前，該液壓自動盤車裝置已在三峽電站多臺機組盤車過程中得到很好的應(yīng)用。

1 原有電機驅(qū)動盤車裝置的弊端

因不同類型機組在接口上存在差異，三峽電站原有的電機驅(qū)動盤車裝置僅可用于ALSTOM與VGS機組，無法滿足全電站檢修的需要。同時，由于設(shè)計原因，原有盤車裝置無法對盤車時間及盤車力矩進行調(diào)整，存在盤車時因力矩過大而損壞設(shè)備的風險，且停車測量時無法確保盤車驅(qū)動裝置與大軸完全脫開，影響測量數(shù)據(jù)真實性。

如圖2，由于齒盤的安裝中心與旋轉(zhuǎn)軸中心不可能重合，即二者存在偏心距，一般小于10 mm，且兩平面度也存在一定誤差。所以在盤車時，驅(qū)動桿與主軸延伸軸的止口接觸點同時存在徑向和軸向位移，驅(qū)動桿對旋轉(zhuǎn)軸系存在偏轉(zhuǎn)力矩；并且存在某些驅(qū)動桿在旋轉(zhuǎn)中存在無法接觸到主軸延伸軸的止口的可能，即多驅(qū)動桿驅(qū)動過程中，無法保證所有驅(qū)動桿受力一致。

圖2 電機驅(qū)動盤車裝置原理圖

如圖3，原有盤車裝置通過電機上的小齒輪驅(qū)動無固定裝置的大齒輪。因大齒輪的軸向和徑向都不固定，大齒輪與小齒輪的嚙合就可能存在傾斜傳動，當超過一定角度時，會導致以下結(jié)果：①驅(qū)動桿產(chǎn)生變形或斷裂；②大軸軸系被改變原始安裝狀態(tài)；③小齒輪齒部產(chǎn)生變形或斷裂。

圖3 齒輪驅(qū)動示意圖

2 新型液壓自動盤車裝置基本特征

針對原有裝置的缺點及問題，優(yōu)化設(shè)計了1套液壓自動盤車裝置(見圖4)。

圖4 液壓自動盤車裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 結(jié)構(gòu)組成

1)驅(qū)動裝置：包括1套基座、1套轉(zhuǎn)動齒輪(外圈為大齒輪)、3套液壓馬達減速裝置、3套主動齒輪(小齒輪)和6套萬向驅(qū)動桿裝置。

2)支撐裝置(底座)：分瓣組成1套裝置。

3)移動式液壓裝置：包括1套變頻系統(tǒng)、1套液壓系統(tǒng)、1臺移動小車(帶50 m電源電纜)和3套快裝高壓軟管(兩端壓接快速接頭)。

4)大軸延伸軸(連接過渡軸)。

5)控制系統(tǒng)：包括1套PLC控制系統(tǒng)、1套本地操作系統(tǒng)和1套遙控操作系統(tǒng)(100 m范圍內(nèi))。

2.2 工作原理

支撐裝置通過螺栓固定在機組上機架上，驅(qū)動裝置與支撐裝置通過螺栓固定連接，大軸延伸軸下端法蘭與大軸通過螺栓固定連接，上端法蘭圓周均布6個止口槽,與驅(qū)動裝置中6個萬向驅(qū)動桿活動接觸。移動式液壓裝置通過3根高壓軟管(兩端壓接快速接頭)集中提供3套液壓馬達減速裝置動力源，3套小齒輪與大齒輪同步嚙合傳動，由6套萬向驅(qū)動桿與大軸延伸軸6個止口逐個接觸并持續(xù)提供切向力矩，再由大軸延伸軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動大軸旋轉(zhuǎn)，通過PLC控制系統(tǒng)完成機組自動盤車工作。

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1)如圖5，將大齒輪設(shè)計為轉(zhuǎn)盤軸承形式，轉(zhuǎn)盤軸承的外圈帶齒(即大齒輪)，內(nèi)圈固定在基座上。轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)外圈厚度方向為錯層，這種結(jié)構(gòu)形式有兩大特點：一是大齒輪的軸向和徑向均固定，因此盤車過程中，大小齒輪的嚙合不存在傾斜傳動；二是大齒輪傳動過程中為滾動摩擦；因此，盤車過程中，大齒輪本身幾乎不消耗轉(zhuǎn)矩。

