悬式水轮发电机组盘车计算机辅助分析

悬式水轮发电机组盘车计算机辅助分析
作者：李德明
来源：《中国科技纵横》2014年第15期
【摘要】提出了采用excel规划求解，ug软件仿真，通过坐标分解对三导水轮发电机组盘车数据进行优化处理的思想，并探讨了机组轴线的综合调整方法.推导了盘车方位调整和加垫量的计算公式。

根据盘车时的实际问题分析，有效地解决了传统水轮发电机组盘车计算无法准确综合判断机组轴线是否满足摆度精度要求的问题，同时可以准确给出最佳调整方位及调整量等问题。

【关键词】三导机组摆度受力分析优化机组轴线调整量
1 引言
盘车无论是装新机还是检修都属直线工期，可对机组安装质量和机组经济效益带来显著提升，而机组盘车多则数月少则数天，用计算机辅助盘车进行研究是非常有意义的。

2 机组摆度特性及计算
2.1 盘车前准备工作
松开导瓦、调整镜板水平及受力、起落转动部分推中心，顺时针盘车逆时针编号，转子重量转移到发电机推力头上。

2.2 盘车计算
摆度是因为发电机大轴的几何中心线与旋转中心线不重合，大轴转动时，大轴几何中心线绕旋转中心线转动形成摆度。

（如图1所示。

）
架表时，表针垂直于大轴表面。

大轴即小圆半径为r圆心为o'（xo，yo），大圆（摆度圆）半径为R圆心为o（0，0），过大圆圆心将大圆等分为8等分，交小圆于a1（x，y）～a8（x，y）点，大圆b1（x，y）～b8（x，y）点。

计算可采用微软word的免费插件Microsoft Mathematics Add-in进行计算（该款插件具有符号运算能力，对于积分、解方程等比较方便）；
因b1～b8为等分8点且圆心为0，其x，y坐标和为0；
xb1+xb2+….xb8=0，yb1+yb2+….yb8=0
xb1=xa1+|a1b1|*cos（θ1）
yb1=ya1+|a1b1|*sin（θ1）
……………
xa1+|a1b1|*cos（θ1）+……+xa8+|a8b8|*cos（θ8）=0
ya1+|a1b1|*sin（θ1）+……+ya8+|a8b8|*sin（θ8）=0
xa1+……+x a8=-（|a1b1|*cos（θ1）+……+|a8b8|*cos（θ8））
ya1+……+ya8=-（|a1b1|*sin（θ1）+……+|a8b8|*sin（θ8））
小圆方程为：（x+xo）2+（y+yo）2=r2，将等分线方程
分别代入小圆方程求处xa1～xa8，ya1～ya8的解求出xai的解集
xa1+……+xa8=-4x0=-（|a1b1|*cos（θ1）+……+|a8b8|*cos（θ8））
同理可得ya1+……+ya8=-4y0=-（|a1b1|*sin（θ1）+……+|a8b8|*sin（θ8））小圆心o'（xo，yo）
3 机组轴线调整实例
3.1 某电站检修数据实例
该电站为悬式三导轴承结构，盘车时仅报紧上导瓦，推力头与镜板原有加垫为0.15mm、水轮机大轴与发电机大轴间原有垫片为0.27mm，首次盘车数据如（表1）。

3.2 数据分析
由图2可知下导（4.86，-6.51），水导（1.09，-16.45）摆度点在坐标轴第4象限，法兰（-8.01，-24.20）在第3象限，密封环（-15.03， 7.16）在第2象限，密封环由于测量偏差较大仅做参考。

如图3所示：以下导x坐标为例，原加垫值c为10*10-2mm，方位e为15度，至推力的距离a为4220mm，境板直径f为1500mm，下导取垫后的x坐标的数值为4.86-c*cos（e）
*a/f=4.86-10*cos（15°）*（4220）/1500=-22.32，由于法兰与推力同时需要加垫，可将其设为可变单元暂时不填数（默认为0），按上述公式写出推力加垫后的预计值及法兰加垫后水导预计值，运用excel规划求解，可求出当推力、法兰同时加多少垫时，水导、下导摆度的平方和最小即所求角度及加垫量。

4 结果
通过excel规划求解，解出推力加垫0.09m，法兰加垫0.25mm，考虑到铜垫压缩量推力实际加垫0.10mm，法兰实际加垫0.29mm；调整后数据优于国家标准，调整后盘车数据如（表2）。

5 ug强度计算
机组投运后，旋转动态下盘车摆度能产生多大的附加摆度，需要借助专业软件比如ug进行仿真；可以先分别建立3D模型，再进行装配，导入运动仿真，求出旋转偏心力，再倒入高级仿真进行变形值计算。

（1）先分别建立各个部套3D模型，再进行各个部套的装配（如图4所示）。

（2）装配完成后设置链接、运动副，进行运动仿真，仿真结束后点击载荷传递并保存载荷数据（如图5所示）。

（3）选择下机架进行高级仿真，仿真结束后导入运动仿真生成并保存的.op2的单步受力文件，求出变形值（如图6所示）。

由图6可知该悬式机组在全摆度小于0.10mm时，对机组产生的额外变形几乎为0
（1.3*10-4mm）。

6 结语
通过excel编写盘车计算表，可以更为精确的计算出机组盘车调整方位，减小了机组各部的摆度、振动，只要组织得力，技术准备充分，一定能在保证质量的前提下加快盘车进度，为机组早日投产发电作贡献。

参考文献：
[1]陈造奎.水力机组安装与检修（第三版）[M].北京：水利水电出版社，1998.
[2]戎斌，贾东永.从学习到实践——UG NX 6产品设计[M].北京：清华大学出版社，2009.。