CN111442750A - 汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置和方法，所述装置包括：安装叉臂，安装叉臂固定安装于汽轮发电机组的第一轴承座上；支撑件，支撑件固定安装于汽轮发电机组的第二轴承座上；测量臂，测量臂的一端可旋转地连接于安装叉臂上，测量臂的另一端由支撑件的顶部自由支撑，其中，测量臂旋转至任意角度时均与汽轮发电机组的转子转轴处于同一竖直平面内；倾角传感器，倾角传感器安装于测量臂上，倾角传感器用于检测测量臂的倾角。本发明测量简单方便，灵敏度、准确度和安全性均较高，并适用于长期连续监测轴承座相对标高的变化情况。

Description

汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置和方法

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，具体涉及一种汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置和一种汽轮发电机组轴承座相对标高测量方法。

背景技术

大型汽轮发电机组是火力发电厂的核心设备，是汽轮机和发电机两大设备的统称。其中汽轮机为原动机，主要由汽缸及转子构成，锅炉产生的高温高压蒸汽在汽缸中流动，经过安装于汽缸上的静叶流道，将蒸汽的热能及压力能转变为动能，高速冲击其后安装于转子上的动叶片，带动转子高速旋转。发电机转子与汽轮机转子通过联轴器轴向连接，同步转动，在发电机中通过电磁感应，将转子的旋转动能转化为电能。

随着机组功率的增大，蒸汽的压力、温度及随之升高，流量随之增大，现代汽轮发电机组均根据蒸汽的压力及温度分为多个汽缸。一般可分为高压缸、中压缸及低压缸，低压缸出口则连接凝汽器，安装于厂房台板及基础。相应的转子也称为高压转子、中压转子及低压转子，与发电机转子共同组成轴系，各转子的径向载荷由相应的支撑轴承承担。支撑轴承座中分面与其水平安装基准面的垂直高度在工程中称之为轴承座的绝对标高，而各轴承座之间绝对标高的差值则称为相对标高，直接决定了汽轮发电机组轴系与汽缸的同心度及各支撑轴承的载荷分布，需根据转子的挠曲线及各轴承的承载量进行调整，保证汽轮发电机组的轴系与汽缸同心状态及各轴承在设计的载荷范围内工作，否则可能会导致转子与汽缸碰摩或轴承工作条件破坏，出现润滑油温过高、振动增大等故障，影响机组安全稳定运行。

由于轴承座相对标高的调整需要对轴承座进行解体，所需工时较长，因此该工作都在停机检修时进行，此时机组处于冷态，各汽缸都在相同的大气压下。在机组启动时和运行后的热态，各汽缸工作压力相差巨大，如进入高压缸的新蒸汽压力为24Mpa，经过逐级做功，压力和温度逐步下降，低压缸内处于真空状态，最低绝对压力一般约为5kPa，远低于大气压。由于压力降低，蒸汽比容增大，在相同的蒸汽流量下，低压缸体积庞大，因此，在外界大气压作用下，相对于高中压缸及发电机，低压缸会下沉，处于低压缸两侧的轴承座也会随之下沉，轴承座的相对标高与冷态相比会发生较大变化。为保证轴承座的相对标高处于合理的范围，需考虑冷热态条件下轴承座相对标高的变化量，从而在冷态下进行补偿。但轴承座相对标高的变化量受轴承座结构，低压缸的形状、机组厂房结构等条件的影响，难以进行理论计算，根据经验预估则数值较为粗糙，需要较长周期的积累，为机组安全稳定运行带来隐患，较为准确的方法一般采用现场测试进行确定。

以常见的高中压合缸、一个低压缸，一个发电机组成的汽轮发电机组进行分析，如图1所示，1为汽轮机厂房框架结构、2为高中压转子、3为#1轴承、4为高中压汽缸、5为高低压至低压导汽管、6为#2轴承、7为中低联轴器、8为#3轴承、9为凝汽器、10为低压转子、11为低压汽缸、12为#4轴承、13为低压发电机联轴器、14为#5轴承、15为发电机转子、16为发电机静子、17为#6轴承。其中，高中压转子2的径向载荷由#1轴承3、#2号轴承6承担，低压转子10的径向载荷由#3轴承8、#4轴承12承担，发电机转子15的径向载荷由#5轴承14、#6轴承17承担。当低压汽缸11下沉后，会连带#3轴承8及4#轴承12下沉，因此相对于#2轴承6，#3轴承8的相对标高下降，相对于#5轴承14，#4轴承12相对标高下降。

