一種基于函數(shù)性質(zhì)的盤車數(shù)據(jù)分析方法

岳明奕 周聰 喻冉 張文魁

摘 要：本文介紹了一種以分析函數(shù)性質(zhì)的方法來分析水輪發(fā)電機盤車數(shù)據(jù)，并通過某抽水蓄能電站盤車數(shù)據(jù)驗證了方法的可行性。該方法減少了傳統(tǒng)盤車數(shù)據(jù)分析過程中，由于操作人員個人經(jīng)驗及主觀看法引起的差異性及盲目性，對實際盤車工作有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機；盤車；函數(shù)性質(zhì)

Abstract：An analysis method of data of axis alignment for hydro-generator，by analyzing the property of the function，is introduced in this paper.The feasibility of the method through the data of a pumped storage power station is verified.This method reduces the differences and blindness of the data analysis of axis alignment，caused by the personal experience and subjective opinion，having the guiding significance to the axis alignment.

Key words：hydro-generator；axis alignment；function properties

1 概述

隨著水電機組規(guī)模的不斷擴(kuò)大，無論是從電網(wǎng)的穩(wěn)定性方面還是從水輪發(fā)電機組運行的安全可靠性方面，對機組的安裝和檢修都提出了更高的要求。機組軸線的測量與調(diào)整水輪發(fā)電機組安裝和檢修的過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)。盤車的最終結(jié)果表現(xiàn)為軸線的質(zhì)量。水輪發(fā)電機組機組軸線的測量與調(diào)整占用直線工期。[1]盤車數(shù)據(jù)的處理直接影響著快速有效的校正軸線，因此盤車數(shù)據(jù)的分析處理是盤車工藝過程中非常重要的環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)的圓周8個等分點 等角度盤車方法與技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平以及現(xiàn)場實際操作經(jīng)驗具有很大的關(guān)系，盤車計算分析的結(jié)果通常因個人的經(jīng)驗和想法不同而存在一定的差異。最終，會造成后期計算分析機組盤車擺度數(shù)值的大小及所處方位存在一定的隨機性和盲目性，將直接或間接影響到后續(xù)機組旋轉(zhuǎn)部件確定中心及機組軸線的處理量的數(shù)值大小誤差和所處方向確定的誤差。[2]

2 盤車數(shù)據(jù)的分析

一般通過以下方面和步驟研究函數(shù)性質(zhì)：自變量的變化范圍，即函數(shù)的定義域；函數(shù)的取值范圍，即函數(shù)的值域；函數(shù)圖像是否關(guān)于Y軸或者原點對稱，即函數(shù)的圖像的對稱性。研究函數(shù)圖像的平移、重復(fù)性質(zhì)的周期性；描述函數(shù)圖形連續(xù)變化的連續(xù)性和描述函數(shù)一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)變化的可導(dǎo)性；描述函數(shù)圖形升降的單調(diào)性及極值點、最值點；描述函數(shù)圖像彎曲方向的凹凸性及拐點。既然盤車的擺渡曲線的總體理論上為一條正弦（余弦）曲線，那么依據(jù)以上研究函數(shù)性質(zhì)的方法研究盤車擺渡曲線理論上是可行的。

理論上擺度曲線和間隙的空間圓周分布應(yīng)該為一條正弦（余弦）曲線。根據(jù)幾何關(guān)系推導(dǎo)，千分表的讀數(shù)（擺度值）理論上為一條正弦（余弦）曲線（擺度曲線），但由于測量表面質(zhì)量影響和讀數(shù)誤差，不可能為一條標(biāo)準(zhǔn)的擺度曲線。當(dāng)機組軸線與其旋轉(zhuǎn)中心線不重合時，對于主軸在某一個橫截面上軸面各點的運動軌跡是以旋轉(zhuǎn)中心為圓心的同心圓。軸面各點的運動軌跡圓不同，反應(yīng)在百分表的讀數(shù)上就是各軸號擺度值的不同。旋轉(zhuǎn)軸的擺度特性基本遵循著余弦定理或正弦定理。

3 某電站盤車實例

下面某電站的A修后的三次典型盤車數(shù)據(jù)為例，說明通過分析函數(shù)性質(zhì)來判斷盤車數(shù)據(jù)的方法的可行性。某電站三相立軸空冷半傘同步可逆式發(fā)電/電動機，單機容量為200MW。上導(dǎo)軸承為分瓣滑動軸承，油浸分塊瓦自身外循環(huán)結(jié)構(gòu)。上、下導(dǎo)軸承設(shè)于上、下機架內(nèi)部，為油浸、自潤滑、可調(diào)的分塊瓦型。發(fā)電電動機與水輪機軸直接連接，推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方，推力軸承支撐結(jié)構(gòu)為彈性墊支撐方式。機組推力頭直徑224m，卡環(huán)直徑1.565m，法蘭到卡環(huán)的距離2.561m，上導(dǎo)到下導(dǎo)中心距離4.98m，水導(dǎo)到下導(dǎo)中心5.432m，法蘭到下導(dǎo)中心距離2.105m。對于此機組國標(biāo)要求：上導(dǎo)相對擺度002mm/m，水導(dǎo)相對擺度0.03mm/m；廠標(biāo)要求：上導(dǎo)最大凈擺度0.144mm，水導(dǎo)最大凈擺度0.152mm。[3]

