林 震，戴 超

（1.江蘇省鎮(zhèn)江市諫壁抽水站管理處，江蘇鎮(zhèn)江 212003；2.鎮(zhèn)江市工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

1 概 述

無論是水泵機(jī)組還是水輪發(fā)電機(jī)組，立式機(jī)組就結(jié)構(gòu)形式均可分為固定部件和轉(zhuǎn)動部件，固定部件主要有預(yù)埋件（如預(yù)埋底座、泵座和電機(jī)基礎(chǔ)等）和安裝件（如導(dǎo)葉體、葉輪外殼、軸承和定子等），轉(zhuǎn)動部件主要有泵軸（水輪機(jī)軸）、葉輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子等［1］。

立式機(jī)組的安裝順序一般均按照由下而上，先水泵（水輪機(jī)）后電機(jī)，先固定部件后轉(zhuǎn)動部件的規(guī)律進(jìn)行的。固定部件的安裝高程和垂直同軸度，轉(zhuǎn)動部件軸線的擺度、垂直度、中心、間隙是安裝檢修過程中的六大關(guān)鍵［2］。

2 固定部件垂直同軸度的測量

立式機(jī)組固定部件的安裝高程確定后，必須調(diào)整水泵（水輪機(jī)）和電機(jī)各固定部件的垂直度，并使各部件的中心點(diǎn)重合在一條理想的垂線上。多年來，機(jī)組固定部件垂直同軸度的測量一直是采用電氣回路法人工測量［3-4］。

2.1 測量前的準(zhǔn)備

先在機(jī)組各所測部件搭設(shè)好測量工作平臺，再在機(jī)組測量部件中最上部件的上平面搭設(shè)放置求心器。求心器繞上鋼琴線，鋼琴線通過求心器下面的小孔，并通過應(yīng)該測量的所有固定部件的各個斷面。在最下端懸掛重錘，為防止鋼琴線擺動影響測量的精度，在重錘四周焊接阻尼片，將重錘浸入盛有黏性油的桶中。

將機(jī)組各測量斷面按照東、西、南、北方向分成4等份，并畫上不大于10 mm的1個圓作為測量點(diǎn)，然后用砂紙擦去測點(diǎn)表面的油漆、油污，以確保采用電氣回路法測量垂直同軸度過程中導(dǎo)電接觸良好。

2.2 初調(diào)求心器鋼琴線相對位置

立式機(jī)組固定部件垂直同軸度測量一般以水泵（水輪機(jī)）軸承承插口的下止口為基準(zhǔn)斷面。初步測量基準(zhǔn)斷面X、Y軸線方向?qū)ΨQ4 點(diǎn)至鋼絲距離，轉(zhuǎn)動求心器的卷筒并擰動調(diào)整螺栓，使鋼琴線長短合適并居于中心位置。初步調(diào)整求心器鋼琴線相對機(jī)組基準(zhǔn)部件中心位置偏差一般在2 mm左右。

2.3 精調(diào)求心器鋼琴線相對位置

初步調(diào)整完成求心器的鋼琴線相對機(jī)組基準(zhǔn)部件中心位置后，把各被測部件、耳機(jī)、電池和求心器用導(dǎo)線連成電氣回路，求心器與被測部件應(yīng)絕緣，耳機(jī)和被測部件接地應(yīng)良好，用耳機(jī)、千分尺精確地測量并調(diào)整機(jī)組基準(zhǔn)部件的中心位置，使對稱點(diǎn)半徑誤差符合規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求，機(jī)組基準(zhǔn)部件的中心線基準(zhǔn)誤差應(yīng)不大于0.05 mm。

測量過程中，測量人員戴上耳機(jī)，一手拿千分表，另一手調(diào)節(jié)千分表的測桿長度，使千分表的頂端與軸承的內(nèi)徑相觸，表頭先在較大范圍內(nèi)與鋼琴線接觸，如果電路不通，這時從耳機(jī)內(nèi)就聽不到任何響聲。再調(diào)千分表的測桿長度，使表頭在較小的范圍內(nèi)和鋼琴線接觸，如果電路接觸，就能從耳機(jī)內(nèi)聽到響聲，此時千分尺測頭的讀數(shù)即為測點(diǎn)至鋼琴線的最短距離即水平距離，垂直同軸度測量方法如圖1所示。

2.4 測量各斷面的垂直同軸度

立式機(jī)組固定部件垂直同軸度的測量應(yīng)以水泵（水輪機(jī)）軸承承插口止口為基準(zhǔn)，埋設(shè)部件測量應(yīng)以泵座（座環(huán)）為基準(zhǔn)。根據(jù)機(jī)組安裝或檢修的技術(shù)要求確定機(jī)組的其他測量斷面，可以是雙止口水泵軸承的其他止口和電機(jī)上下測量斷面。測量方法與測量機(jī)組基準(zhǔn)部件的中心位置一樣，并記錄測量數(shù)據(jù)。

2.5 計(jì)算調(diào)整值

將各點(diǎn)所測得的數(shù)值進(jìn)行記錄，對垂直同軸度的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算被測部件在東西方位及南北方位的上、下測點(diǎn)的同軸度偏差值。根據(jù)垂直同軸度測量結(jié)果，分析被測部件的垂直同軸度有以下3種情況：

（1）垂直同心：定子上、下部斷面的中心與基準(zhǔn)面的中心位于同一條鉛垂線上，且各部位的中心與基準(zhǔn)面中心的最大偏差值在允許的范圍內(nèi)。

（2）錯位：定子是垂直的，但與基準(zhǔn)面的中心不在一條理想的軸線上。錯位的調(diào)整就是根據(jù)中心偏差值和方位，使用專用器械將被測部件平移至機(jī)組中心，調(diào)整值應(yīng)為同軸度偏差測量值的一半。