目前汽轮发电机组轴承相对标高测量技术主要为基于连通管原理的方法，其工作原理及过程为：将两个测量杯分别安装于待测的两个轴承座中分面上，测量杯底部通过连通管相连。测量前充入一定量的测量液体，考虑到现场的电气绝缘，一般采用变压器油，使测量液体充满连通管，而两个测量杯中液位处于中间位置附近，测量杯上部有开孔的上盖，可保证测量杯与外界大气保持连通。

根据连通管原理，当所述两个测量杯中液位稳定后，两个测量杯中的液位保持齐平。在所述测量杯中有金属制成的饼状浮标，漂浮于测量液体表面，可随测量液体液位高低而变化。在所述测量杯上盖安装有垂直于上盖平面的位移传感器，一般为电涡流传感器，可测量所述位移传感器头部与所述金属饼状浮标的位移。如某一轴承座相对于另外一个轴承座的相对标高发生变化，则安装于其上的所述测量杯，杯盖及位移传感器会随之变化，但由于连通管原理，所述两个测量杯中的测量液体液位以及金属浮标位置保持不变，因此，该测量杯中位移传感器头部与金属浮标的距离发生改变，所述位移传感器测量出的数值就是该轴承座相对标高变化的的数值。

经分析，现有技术的缺陷和不足主要体现在：

(1)现有测量技术中考虑到绝缘性能，测量介质一般通常采用变压器油等油性液体，其粘性较高，因此在液体中会裹挟有较多的气泡，注入到测量杯及连通管后会缓慢释放，为避免正式测量时在测量杯的金属浮标处聚集，冲击金属浮标，影响测量结果。在注入工作液体后，需较长时间(3天左右)的静置排气，增加人员工作量；

(2)现有测量技术中采用液体作为相对标高变化的传递介质，由于液体的粘性，管道长度的影响，当测量平面相对标高发生变化后，两测量杯中达到力平衡即液面保持齐平的反应度较慢，不能反映出测量平面相对标高的快速变化的情况；

(3)现有测量技术采用液体作为媒介，测量杯处于与大气连通的状态，不仅有油液的挥发，并且在现场环境下管道接口容易松脱，导致泄漏；一方面需要补充测量液，增加人员工作量，另一方面导致现场油液污染，甚至当漏油渗透至高温区域后存在火灾隐患；

(4)现场安装测量系统需要一定长度的液体管路，在现场容易被工作人员误碰，增加损害及泄漏的风险，因此不能作为长期监测的手段。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置和方法，测量简单方便，灵敏度、准确度和安全性均较高，并适用于长期连续监测轴承座相对标高的变化情况。

本发明采用的技术方案如下：

一种汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置，包括：安装叉臂，所述安装叉臂固定安装于所述汽轮发电机组的第一轴承座上；支撑件，所述支撑件固定安装于所述汽轮发电机组的第二轴承座上；测量臂，所述测量臂的一端可旋转地连接于所述安装叉臂上，所述测量臂的另一端由所述支撑件的顶部自由支撑，其中，所述测量臂旋转至任意角度时均与所述汽轮发电机组的转子转轴处于同一竖直平面内；倾角传感器，所述倾角传感器安装于所述测量臂上，所述倾角传感器用于检测所述测量臂的倾角。

所述的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置还包括：处理器，所述处理器与所述倾角传感器相连，所述处理器用于根据所述测量臂的倾角变化计算所述第二轴承座相对于所述第一轴承座的相对标高。

所述安装叉臂包括叉臂、第一安装底座和第一销钉孔。

所述支撑件包括支撑柱和第二安装底座。

所述支撑柱顶部为弧形。

所述测量臂包括传感器安装臂和配合臂，所述传感器安装臂上开设有用于安装所述倾角传感器的安装槽，所述配合臂的一端开设有用于与所述第一销钉孔相配合的第二销钉孔。

一种基于上述汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置的汽轮发电机组轴承座相对标高测量方法，包括以下步骤：在所述汽轮发电机组安装所述测量装置；将所述倾角传感器连接到数据采集系统；通过所述数据采集系统获取工况变化前后所述测量臂的倾角；根据工况变化前后所述测量臂的倾角、所述测量臂旋转中心到所述支撑件支撑点的长度计算工况变化前后的所述第二轴承座相对于所述第一轴承座的高度差，以得到所述第二轴承座相对于所述第一轴承座的相对标高。

