CN109184819A - 一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，包括：步骤S10.测量汽缸冷态下转子与汽缸的径向相对位置；步骤S20.采用激光跟踪测量系统，转站测量轴封及隔板对应的转子轮毂面；分别拟合出所测转子轮毂面的直径及转子垂弧；步骤S30.采用激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离；步骤S40.采用激光跟踪测量系统，根据测得的转子与汽缸的相对位置，以步骤S20和步骤S30中的数据为基础，拟合出冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。实施本发明，提高了测量精度。

Description

一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法

技术领域

本发明涉及汽轮机领域，尤其涉及一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法。

背景技术

随着国家对清洁电力需求的不断增长，检修工期被要求越来越短。而汽轮机作为电厂设备中重要的组成部分，其检修工期也越来越经受着考验，其中，汽缸通流间隙的测量及调整是汽轮机汽缸检修项目中最为重要的组成部分，它的顺利实施不仅能保证机组的安全运行，而且能提高机组的运行效率。然而，该项工作在当前汽轮机检修中需花费很长工期，并且频繁地大件设备起吊给作业现场带来了巨大风险。因此，在保证检修质量的前提下，如何缩短通流间隙测量工期，降低作业风险是十分迫切的课题。现阶段，全国乃至全世界各大电厂一般采用以下两种方式进行间隙测量：

1、压铅丝或裹胶布。该类方法为目前汽轮机检修中使用最普遍的一种方法。虽然它技术成熟，原材料成本低，但是其存在诸多不足之处：(1)测量过程必须经过多次起吊大件转子、内缸等设备，作业工作量大，风险高；(2)该方法精度低，根据现场测量经验来看，压铅丝只有0.20～0.30mm精度；(3)铅丝为重金属，大量的使用将会对环境带来较大的危害。

2、隔板找正。该方法虽然工作简单、工艺成熟，但其只能得到隔板中心偏差，无法测得缸内的实际通流间隙，故使用范围小。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术采用压铅丝或裹胶布和隔板找正的方式进行间隙测量所带来的缺陷，提供一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，激光跟踪测量系统包括用户终端以及与之连接的激光跟踪仪和基准靶球座，所述方法包括以下步骤：

步骤S10.测量汽缸冷态下转子与汽缸的径向相对位置；

步骤S20.采用所述激光跟踪测量系统，转站测量轴封及隔板对应的转子轮毂面；分别拟合出所测转子轮毂面的直径及转子垂弧；

所述转站就是为了将所述激光跟踪仪在不同位置下测量的物体空间坐标拟合在同一空间坐标系中的一种测量方式；

步骤S30.采用所述激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离；

步骤S40.采用所述激光跟踪测量系统，根据测得的转子与汽缸的相对位置，以步骤S20和步骤S30中的数据为基础，拟合出冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

优选地，在本发明所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，所述步骤S10进一步包括：

汽缸解体前，即全实缸状态，测量汽缸冷态下，汽缸与转子的径向相对位置；汽缸解体，吊出上缸、上隔板至特定检修区域，测量该状态下，即半实缸状态，汽缸与转子的径向相对位置；吊出转子至检修区域；清理上缸、上隔板及转子。

优选地，在本发明所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，所述步骤S20中的：采用所述激光跟踪测量系统，转站测量轴封及隔板对应的转子轮毂面，进一步包括：

步骤S201.将所述激光跟踪仪移至转子检修区域，接通电源预热，并在测量空间内分散布置至少5个基准靶球座；同时，调整所述激光跟踪仪的初始架设位置，保证所述激光跟踪仪在转子一侧能测到一段轴封的前提下，尽可能多的测到隔板汽封块对应的转子轮毂面；

步骤S202.使用所述用户终端进行所述激光跟踪仪的前视后视检查和校准，并采用所述激光跟踪仪的温度探头测量转子的初始温度；

步骤S203.使用所述用户终端测量各所述基准靶球座的空间坐标，然后测量所述激光跟踪仪当前视野下的轴封及隔板对应的转子轮毂面，其测量范围包含转子圆周方向1/3以上区域；

步骤S204.重复步骤S203，多次转站测量转子左右两侧所有轴封及隔板对应的转子轮毂面，且每次测量范围覆盖当前测量面圆周方向的1/3以上；转子数据测量结束，记录转子当前温度。

优选地，在本发明所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，所述步骤S20中的：分别拟合出所测转子轮毂面的直径及转子垂弧，进一步包括：

步骤S205.使用所述用户终端将所述激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合至同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；然后，分别以圆柱为特征体拟合汽、励端轴封及隔板对应的转子轮毂面，再对圆柱中的坐标进行降噪处理，并建立各圆柱的关键点；直线连接汽、励端轴封圆柱最外侧底面圆的圆心为转子中心线；随后，以其中一端点为原点，转子中心线为X轴，YZ面为水平面，建立空间坐标系；计算出各圆柱直径及中心点相对于转子中心线的垂弧。