3.1 實例一

由表1和圖1數(shù)據(jù)，上導(dǎo)最大全擺度（3-7點）：-0.48-0=-0.48，0.48mm>0.144mm，不滿足廠標(biāo)要求；下導(dǎo)：-0.01-0=-0.01mm；凈擺度：-0.48-（-0.01）=-0.47mm；由此看出主軸徑向位移量0.01mm，上導(dǎo)處主軸最大傾斜值0.47/2=0.235mm，相對擺度0.47/4.98=0.094>0.02mm /m，不滿足國標(biāo)要求。法蘭最大全擺度（2-6點）：0.17-0=017mm；凈擺度：17-（-1.5）=18.5mm；法蘭處主軸最大傾斜值 0.185/2=0.0925mm，相對擺度：0.17/2.105=0.081>0.02mm /m，不滿足國標(biāo)要求。

橫軸上均勻分布著8個點，代表正弦（余弦）一個周期2π，考察定義域及周期性：上導(dǎo)擺度曲線、法蘭擺度曲線均為正弦（余弦）函數(shù)一個周期2π內(nèi)的圖像。考察極值（最值）與值域：上導(dǎo)、法蘭處最值較大，明顯超出國標(biāo)要求?？疾炜蓪?dǎo)性等性質(zhì)：函數(shù)圖形為平緩變化的正弦（余弦）曲線，無明顯奇點；考察凹凸性等：上導(dǎo)曲線與法蘭曲線凹凸性正好相反，極值點、拐點位置基本對應(yīng)。最后傾斜值比例與軸距比例近似相等，所以判斷軸自身無嚴(yán)重彎曲問題。結(jié)合上述分析，判斷軸線位置如圖2 所示。

考察定義域及周期性：顯然上導(dǎo)擺度曲線明顯不是正弦（余弦）函數(shù)在一個2π周期內(nèi)的圖像。考察極值與值域：上導(dǎo)擺度在2、3、4區(qū)間同時達(dá)到極大值，明顯違反正弦（余弦）函數(shù)在同一周期內(nèi)只達(dá)到一次極大值的規(guī)律?？疾炜蓪?dǎo)性：2點、4點明顯為不可導(dǎo)點，2點至4點區(qū)間上導(dǎo)數(shù)為零，這點與正弦（余弦）函數(shù)可導(dǎo)性沖突?？疾彀纪剐裕荷蠈?dǎo)圖形在2點至4點區(qū)間上近似為水平直線，不符合正弦（余弦）函數(shù)圖像的凹凸性。如果所測數(shù)據(jù)真實有效，那么在安置百分表的軸截面處發(fā)生嚴(yán)重變形，在2點至4點所在區(qū)間上軸截面發(fā)生類似如下圖4變形。后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)推力頭加熱后衛(wèi)有效散熱，與室溫相差較大，盤車數(shù)據(jù)不可信，應(yīng)待推力頭冷卻后再進(jìn)行盤車。

3.3 實例三

考察定義域及周期性：圖5中各條曲線為正弦（余弦）函數(shù)的在一個周期內(nèi)的圖形。考察極值與值域：水導(dǎo)極大值發(fā)生在1點出0.28mm，極小值在5點處-0.16mm，由1-5點凈擺度（0.28+0.16）-（-0.005-0）=0.445mm，明顯超出國標(biāo)、廠標(biāo)要求?？疾旌瘮?shù)可導(dǎo)性：各個曲線類似平緩過度的可導(dǎo)正弦曲線，無奇點?？疾旌瘮?shù)凹凸性：上導(dǎo)曲線與法蘭曲線凹凸性正好相反，極值點、拐點位置基本對應(yīng)。

通過表3數(shù)據(jù)可得離心距為0.0025mm，上導(dǎo)最大傾斜值（1-5點）13.5/20.01=0.0675mm，由5點徑向方向傾斜向外；法蘭傾斜值（1-5點）12.5/20.01=0.0625mm，由1點徑向方向向外傾斜；水導(dǎo)處傾斜值（1-5點）44.5/20.01=0.2225mm，由1點徑向方向向外傾斜。結(jié)合機組自身數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)如果上述盤車數(shù)據(jù)真實有效，機組主軸線如下圖6。所以判斷下導(dǎo)、法蘭處都存在問題。水導(dǎo)擺度變化過大，明顯超差，且水輪機法蘭處擺度變化明顯，但法蘭處擺度明顯過大，處理水發(fā)連軸法蘭面，檢查有無高點毛刺及雜物等。至于下導(dǎo)處考慮處理推力頭與鏡板。

4 結(jié)論

通過上面某電站盤車實際數(shù)據(jù)，說明以研究函數(shù)圖形性質(zhì)的方法和步驟來分析機組盤車數(shù)據(jù)與圖像是可行的，減少了盤車數(shù)據(jù)分析中因業(yè)務(wù)人員個人經(jīng)驗及主觀想法可能引起的差異。最終，減小盤車數(shù)據(jù)分析的隨機性和盲目性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳造奎.水力機組安裝與檢修[M].北京：中國水利水電出版社，2011.

[2]王勝超.解析水輪發(fā)電機組盤車[M].哈爾濱：中國水利水電出版社，2012.

[3]GB8564-2003.水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2003.

作者簡介：岳明奕（1987-），男，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站設(shè)備維護(hù)、檢修等。