根据以下公式计算所述第二轴承座相对于所述第一轴承座的高度差：

h＝l*tanθ，

其中，h为所述高度差，l为所述测量臂旋转中心到所述支撑件支撑点的长度，θ为所述测量臂的倾角。

本发明的有益效果：

本发明通过安装叉臂、支撑件与测量臂的结构，采用倾角传感器测量倾角的方式来测量轴承座的相对标高，由此，无需测量液体，杜绝了液体管道的安装、液体排气、补充等工序，大大减少工作量及安装准备时间，并杜绝了液体泄漏带来的环境污染、绝缘漏电及火灾隐患；倾角传感器反应速度较快，可测量出轴承座相对标高的快速变化；一次安装完成后可作为连续监视汽轮发电机组轴承相对标高变化的手段，总体而言，测量简单方便，灵敏度、准确度和安全性均较高，并适用于长期连续监测轴承座相对标高的变化情况。

附图说明

图1为相关技术中汽轮发电机组的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的安装叉臂的三视图；

图4为本发明一个实施例的支撑件的三视图；

图5为本发明一个实施例的测量臂的三视图；

图6为本发明一个实施例的高度计算原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明实施例的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置包括安装叉臂100、支撑件200、测量臂300和倾角传感器400。其中，安装叉臂100固定安装于汽轮发电机组的第一轴承座A上；支撑件200固定安装于汽轮发电机组的第二轴承座B上；测量臂300的一端可旋转地连接于安装叉臂100上，测量臂300的另一端由支撑件200的顶部自由支撑，其中，测量臂300旋转至任意角度时均与汽轮发电机组的转子转轴处于同一竖直平面内；倾角传感器400安装于测量臂300上，倾角传感器400用于检测测量臂300的倾角。

图3为本发明一个实施例的安装叉臂100的三视图，如图3所示，安装叉臂100包括叉臂110、第一安装底座120和第一销钉孔130。

图4为本发明一个实施例的支撑件200的三视图，如图4所示，支撑件200包括支撑柱210和第二安装底座220。其中，支撑柱210顶部可为弧形，能够使支撑点的高度变化量相对于测量臂300的旋转角度呈线性关系。

图5为本发明一个实施例的测量臂300的三视图，如图5所示，测量臂300包括传感器安装臂310和配合臂320，传感器安装臂310上开设有用于安装倾角传感器400的安装槽330，配合臂320的一端开设有用于与第一销钉孔130相配合的第二销钉孔340。

上述汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置在安装完成后，测量臂300可以在上述竖直平面，即图3至图5所示的yz平面内，以第一销钉孔130和第二销钉孔340内销钉的中心自由旋转。由于支撑件200的支撑作用，当第二轴承座B与第一轴承座A的高度均不发生变化时，测量臂300不发生旋转，当第二轴承座B与第一轴承座A的相对高度发生变化时，测量臂300发生旋转，即倾角发生变化。上述汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置在安装完成后，可通过测量获取测量臂300旋转中心到支撑件200支撑点的长度l，即销钉中心与支撑柱210顶端在水平方向上的距离。如图6所示，当第二轴承座B相对于第一轴承座A降低h时，测量臂300可绕销钉中心顺时针旋转，设测量臂300相对于水平初始位置转过的角度，即倾角为θ，则根据几何关系可知tanθ＝h/l，因此，在获取到测量臂300的倾角θ后，可计算出第二轴承座B相对于第一轴承座A的高度差h，h＝l*tanθ。一般地，汽轮发电机组中轴承座高度差较小，测量臂300的倾角不超过5°，在这种情况下tanθ≈θ，因此有h＝l*θ。其中，上述倾角θ的单位为rad。

在本发明的一个实施例中，第二轴承座B相对于第一轴承座A的相对标高可由操作人员根据倾角传感器400的读数θ和此前测得的l计算得到，也可由处理器自动计算得到。进一步地，本发明实施例的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置还可包括处理器，处理器与倾角传感器400相连，处理器可根据测量臂的倾角变化计算第二轴承座B相对于第一轴承座A的相对标高。

手动和自动计算的流程均可包括：在初始状态下，倾角传感器400上电时，以及工况每发生一次变化时获取倾角传感器400的读数，并据此计算初始状态下和每次工况发生变化时第二轴承座B相对于第一轴承座A的高度差，以初始状态下的第一轴承座A为基准，则每次计算出的高度差与初始状态下高度差的差值即为第二轴承座B相对于第一轴承座A的相对标高。

基于上述实施例的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置，本发明还提出一种汽轮发电机组轴承座相对标高测量方法。

本发明实施例的汽轮发电机组轴承座相对标高测量方法包括以下步骤：

S1，在汽轮发电机组安装测量装置。

具体地，首先可将安装叉臂固定安装于第一轴承座上，再将倾角传感器固定安装于测量臂的安装槽内，保证倾角传感器的测量轴与图5中的z轴重合，然后将测量臂的配合臂与安装叉臂中的叉臂通过销钉进行连接。接下来根据测量臂的位置，将支撑件固定安装于第二轴承座上，使支撑件在测量臂正下方，安装叉臂的销钉孔至支撑件与测量臂接触点的距离为预先设定好的，为一已知定值。