优选地，在本发明所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，所述步骤S30中的：采用所述激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝，进一步包括：

步骤S301.回装各级隔板及轴封上下左右四块汽封块；回装隔板下半、隔板上半、汽缸上半等静止部件，即回装至全空缸状态；架设所述激光跟踪仪至汽端或励端轴承处，调整所述激光跟踪仪的架设高度及位置，保证激光光束能尽可能多的测得缸内隔板汽封齿、轴封汽封齿以及轴封汽、励端洼窝等部位；预热所述激光跟踪仪，使用所述用户终端进行所述激光跟踪仪的前视后视检查和校准，同时在缸内布置5个以上的所述基准靶球座；

步骤S302.记录缸体初始温度，测量所述基准靶球座空间坐标；测量缸内各级隔板及轴封上下左右四块汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；

步骤S303.转站所述激光跟踪仪至另一端轴承处，调整所述激光跟踪仪的高度及位置，保证激光束能测量所述步骤S302中未测到的部位；随后，测量所述基准靶球座及步骤S302中未测到的部位，并记录缸体温度。

优选地，在本发明所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，所述步骤S30中的：分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离，进一步包括：

步骤S304.使用所述用户终端将所述激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合到同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；以圆柱为特征体分别拟合汽、励端最外侧轴封洼窝，并对圆柱中的坐标进行降噪处理；创建两圆柱关键点，直线连接两端圆柱中心点作为缸体中心线；然后，标出各级隔板及轴封汽封块齿尖坐标至缸体中心线的垂直距离。

优选地，在本发明所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，所述步骤S40进一步包括：

步骤S401.采用所述激光跟踪测量系统，根据所述步骤S10中测得的全实缸状态下的转子与汽缸的实际相对位置，以所述步骤S20和所述步骤S30中的数据为基础，拟合出全实缸冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

优选地，在本发明所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，所述步骤S30中的：采用所述激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝，进一步包括：

步骤S305.汽缸回装至半空缸状态，即上缸、上隔板、转子吊出，下隔板回装的状态，并回装下隔板及轴封左右下三方向的三块汽封块；架设所述激光跟踪仪至汽端或励端轴承处，调整所述激光跟踪仪的架设高度及位置，预热所述激光跟踪仪，保证激光束能尽可能多的测到缸内隔板汽封齿、轴封汽封齿以及轴封汽、励端洼窝等部位；使用所述用户终端进行所述激光跟踪仪的前视后视检查和校准，同时在缸内布置5个以上的基准靶球座；

步骤S306.记录缸体初始温度，测量基准靶球座的空间坐标；测量缸内各级隔板及轴封左右下三方向的三块汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；

步骤S307.转站所述激光跟踪仪至另一端轴承处，调整所述激光跟踪仪的高度及位置，保证所述激光跟踪仪能测量所述步骤S306中未测量的部位。随后，测量基准靶球座及所述步骤S306中未测量的部位，并记录缸体温度。

优选地，在本发明所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，所述步骤S30中的：分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离，进一步包括：

步骤S308.使用所述用户终端将所述激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合到同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；然后，分别以圆柱为特征体拟合汽、励端最外侧下半轴封洼窝，并对圆柱中的坐标进行降噪处理；创建两圆柱关键点，直线连接两端圆柱中心点作为缸体中心线；然后，标出所测的各级下隔板、下轴封汽封块齿尖坐标至缸体中心线的垂直距离。

优选地，在本发明所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，所述步骤S40进一步包括：

步骤S402.采用所述激光跟踪测量系统，根据所述步骤S10中测得的半实缸状态下的转子与汽缸的实际相对位置，以所述步骤S20和所述步骤S30中的数据为基础，拟合出半实缸冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

实施本发明一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，与传统工艺相比，具有以下有益效果：

1、通过激光测量可直接计算出通流真实间隙，减少了不同状态下压铅丝带来的大型部件(转子、内缸等)的起吊次数，缩短了检修工期，降低了设备检修过程中的风险成本，降低检修成本，增加了生产收益。

汽轮机设备中的转子、内缸等部件重达近百吨，该类设备的起吊作业是集团内一级高风险作业。传统工艺中，大型设备起吊在通流间隙调整期间需进行20多次，而本项技术中所需的吊运次数在10次以内，显著降低了工作风险。同时，因工艺流程的改进及测量精度的提高等，通流检修工期大幅缩短，大大降低了检修成本。

2、避免了传统测量中铅丝回弹、汽封块退让、铅丝测量等造成的误差，提高了数据精准度。

通过长期实验验证，在传统工艺中，压铅丝测量法误差在0.20～0.30mm之间，因此需要多次多状态测量，相互验证，得出最终数据。而激光测量技术，通过与内径千分尺及铅丝对比，其精度在0.05mm以内。