圖5 液壓自動盤車裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2)如圖6，驅(qū)動桿設(shè)計為萬向驅(qū)動桿結(jié)構(gòu)形式，萬向驅(qū)動桿前部由萬向球頭和彈簧組成，盤車過程中，對X軸、Y軸、Z軸三維方向均能得到補償，因球頭接觸大軸延伸軸法蘭止口傳力，即點接觸傳力，所以不存在偏轉(zhuǎn)力矩。

圖6 驅(qū)動桿結(jié)構(gòu)示意圖

3)采用6套萬向驅(qū)動桿同時驅(qū)動大軸延伸軸法蘭止口。這種傳力形式特點有：一是減小每個驅(qū)動桿的切向力；二是盤車過程中通過萬向球頭的滾動完成自動調(diào)心；三是通過彈簧的壓縮讓6套萬向驅(qū)動桿同時提供切向力(每套出力有大小)，使得盤車更加平衡且不改變大軸軸系原始安裝狀態(tài)。

4)增加變頻控制系統(tǒng)+PLC控制系統(tǒng)。盤車啟動時，通過其逐步提高馬達轉(zhuǎn)速，使6套萬向驅(qū)動桿裝置逐一緩慢接觸大軸延伸軸法蘭止口，從而保證盤車平穩(wěn)起動和勻速旋轉(zhuǎn)；盤車停車后再反轉(zhuǎn)操作，使6套萬向驅(qū)動桿裝置逐一脫開大軸延伸軸法蘭止口，保證大軸軸系停車測量時處于自由狀態(tài)。

2.4 主要創(chuàng)新點

1)具有良好通用性。本裝置驅(qū)動裝置共有2套，以補氣管法蘭外徑尺寸為依據(jù)，設(shè)計提供7套過渡軸和盤車底座，適用于三峽電站所有機型盤車需求。改進了原有盤車裝置僅可用于ALSTOM與VGS機組，無法滿足全電站檢修的需要的缺點。

2)盤車更加平衡。驅(qū)動裝置采用6套萬向驅(qū)動桿結(jié)構(gòu)，前部由萬向球頭和彈簧組成，盤車過程中通過萬向球頭的滾動完成自動調(diào)整，不存在偏轉(zhuǎn)力矩，通過彈簧的壓縮讓6套驅(qū)動桿同時提供切向力，使盤車更加平衡且不改變軸系原始安裝狀態(tài)；改進了原有盤車裝置盤車不平衡的缺點。

3)盤車測量數(shù)據(jù)更準確。采用變頻控制系統(tǒng)+PLC控制系統(tǒng)，6套萬向驅(qū)動桿裝置可逐一緩慢接觸大軸延伸軸法蘭止口，從而保證盤車平穩(wěn)起動和勻速旋轉(zhuǎn)，盤車停車后可反轉(zhuǎn)操作，使6套萬向驅(qū)動桿裝置逐一脫開大軸延伸軸法蘭止口，讓大軸在停車測量時完全處于自由狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)測量的準確性。

4)設(shè)置過載保護裝置，運行更加安全。通過調(diào)節(jié)供油量任意設(shè)定額定轉(zhuǎn)矩，超過設(shè)定力矩時，通過溢流閥溢流來限制力矩，防止盤車時力矩過大，保護大軸軸系及附屬設(shè)備。

5)盤車停點更加準確。本盤車裝置減速比i=1 680，通過自動控制反向制動可實現(xiàn)定點停車。停車動作迅速及時，停點準確，停點距離誤差在轉(zhuǎn)子磁極外圓周上不超過5 mm。改進了原有盤車因轉(zhuǎn)動慣性大而停點距離誤差較大的缺點。

6)盤車速度可調(diào)，且為無級變速，變速平穩(wěn)可靠。啟動和停止時，盤車機能緩慢的增速和減速，使機械運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，防止對主軸產(chǎn)生較大沖擊力；停止和點動運轉(zhuǎn)時，運轉(zhuǎn)速度慢，便于準確對位。改進了原有盤車裝置盤車時間不可調(diào)，盤車讀數(shù)精確度無法提高的缺點。

3 結(jié) 語

三峽新型液壓自動盤車裝置適用于三峽電站所有機型機組，有很好的通用性， 提高了盤車時數(shù)據(jù)測量的準確性和停點的精準性。三峽新型液壓自動盤車裝置的應(yīng)用使盤車工作效率與質(zhì)量得到了提高，且減少了員工的勞動強度，安全性能也得到了提高。該成果已成功應(yīng)用在多臺三峽機組檢修中。