S2，将倾角传感器连接到数据采集系统。

倾角传感器可通过数据线连接到数据采集系统。

S3，通过数据采集系统获取工况变化前后测量臂的倾角。

S4，根据工况变化前后测量臂的倾角、测量臂旋转中心到支撑件支撑点的长度计算工况变化前后的第二轴承座相对于第一轴承座的高度差，以得到第二轴承座相对于第一轴承座的相对标高。

具体地，可根据以下公式计算第二轴承座相对于第一轴承座的高度差：

h＝l*tanθ，

其中，h为高度差，l为测量臂旋转中心到支撑件支撑点的长度，θ为测量臂的倾角。

一般地，汽轮发电机组中轴承座高度差较小，测量臂30的倾角不超过5°，在这种情况下tanθ≈θ，因此还可根据h＝l*θ计算第二轴承座相对于第一轴承座的高度差。其中，上述倾角θ的单位为rad。

实际测量步骤可包括：对倾角传感器及数据采集系统通电后，检查倾角传感器的数据读数θ₀，根据上式计算出对应的基准标高h₀；当工况发生变化后，记录倾角传感器相应的数据读数θ，根据上式计算出当时的标高h，则此时的相对标高为Δh＝h-h₀；其它工况以此类推，即可得到待测轴承座连续的相对标高变化情况。

根据本发明实施例的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置和方法，通过安装叉臂、支撑件与测量臂的结构，采用倾角传感器测量倾角的方式来测量轴承座的相对标高，由此，无需测量液体，杜绝了液体管道的安装、液体排气、补充等工序，大大减少工作量及安装准备时间，并杜绝了液体泄漏带来的环境污染、绝缘漏电及火灾隐患；倾角传感器反应速度较快，可测量出轴承座相对标高的快速变化；一次安装完成后可作为连续监视汽轮发电机组轴承相对标高变化的手段，总体而言，测量简单方便，灵敏度、准确度和安全性均较高，并适用于长期连续监测轴承座相对标高的变化情况。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置，其特征在于，包括：

安装叉臂，所述安装叉臂固定安装于所述汽轮发电机组的第一轴承座上；

支撑件，所述支撑件固定安装于所述汽轮发电机组的第二轴承座上；

测量臂，所述测量臂的一端可旋转地连接于所述安装叉臂上，所述测量臂的另一端由所述支撑件的顶部自由支撑，其中，所述测量臂旋转至任意角度时均与所述汽轮发电机组的转子转轴处于同一竖直平面内；

倾角传感器，所述倾角传感器安装于所述测量臂上，所述倾角传感器用于检测所述测量臂的倾角。

2.根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置，其特征在于，还包括：

处理器，所述处理器与所述倾角传感器相连，所述处理器用于根据所述测量臂的倾角变化计算所述第二轴承座相对于所述第一轴承座的相对标高。

3.根据权利要求1或2所述的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置，其特征在于，所述安装叉臂包括叉臂、第一安装底座和第一销钉孔。

4.根据权利要求3所述的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置，其特征在于，所述支撑件包括支撑柱和第二安装底座。

5.根据权利要求3所述的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置，其特征在于，所述支撑柱顶部为弧形。

6.根据权利要求5所述的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置，其特征在于，所述测量臂包括传感器安装臂和配合臂，所述传感器安装臂上开设有用于安装所述倾角传感器的安装槽，所述配合臂的一端开设有用于与所述第一销钉孔相配合的第二销钉孔。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的汽轮发电机组轴承座相对标高测量装置的汽轮发电机组轴承座相对标高测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

在所述汽轮发电机组安装所述测量装置；

将所述倾角传感器连接到数据采集系统；

通过所述数据采集系统获取工况变化前后所述测量臂的倾角；

根据工况变化前后所述测量臂的倾角、所述测量臂旋转中心到所述支撑件支撑点的长度计算工况变化前后的所述第二轴承座相对于所述第一轴承座的高度差，以得到所述第二轴承座相对于所述第一轴承座的相对标高。

8.根据权利要求7所述的汽轮发电机组轴承座相对标高测量方法，其特征在于，根据以下公式计算所述第二轴承座相对于所述第一轴承座的高度差：

h＝l*tanθ，

其中，h为所述高度差，l为所述测量臂旋转中心到所述支撑件支撑点的长度，θ为所述测量臂的倾角。

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