3、通过软件分析可快速得出本发明中的相关数据，避免了人工逐齿测量2000多组铅丝厚度，减少人工工作量。

汽缸中隔板及轴封汽封多则达40级，每级汽封块有20道左右汽封齿，传统测量中需要人工测量每一道齿压出的铅丝厚度，并且压铅丝会在执行3～4次，因此，人工需对2000多组数逐一测量。而激光测量技术无需进行此类工作，有效地降低了人工作业强度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法流程图；

图2是汽轮机高中压转子；

图3是本发明以半实缸下汽缸的径向间隙拟合全实缸下汽缸的径向间隙的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明采用激光跟踪仪测量转子中心线、轮毂内径、转子垂弧，测量全空缸状态下的缸内的缸体中心线、隔板汽封齿至缸体中心线的距离、轴封汽封齿至缸体中心线的距离等，根据解体时转子与缸的相对位置，对上述测量数据分析处理，拟合出全实缸冷态下的缸内实际通流间隙。本发明还可将汽缸拆卸至半空缸状态，测量半空缸状态下的缸内的缸体中心线、下隔板汽封齿至缸体中心线的距离、下轴封汽封齿至缸体中心线的距离等，根据解体时转子与缸的相对位置，对上述测量数据分析处理，拟合出半实缸状态下的缸内实际通流间隙。

该方法较传统测量工艺精度高、风险小、工序简单、工期短，不仅降低了企业的维修成本、作业风险，同时降低了员工的工作强度。

在实施例一中，如图1和2所示，汽轮机高中压转子包括高压侧轴封1、高压侧轮毂2、中压间轴封3、中压侧轮毂4和中压测轴封5。一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，激光跟踪测量系统包括用户终端以及与之连接的激光跟踪仪和基准靶球座，在该实施中，用户终端包括台式电脑、手提电脑、手持终端等设备，该方法包括以下步骤：

步骤S10.测量汽缸冷态下转子与汽缸的径向相对位置；

步骤S20.采用激光跟踪测量系统，转站测量轴封及隔板对应的转子轮毂面；分别拟合出所测转子轮毂面的直径及转子垂弧；所谓转站就是为了将激光跟踪仪在不同位置下测量的物体空间坐标拟合在同一空间坐标系中的一种测量方式。

步骤S30.采用激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离；

步骤S40.采用激光跟踪测量系统，根据测得的转子与汽缸的相对位置，以步骤S20和步骤S30中的数据为基础，拟合出冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

在本发明激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，步骤S10进一步包括：汽缸解体前，即全实缸状态，测量汽缸冷态下，汽缸与转子的径向相对位置；汽缸解体，吊出上缸、上隔板至特定检修区域，测量该状态下，即半实缸状态，汽缸与转子的径向相对位置；吊出转子至检修区域；清理上缸、上隔板及转子。

在本发明激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，步骤S20中的：采用激光跟踪测量系统，转站测量轴封及隔板对应的转子轮毂面，进一步包括：

步骤S201.将激光跟踪仪移至转子检修区域，接通电源预热，并在测量空间内分散布置至少5个基准靶球座；同时，调整激光跟踪仪的初始架设位置，保证激光跟踪仪在转子一侧能测到一段轴封的前提下，尽可能多的测到隔板汽封块对应的转子轮毂面；

步骤S202.使用用户终端进行激光跟踪仪的前视后视检查和校准，并采用激光跟踪仪的温度探头测量转子的初始温度；在该实施例中，具体是使用用户终端上的TrackerCalib软件进行激光跟踪仪前视后视检查，并使用用户终端上的QVC功能校准；

步骤S203.使用用户终端测量各基准靶球座的空间坐标，然后测量激光跟踪仪当前视野下的轴封及隔板对应的转子轮毂面，其测量范围包含转子圆周方向1/3以上区域；在该实施例中，具体是采用用户终端上的Spatial Analyzer(简称：SA)软件测量各基准靶球座的空间坐标；

步骤S204.重复步骤S203，多次转站测量转子左右两侧所有轴封及隔板对应的转子轮毂面，且每次测量范围覆盖当前测量面圆周方向的1/3以上；转子数据测量结束，记录转子当前温度。

步骤S20中的：分别拟合出所测转子轮毂面的直径及转子垂弧，进一步包括：步骤S205.使用用户终端将激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合至同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；然后，分别以圆柱为特征体拟合汽、励端轴封及隔板对应的转子轮毂面，再对圆柱中的坐标进行降噪处理，并建立各圆柱的关键点；直线连接汽、励端轴封圆柱最外侧底面圆的圆心为转子中心线；随后，以其中一端点为原点，转子中心线为X轴，YZ面为水平面，建立空间坐标系；计算出各圆柱直径及中心点相对于转子中心线的垂弧。在该实施例中，具体是使用用户终端上的SA软件将激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合至同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；

在本发明激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，步骤S30中的：采用激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝，进一步包括：

