CN111442755B - 汽轮发电机组轴系扬度测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽轮发电机组轴系扬度测量装置和方法，所述装置包括：安装底座，安装底座的顶部开设有传感器安装槽，安装底座的底部开设有用于与汽轮发电机组转子的待测部位相接合的接合槽；双轴倾角传感器，双轴倾角传感器安装于传感器安装槽内，双轴倾角传感器的第一敏感轴与第二敏感轴在水平面内相互正交。本发明测量简单方便，准确度较高。

Description

汽轮发电机组轴系扬度测量装置和方法

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系扬度测量装置和一种汽轮发电机组轴系扬度测量方法。

背景技术

大型汽轮发电机组是火力发电厂的核心设备，其轴系均为卧式多转子构成，通常包括汽轮机高中压转子、汽轮机低压转子及发电机转子等，每根转子通过径向支撑轴承承担各自的重力载荷，各转子之间通过联轴器进行轴向连接。

以两根转子组成的轴系为例进行分析，如图1所示，1为#1转子，2为#1转子左联轴器，3为#1号轴承，4为#2轴承，5为#1转子右联轴器，6为#2转子，7为#2转子左联轴器，8为#3号轴承，9为#4号轴承，10为#2转子右联轴器。在图1所示的分解自由状态下，各转子的重力由各自的轴承支撑。在本例中，#1转子的重力由#1、#2号轴承支撑，#2转子的重力由#3、#4轴承支撑。

根据力学原理，在重力作用下，各转子会产生挠曲变形。以弯曲前的转子轴线z轴，转子纵截面的铅垂对称轴为y轴，水平对称轴为x轴，xyz轴的正方向符合右手坐标系。则变形后转子轴线将成为yz平面内的一条曲线，即为挠曲线，纵截面形心(即轴线上的点)在垂直于z轴方向的线位移y，则为该截面的挠度；纵截面对其原来位置的角位移则为该截面的转角，也为挠曲线在该点处的切线与z轴之间的夹角，在汽轮机安装检修等工程领域中一般称为扬度。

在分解的自由状态下，相邻两个转子相连接的两个联轴器总是存在上张口，如图1所示的轴系，由#1转子右联轴器5及#2转子左联轴器7进行连接，在此状态下，两者存在上张角。汽轮机发电机组等重载旋转机械轴系一般采用带止口及精密配合螺栓的刚性联轴器进行连接，虽然在有张角的情况下连接不会产生偏心，但会对两根转子的轴承产生附加载荷，直接影响轴承的油膜承载力、油膜和轴瓦温度及动态特性，可能引起轴瓦温度过高、振动恶化等故障。如图1所示，直接连接#1转子右联轴器5及#2转子左联轴器7，则会使联轴器相邻的#2轴承4、#3轴承8载荷增大，远端的#1轴承3、#4轴承9载荷减小。因此，应在分析各转子挠曲变形特性的基础上，调整各支撑轴承的标高，使整个轴系形成连续的挠度曲线，如图2所示，而调整的重要依据就是使连接的联轴器的扬度相同，在本例中则需要使#1转子右联轴器5及#2转子左联轴器7的扬度相同，才能进行连接。因此，测量汽轮发电机组轴系的扬度对设备的正确安装及安全运行具有重要意义。

目前汽轮机发电机组轴系扬度测量的主要工具为合像水平仪。其为气泡式水平仪的一种，外观总体为一正方体。其核心组件为一小水平玻璃管，称为水准管。管内充满醚或酒精等液体，并留有一小气泡，由于气体和液体的密度差，气泡在管中永远位于最高点。水准管固定于一精密加工的架座上，架座放于待测面上测量。架座内部通过测微螺旋副及杠杆等机构与水准管的一段相连，可通过一外露于水平仪一侧的调整旋钮来调整螺旋测微副，从而改变水准管与基座测量面相对倾斜程度。棱镜及放大镜组成的光学系统将水平管中的气泡在观察窗中生成两个放大的半圆圆弧影像，方便观察。