（3）傾斜：被測部件中心線不是鉛垂線，且與基準(zhǔn)面的中心不在同一條鉛垂線上。傾斜是安裝中常見的現(xiàn)象，一般傾斜也包括錯位，根據(jù)安裝的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)先調(diào)整傾斜，后調(diào)整錯位。

3 垂直同軸度自動測量儀

水泵（水輪機(jī)）立式機(jī)組的安裝，多年來機(jī)組固定部件垂直同軸度的測量一直是采用電氣回路法人工進(jìn)行測量。整個測量過程分為4 個步驟：初調(diào)求心器鋼琴線相對位置，精調(diào)求心器鋼琴線相對位置，測量各斷面的垂直同軸度偏差，根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算調(diào)整值。其中，測量各測量部件的垂直同軸度占用了很多的時間和精力，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用相關(guān)學(xué)科的先進(jìn)設(shè)備和新建算法，可實(shí)現(xiàn)立式機(jī)組固定部件垂直同軸度的自動化測量。

垂直同軸度自動測量儀主要由電渦流測量傳感器和集成主板（含新建算法）兩部分組成。

3.1 電渦流測量傳感器

電渦流測距傳感器系統(tǒng)的工作原理是電渦流效應(yīng)，屬于一種電感式測量原理。電渦流效應(yīng)源自振蕩電路的能量，電渦流需要在可導(dǎo)電的材料（鋼琴線）內(nèi)形成。給傳感器探頭內(nèi)線圈導(dǎo)入交變電流，可以在探頭線圈周圍形成磁場，將（鋼琴線）導(dǎo)體放入這個磁場，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體內(nèi)會激發(fā)出電渦流。根據(jù)楞次定律，電渦流的磁場方向與線圈磁場正好相反，而這將改變探頭內(nèi)線圈的阻抗值，這個阻抗值的變化與線圈到被測物體（鋼琴線）之間的距離直接相關(guān)。傳感器探頭連接到控制器后，控制器可以從傳感器探頭內(nèi)獲得電壓值的變化量，并以此為依據(jù)，計(jì)算出對應(yīng)的距離值。

將電渦流測量傳感器吸附在機(jī)組各測量斷面按東、西、南、北方向分布的測量點(diǎn)上，電渦流測量傳感器直徑宜不大于10 mm，所有的電渦流測量傳感器厚度應(yīng)一致，測量誤差應(yīng)不超過0.01 mm，電渦流測量傳感器根據(jù)原理自動測量從電渦流測量傳感器到鋼琴線的水平距離，并將測量數(shù)據(jù)傳送到集成主板，要求測量精度達(dá)到0.01 mm。

3.2 集成主板（含新建算法）

集成主板的功能是接收各個測量斷面的各個測量點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)，記錄在按照不同的機(jī)組結(jié)構(gòu)形式設(shè)置的垂直同軸度測量記錄表格的相應(yīng)欄目內(nèi),利用BIM建模技術(shù)，根據(jù)不同的機(jī)組結(jié)構(gòu)形式新建算法，計(jì)算其最終的調(diào)整值，并將計(jì)算成果發(fā)送給安裝檢修人員。

立式機(jī)組固定部件垂直同軸度的測量應(yīng)以水泵（水輪機(jī)）導(dǎo)葉體這個基準(zhǔn)部件的軸承承插口止口為基準(zhǔn)斷面。如果是單止口軸承座，則這個軸承承插口止口為基準(zhǔn)斷面；如果是雙止口軸承座，則應(yīng)以軸承承插口的下止口作為基準(zhǔn)斷面，埋設(shè)部件的垂直同軸度測量則應(yīng)以泵座（座環(huán)）為基準(zhǔn)斷面?；鶞?zhǔn)斷面的中心偏差根據(jù)東、西、南、北4 個測點(diǎn)的自動測量值計(jì)算求得，并將計(jì)算成果發(fā)送給安裝檢修人員。

支墩式基礎(chǔ)的導(dǎo)葉體雙止口軸承座和電機(jī)定子鐵心均有上、下2 個垂直同軸度測量斷面，根據(jù)2 個測量斷面的測量成果計(jì)算X、Y軸線方向該測量部件的傾斜調(diào)整值，再計(jì)算該測量部件的錯位調(diào)整值，計(jì)算環(huán)形基礎(chǔ)的最大同軸度偏差值及其傾斜的平面夾角，并發(fā)送給安裝檢修人員。

機(jī)組其他部件如水泵（水輪機(jī)）上、下座和電機(jī)機(jī)架等，根據(jù)測量斷面的測量成果先計(jì)算X、Y軸線方向該測量部件的中心偏差值,再計(jì)算該部件的橢圓度和錐度，并將結(jié)算成果發(fā)送給安裝檢修人員。

4 結(jié) 語

立式機(jī)組垂直同軸度自動測量儀的構(gòu)想是在總結(jié)泵站（水輪機(jī)）安裝檢修經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)和應(yīng)用實(shí)踐提出來的，分析結(jié)果表明完成立式機(jī)組垂直同軸度自動測量儀的研制工作是可行的，也是提高立式機(jī)組安裝與檢修技術(shù)的需要和技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，不僅能減少測量勞動強(qiáng)度，而且能提高測量精度并能及時反饋測量值，減少測量時間。研制的垂直同軸度自動測量儀的使用功效與優(yōu)勢明顯，具有較好的應(yīng)用前景。