步骤S301.回装各级隔板及轴封上下左右四块汽封块；回装隔板下半、隔板上半、汽缸上半等静止部件，即回装至全空缸状态；架设激光跟踪仪至汽端或励端轴承处，调整激光跟踪仪的架设高度及位置，保证激光光束能尽可能多的测得缸内隔板汽封齿、轴封汽封齿以及轴封汽、励端洼窝等部位；预热激光跟踪仪，使用用户终端进行激光跟踪仪的前视后视检查和校准，同时在缸内布置5个以上的基准靶球座；

步骤S302.记录缸体初始温度，测量基准靶球座空间坐标；测量缸内各级隔板及轴封上下左右四块汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；

步骤S303.转站激光跟踪仪至另一端轴承处，调整激光跟踪仪的高度及位置，保证激光束能测量步骤S302中未测到的部位；随后，测量基准靶球座及步骤S302中未测到的部位，并记录缸体温度。

步骤S30中的：分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离，进一步包括：

步骤S304.使用用户终端将激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合到同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；以圆柱为特征体分别拟合汽、励端最外侧轴封洼窝，并对圆柱中的坐标进行降噪处理；创建两圆柱关键点，直线连接两端圆柱中心点作为缸体中心线；然后，标出各级隔板及轴封汽封块齿尖坐标至缸体中心线的垂直距离。

在本发明激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，步骤S40进一步包括：步骤S401.采用激光跟踪测量系统，根据步骤S10中测得的全实缸状态下的转子与汽缸的实际相对位置，以步骤S20和步骤S30中的数据为基础，拟合出全实缸冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

上述方法是用于测量全实缸冷态下的缸内实际通流间隙，下述方法是在相同步骤S10和步骤S20的基础上测量半实缸冷态下的缸内实际通流间隙。

一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，激光跟踪测量系统包括用户终端以及与之连接的激光跟踪仪和基准靶球座，该方法包括以下步骤：

步骤S10.测量汽缸冷态下转子与汽缸的径向相对位置；

步骤S20.采用激光跟踪测量系统，转站测量轴封及隔板对应的转子轮毂面；分别拟合出所测转子轮毂面的直径及转子垂弧；

步骤S30.采用激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离；

步骤S40.采用激光跟踪测量系统，根据测得的转子与汽缸的相对位置，以步骤S20和步骤S30中的数据为基础，拟合出冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

在本发明激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，步骤S10进一步包括：汽缸解体前，即全实缸状态，测量汽缸冷态下，汽缸与转子的径向相对位置；汽缸解体，吊出上缸、上隔板至特定检修区域，测量该状态下，即半实缸状态，汽缸与转子的径向相对位置；吊出转子至检修区域；清理上缸、上隔板及转子。

在本发明激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，步骤S20中的：采用激光跟踪测量系统，转站测量轴封及隔板对应的转子轮毂面，进一步包括：

步骤S201.将激光跟踪仪移至转子检修区域，接通电源预热，并在测量空间内分散布置至少5个基准靶球座；同时，调整激光跟踪仪的初始架设位置，保证激光跟踪仪在转子一侧能测到一段轴封的前提下，尽可能多的测到隔板汽封块对应的转子轮毂面；

步骤S202.使用用户终端进行激光跟踪仪的前视后视检查和校准，并采用激光跟踪仪的温度探头测量转子的初始温度；在该实施例中，具体是使用用户终端上的TrackerCalib软件进行激光跟踪仪前视后视检查，并使用用户终端上的QVC功能校准；

步骤S203.使用用户终端测量各基准靶球座的空间坐标，然后测量激光跟踪仪当前视野下的轴封及隔板对应的转子轮毂面，其测量范围包含转子圆周方向1/3以上区域；在该实施例中，具体是采用用户终端上的Spatial Analyzer(简称：SA)软件测量各基准靶球座的空间坐标；

步骤S204.重复步骤S203，多次转站测量转子左右两侧所有轴封及隔板对应的转子轮毂面，且每次测量范围覆盖当前测量面圆周方向的1/3以上；转子数据测量结束，记录转子当前温度。

步骤S20中的：分别拟合出所测转子轮毂面的直径及转子垂弧，进一步包括：步骤S205.使用用户终端将激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合至同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；然后，分别以圆柱为特征体拟合汽、励端轴封及隔板对应的转子轮毂面，再对圆柱中的坐标进行降噪处理，并建立各圆柱的关键点；直线连接汽、励端轴封圆柱最外侧底面圆的圆心为转子中心线；随后，以其中一端点为原点，转子中心线为X轴，YZ面为水平面，建立空间坐标系；计算出各圆柱直径及中心点相对于转子中心线的垂弧。在该实施例中，具体是使用用户终端上的SA软件将激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合至同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；

在本发明激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，步骤S30中的：采用激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝，进一步包括：

步骤S305.汽缸回装至半空缸状态，即上缸、上隔板、转子吊出，下隔板回装的状态，并回装下隔板及轴封左右下三方向的三块汽封块；架设激光跟踪仪至汽端或励端轴承处，调整激光跟踪仪的架设高度及位置，预热激光跟踪仪，保证激光束能尽可能多的测到缸内隔板汽封齿、轴封汽封齿以及轴封汽、励端洼窝等部位；使用用户终端进行激光跟踪仪的前视后视检查和校准，同时在缸内布置5个以上的基准靶球座；

步骤S306.记录缸体初始温度，测量基准靶球座的空间坐标；测量缸内各级隔板及轴封左右下三方向的三块汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；

步骤S307.转站激光跟踪仪至另一端轴承处，调整激光跟踪仪的高度及位置，保证激光跟踪仪能测量步骤S306中未测量的部位。随后，测量基准靶球座及步骤S306中未测量的部位，并记录缸体温度。

步骤S30中的：分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离，进一步包括：

步骤S308.使用用户终端将激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合到同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；然后，分别以圆柱为特征体拟合汽、励端最外侧下半轴封洼窝，并对圆柱中的坐标进行降噪处理；创建两圆柱关键点，直线连接两端圆柱中心点作为缸体中心线；然后，标出所测的各级下隔板、下轴封汽封块齿尖坐标至缸体中心线的垂直距离。

在本发明激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法中，步骤S40进一步包括：步骤S402.采用激光跟踪测量系统，根据步骤S10中测得的半实缸状态下的转子与汽缸的实际相对位置，以步骤S20和步骤S30中的数据为基础，拟合出半实缸冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

特别说明的是，在本实施例中，步骤S10和步骤S20为转子测量部分，步骤S301至步骤S304为全空缸缸体测量部分，步骤S305至步骤S308为半空缸缸体测量部分，该三部分没有先后顺序要求，可根据现场实际情况而定。

具体的，在该实施例中所述的一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，激光跟踪测量系统包括用户终端以及与之连接的激光跟踪仪和基准靶球座，该方法适用于汽轮机高压缸、中压缸、高中压缸及低压缸，它包括以下步骤：

步骤一、汽缸解体前，即全实缸状态，测量汽缸冷态下，汽缸与转子的径向相对位置；汽缸解体，吊出上缸、上隔板至特定检修区域，测量该状态下，即半实缸状态，汽缸与转子的径向相对位置；吊出转子至检修区域；清理上缸、上隔板及转子；具体地，在该实施例中可清理汽缸上下半中分面及汽端和励端轴封洼窝，清理隔板中分面、垂直面及汽、励端最外侧轴封洼窝，清理转子各级轮毂、轴封处圆周面。测量全实缸、半实缸状态下，汽缸与转子的径向相对位置，该测量方式包括但不限于使用塞尺等机械尺以及量块测量；

步骤二、将激光跟踪仪移至转子检修场地，接通电源预热，并在测量空间分散布置至少5个基准靶球座；同时，调整激光跟踪仪初始化架设位置，保证激光跟踪仪在转子一侧能测到一端轴封的前提下，尽可能多的测到隔板汽封块对应的转子轮毂面。在该实施中，初次使用，激光跟踪仪需预热2h以上，保证激光跟踪仪本体处于热平衡状态，降低设备热变形给测量带来的影响；在测量空间布置的基准靶球座必须粘接牢固，保证在整个测量过程中，位置不发生变化。基准靶球座就相当于一个媒介，如果所有的点都能在一个坐标下测完，即在一个视野下测完的话，这个基准靶球座基本上就不需要了，但是转子要转站测量，所以在不同的视野下测量的话，激光跟踪仪在各位置下的坐标相互之间是没有一个纽带关系的，所以基准靶球座就相当于激光跟踪仪在各位置下的坐标之间的一个枢纽，可以将四个分散的坐标拼接在一起。

步骤三、使用用户终端上的TrackerCalib软件进行激光跟踪仪前视后视检查，并使用用户终端上的QVC功能校准；采用激光跟踪仪温度探头测量转子的初始温度。在该实施例中，激光跟踪仪进行4点QVC校准，使校准后的前视后视检查误差在0.001以下；

步骤四、采用用户终端上的Spatial Analyzer(简称：SA)软件测量各基准靶球座的空间坐标，随后测量激光跟踪仪当前视野下的轴封及隔板对应的转子轮毂面，其测量范围应包含转子圆周1/3以上区域，以保证测量精度；在该实施例中，采用靶球扫描的方法进行取点；在其他实施例中，可采用单点测量的方式取点，采点数量在20点以上，且各点分散在测量表面；

步骤五、按步骤四多次转站测量转子左右两侧所有轴封及隔板对应的转子轮毂面，且每次测量范围应覆盖当前测量面圆周方向1/3以上；转子数据测量结束，记录转子当前温度。在该实施中，转站测量转子尺寸的过程中，合理布置激光跟踪仪在转子轴向上的位置，尽可能多地测量转子表面，减少转站次数；

步骤六、使用用户终端上的SA软件将激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合至同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；然后，分别以圆柱为特征体拟合汽、励端轴封及隔板对应的转子轮毂面，再对圆柱中的坐标进行降噪处理，去掉存在偏差的坐标，并建立各圆柱关键点，该关键点可以是圆柱上下面的圆心或圆柱的中心；然后，直线连接汽、励端轴封圆柱最外侧底面圆圆心为转子中心线；随后，以其中一端点为原点，转子中心线为X轴，YZ面为水平面建立空间坐标系；求出各圆柱直径及中心点相对于转子中心线的垂弧；在该实施中，操作SA软件时，用“Unified Spatial Metrology Network”功能进行坐标拟合，用“Relationships”中的“fit only”拟合圆柱；

步骤七、回装各级隔板及轴封上下左右四块汽封块；回装隔板下半、隔板上半、汽缸上半等静止部件，即回装至全空缸状态；架设激光跟踪仪至汽端或励端轴承处，调整激光跟踪仪的架设高度及位置，保证激光束能尽可能多的测量到缸内隔板汽封齿、轴封汽封齿、轴封汽、励端洼窝等部位；预热激光跟踪仪后，按步骤三中方法进行激光跟踪仪校准。同时，在缸内分散布置5个以上基准靶球座；在该实施中，预热设备分两种情况实施：1、若激光跟踪仪在使用后，断电移动位置并立即使用，则预热15～20min；2、若当日首次测量，则按本实施方案中的步骤二进行预热；

步骤八、记录缸体初始温度，测量基准靶球座空间坐标；测量缸内各级隔板及轴封上下左右四块汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；

步骤九、转站激光跟踪仪至另一端轴承处，调整激光跟踪仪高度及位置，保证激光束能测量步骤八中未测到的部位。随后，测量基准靶球座及步骤八中未测量部位，并记录缸体温度；

步骤十、按步骤六中方法，将步骤八和步骤九中坐标拟合在同一坐标系下，并对所测数据进行温度补偿；以圆柱为特征体分别拟合汽、励端最外侧轴封洼窝，并对圆柱中的坐标进行降噪处理；创建两圆柱关键点，直线连接两端圆柱中心点作为缸体中心线；然后，标出各级隔板及轴封汽封块齿尖坐标至缸体中心线的垂直距离；该关键点可以是圆柱上下面的圆心或圆柱的中心，在其他实施例中，可以圆柱为特征体拟合汽、励端最外侧轴封洼窝，以圆柱两底面圆圆心连线为缸体中心线；

步骤十一、根据步骤一中，全实缸冷态下的转子与缸体实际相对位置，以步骤六、十中的数据为基础，拟合出全实缸缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

步骤十二、汽缸拆卸至半空缸状态，即上缸、上隔板、转子吊出，下隔板回装的状态，并回装下隔板及轴封左右下三方向的三块汽封块；按步骤七、八、九中方法测量半空缸状态下的缸内各级隔板及轴封左右下方向三块汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧下半轴封洼窝；

步骤十三、按步骤十中的方法，以圆柱为特征体分别拟合汽、励端最外侧下半轴封洼窝，并创建缸体中心线，标出所测的各级下隔板、下轴封汽封块齿尖坐标至缸体中心线的垂直距离；

步骤十四、根据步骤一中，半实缸冷态下的转子与缸体的实际相对位置，以步骤六、十三中的数据为基础，拟合出半实缸缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

同样需特别说明的是，步骤二至六为转子测量部分，步骤七至十为全空缸缸体测量部分，步骤十二至十三为半空缸缸体测量部分，该三部分没有先后顺序要求，可根据现场实际情况而定。

在实施例二中，无论缸体变形量大或小的汽缸，均可使用实施例一中的步骤一至十一拟合出全实缸冷态下的缸体实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙；

在实施例三中，可参照图3，针对缸体变形量较小的汽缸，使用实施例一中的步骤一至六、十二至十四拟合出半实缸冷态下的缸体实际隔板汽封、轴封汽封左右下三个方向的径向间隙；根据检修中测出的总间隙，计算出上方隔板汽封、轴封汽封的径向间隙；以半实缸冷态下数据代替全实缸冷态下的缸体实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙；

在实施例四中，也可参照图3，针对缸体变形量较大且已掌握汽缸变形规律的汽缸，使用实施例一中的步骤一至六、十二至十四拟合出半实缸冷态下的缸体实际隔板汽封、轴封汽封左右下三个方向的径向间隙，根据检修中测出的总间隙，计算出上方隔板汽封、轴封汽封的径向间隙；根据缸体变形特征，推算出全实缸冷态下的缸体实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

核电半速汽轮机的汽缸通流间隙调整项目历来是汽轮机检修中的耗时耗力大项目，常常占用较长的常规岛主线工期。本发明中提出的激光跟踪仪测量汽轮机径向通流间隙的方法已成功应用于国内某核电站半速汽轮机的低压缸和高中压缸中，为核电站缩短大修工期、降低工业风险，提供了有力的保障。下面分别对该方法在低压缸和高中压缸中的应用情况大致介绍如下：

核电半速汽轮机低压缸具有刚性小、变形大、轴承与内缸一体等特点，传统工艺只能采用多次起吊转子及上内缸部件进行压铅丝测量，工作量大，工期长，风险高。本发明的实施例二应用于该类型汽轮机低压缸全实缸通流间隙测量后，所测得的隔板汽封块内径与机械内径千分尺测量结果吻合，并根据所得结果进行通流间隙调整，确保了机组顺利启机并网，从而明显改善了传统工艺中的诸多弊端。

该类型高中压缸为高中压合缸结构，其转子支撑为落地式轴承，缸体为上猫爪支撑，轴向尺寸长，内部级数多，结构复杂，故高中压缸的传统检修项目较低压缸工作量更大，工期更长，风险更高。本发明实施例一应用于该类型汽轮机高中压缸全实缸及半实缸状态下的通流间隙测量，并采用半实缸压铅丝的方法于激光测量所得结果对比，数据吻合度良好。同时，根据所得结果进行通流间隙调整，保证了机组顺利启机并网，显著优化了传统工艺。

从检修工艺而言，核电半速汽轮机组低压缸、高中压缸通流间隙的传统测量工艺，需要经过全缸汽缸变形测量、半缸底部压铅丝、全缸底/顶部压铅丝、逐级顶部压铅丝、全空缸齿间内径测量等多道工艺测量得出准确的通流数据，同时每道工艺中又包含了多项工序，需要反复起吊转子、汽缸等大件设备，不仅工期长，而且风险高。

实施本发明，1、通过激光测量可直接计算出通流真实间隙，减少了不同状态下压铅丝带来的大型部件(转子、内缸等)的起吊次数，缩短了检修工期，降低了设备检修过程中的风险成本，降低检修成本，增加了生产收益。

汽轮机设备中的转子、内缸等部件重达近百吨，该类设备的起吊作业是集团内一级高风险作业。传统工艺中，大型设备起吊在通流间隙调整期间需进行20多次，而本项技术中所需的吊运次数在10次以内，显著降低了工作风险。同时，因工艺流程的改进及测量精度的提高等，通流检修工期大幅缩短，大大降低了检修成本。

2、避免了传统测量中铅丝回弹、汽封块退让、铅丝测量等造成的误差，提高了数据精准度。

通过长期实验验证，在传统工艺中，压铅丝测量法误差在0.20～0.30mm之间，因此需要多次多状态测量，相互验证，得出最终数据。而激光测量技术，通过与内径千分尺及铅丝对比，其精度在0.05mm以内。

3、通过软件分析可快速得出本发明中的相关数据，避免了人工逐齿测量2000多组铅丝厚度，减少人工工作量。

汽缸中隔板及轴封汽封多则达40级，每级汽封块有20道左右汽封齿，传统测量中需要人工测量每一道齿压出的铅丝厚度，并且压铅丝会在执行3～4次，因此，人工需对2000多组数逐一测量。而激光测量技术无需进行此类工作，有效地降低了人工作业强度。

本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，激光跟踪测量系统包括用户终端以及与之连接的激光跟踪仪和基准靶球座，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S10.测量汽缸冷态下转子与汽缸的径向相对位置；

步骤S20.采用所述激光跟踪测量系统，转站测量轴封及隔板对应的转子轮毂面；分别拟合出所测转子轮毂面的直径及转子垂弧；

步骤S30.采用所述激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离；

步骤S40.采用所述激光跟踪测量系统，根据测得的转子与汽缸的相对位置，以步骤S20和步骤S30中的数据为基础，拟合出冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

2.根据权利要求1所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，其特征在于，所述步骤S10进一步包括：

汽缸解体前，即全实缸状态，测量汽缸冷态下，汽缸与转子的径向相对位置；汽缸解体，吊出上缸、上隔板至特定检修区域，测量该状态下，即半实缸状态，汽缸与转子的径向相对位置；吊出转子至检修区域；清理上缸、上隔板及转子。

3.根据权利要求2所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，其特征在于，所述步骤S20中的：采用所述激光跟踪测量系统，转站测量轴封及隔板对应的转子轮毂面，进一步包括：

步骤S201.将所述激光跟踪仪移至转子检修区域，接通电源预热，并在测量空间内分散布置至少5个基准靶球座；同时，调整所述激光跟踪仪的初始架设位置，保证所述激光跟踪仪在转子一侧能测到一段轴封的前提下，尽可能多的测到隔板汽封块对应的转子轮毂面；

步骤S202.使用所述用户终端进行所述激光跟踪仪的前视后视检查和校准，并采用所述激光跟踪仪的温度探头测量转子的初始温度；

步骤S203.使用所述用户终端测量各所述基准靶球座的空间坐标，然后测量所述激光跟踪仪当前视野下的轴封及隔板对应的转子轮毂面，其测量范围包含转子圆周方向1/3以上区域；

步骤S204.重复步骤S203，多次转站测量转子左右两侧所有轴封及隔板对应的转子轮毂面，且每次测量范围覆盖当前测量面圆周方向的1/3以上；转子数据测量结束，记录转子当前温度。

4.根据权利要求3所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，其特征在于，所述步骤S20中的：分别拟合出所测转子轮毂面的直径及转子垂弧，进一步包括：

步骤S205.使用所述用户终端将所述激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合至同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；然后，分别以圆柱为特征体拟合汽、励端轴封及隔板对应的转子轮毂面，再对圆柱中的坐标进行降噪处理，并建立各圆柱的关键点；直线连接汽、励端轴封圆柱最外侧底面圆的圆心为转子中心线；随后，以其中一端点为原点，转子中心线为X轴，YZ面为水平面，建立空间坐标系；计算出各圆柱直径及中心点相对于转子中心线的垂弧。

5.根据权利要求4所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，其特征在于，所述步骤S30中的：采用所述激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝，进一步包括：

步骤S301.回装各级隔板及轴封上下左右四块汽封块；回装隔板下半、隔板上半、汽缸上半等静止部件，即回装至全空缸状态；架设所述激光跟踪仪至汽端或励端轴承处，调整所述激光跟踪仪的架设高度及位置，保证激光光束能尽可能多的测得缸内隔板汽封齿、轴封汽封齿以及轴封汽、励端洼窝等部位；预热所述激光跟踪仪，使用所述用户终端进行所述激光跟踪仪的前视后视检查和校准，同时在缸内布置5个以上的所述基准靶球座；

步骤S302.记录缸体初始温度，测量所述基准靶球座空间坐标；测量缸内各级隔板及轴封上下左右四块汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；

步骤S303.转站所述激光跟踪仪至另一端轴承处，调整所述激光跟踪仪的高度及位置，保证激光束能测量所述步骤S302中未测到的部位；随后，测量所述基准靶球座及步骤S302中未测到的部位，并记录缸体温度。

6.根据权利要求5所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，其特征在于，所述步骤S30中的：分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离，进一步包括：

步骤S304.使用所述用户终端将所述激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合到同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；以圆柱为特征体分别拟合汽、励端最外侧轴封洼窝，并对圆柱中的坐标进行降噪处理；创建两圆柱关键点，直线连接两端圆柱中心点作为缸体中心线；然后，标出各级隔板及轴封汽封块齿尖坐标至缸体中心线的垂直距离。

7.根据权利要求6所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，其特征在于，所述步骤S40进一步包括：

步骤S401.采用所述激光跟踪测量系统，根据所述步骤S10中测得的全实缸状态下的转子与汽缸的实际相对位置，以所述步骤S20和所述步骤S30中的数据为基础，拟合出全实缸冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。

8.根据权利要求4所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，其特征在于，所述步骤S30中的：采用所述激光跟踪测量系统，转站测量缸内各级隔板、轴封汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝，进一步包括：

步骤S305.汽缸回装至半空缸状态，即上缸、上隔板、转子吊出，下隔板回装的状态，并回装下隔板及轴封左右下三方向的三块汽封块；架设所述激光跟踪仪至汽端或励端轴承处，调整所述激光跟踪仪的架设高度及位置，预热所述激光跟踪仪，保证激光束能尽可能多的测到缸内隔板汽封齿、轴封汽封齿以及轴封汽、励端洼窝等部位；使用所述用户终端进行所述激光跟踪仪的前视后视检查和校准，同时在缸内布置5个以上的基准靶球座；

步骤S306.记录缸体初始温度，测量基准靶球座的空间坐标；测量缸内各级隔板及轴封左右下三方向的三块汽封块齿尖坐标以及汽、励端最外侧轴封洼窝；

步骤S307.转站所述激光跟踪仪至另一端轴承处，调整所述激光跟踪仪的高度及位置，保证所述激光跟踪仪能测量所述步骤S306中未测量的部位。随后，测量基准靶球座及所述步骤S306中未测量的部位，并记录缸体温度。

9.根据权利要求8所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，其特征在于，所述步骤S30中的：分别拟合所测汽、励端最外侧轴封洼窝，创建缸体中心线，且拟合出各级隔板、轴封汽封块齿尖至缸体中心线的距离，进一步包括：

步骤S308.使用所述用户终端将所述激光跟踪仪在各位置下的所有坐标拟合到同一坐标系中，并对所测数据进行温度补偿；然后，分别以圆柱为特征体拟合汽、励端最外侧下半轴封洼窝，并对圆柱中的坐标进行降噪处理；创建两圆柱关键点，直线连接两端圆柱中心点作为缸体中心线；然后，标出所测的各级下隔板、下轴封汽封块齿尖坐标至缸体中心线的垂直距离。

10.根据权利要求9所述的激光跟踪测量系统测量汽轮机径向通流间隙的方法，其特征在于，所述步骤S40进一步包括：

步骤S402.采用所述激光跟踪测量系统，根据所述步骤S10中测得的半实缸状态下的转子与汽缸的实际相对位置，以所述步骤S20和所述步骤S30中的数据为基础，拟合出半实缸冷态下缸内实际隔板汽封、轴封汽封的径向间隙。