当合像水平仪基座测量面处于水平位置时，将螺旋测微副调节至零位。此时水平管与基座测量面保持水平，气泡位置应以水平管的中点为对称，此时观察窗内两半水准气泡影像应合成一个光滑的圆形。当被测表面倾斜时，水平管中的气泡向高侧偏移，则观察窗内的两半水准气泡影像错位分离，此时可通过调整旋钮调整螺旋测微副，改变水平管与基座测量面相对倾斜程度，再次使水平管回到水平位置，观察窗内两半水准气泡影像应重合成一个光滑的圆形。读出螺旋测微副的补偿量，则为被测平面的倾斜度。该倾斜度的物理含义为水平方向单位长度在垂直方向(高或低)上的距离，一般记为mm/m，即在水平方向每米的距离垂直方向偏移的距离，以毫米来计量。

由于合像式水平仪的操作需要人员进行手工操作和视觉观察，因此对测量位置及附近的空间条件要求较高，周围应留有一定人员出入、站立的空间及照明条件等，汽轮发电机组轴系扬度的测量部位选为将支撑轴承上瓦解体后的轴颈处。首先将合像式水平仪放置于转子的待测部位，调节调整旋钮，使观察窗中的气泡图像合成为一个完整的圆形，记录调整旋钮的相应的调整量。然后将合像式水平仪水平反转180°，按照相同步骤再次进行测量并记录数据。因为两次测量水平仪反转了180°，如以调节旋钮为基准，水平仪倾斜的角度是左右相反的，理想情况下时，读数应数值相同，方向相反，取绝对值后的平均数作为扬度的数量，同时记录转子偏移的高低方向。

经分析，现有技术的缺陷和不足主要体现在：

(1)现有技术中采用水平度来衡量转子扬度，而转子扬度的概念本质上对应于转子轴线挠曲线的转角，连接联轴器前调整轴承标高时主要参照的数据也是挠曲线的转角，而现有技术采用水平仪测出的水平度是水平方向单位长度在垂直方向(高或低)上的距离，本质是转角的正切，用在本领域会造成物理意义不够明确，对现场工作人员的理解带来一定的难度，有些人员甚至不参考扬度数值，靠经验进行调整，增加了难度及工作量；

(2)通过合像式水平仪结构原理可看出，其只具备单方向的高精度测量功能，即合像式水平仪外型长方体的长轴方向，也是内部水准管的轴向方向，用于汽轮发电机组轴系扬度测量时对应于转子的轴线方向。而转子为一圆柱体，测量截面为一圆形理想情况下水平仪应放置于圆形的顶部，此时水准管中的气泡位置只受到轴向方向倾斜程度的影响，测量得到数据反映出被测转子轴线的扬度。而在实际测量时如果放置不当，水平仪偏离轴颈的最顶端时，水准管中气泡则会受到附加的周向方向高低的影响，而水平仪无法定量描述周向方向的影响，因此会导致扬度测量出现相应的不确定性及误差；

(3)由力学分析可知轴系的挠曲线是类似于二次函数的曲线，也就是说挠曲线的转角即工程上所称的扬度是处处不同的。一般来说转子的端部，也就是联轴器部位的扬度是最大的，也是连接联轴器时最直接的参考标准。而现有技术在轴颈处进行测量该部位离对应的联轴器处还有一定的距离，其数值也有偏差，也会加大后期调整支撑轴承的标高的难度及工作量。

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系扬度测量装置和方法，测量简单方便，准确度较高。

本发明采用的技术方案如下：

一种汽轮发电机组轴系扬度测量装置，包括：安装底座，所述安装底座的顶部开设有传感器安装槽，所述安装底座的底部开设有用于与所述汽轮发电机组转子的待测部位相接合的接合槽；双轴倾角传感器，所述双轴倾角传感器安装于所述传感器安装槽内，所述双轴倾角传感器的第一敏感轴与第二敏感轴在水平面内相互正交。

所述接合槽为倒V形槽，其中，所述倒V形槽沿长度方向贯通所述安装底座。

所述双轴倾角传感器在安装于所述传感器安装槽内后，所述第一敏感轴与所述倒V形槽的长度方向平行。

所述安装底座包含磁性材料。

一种基于上述汽轮发电机组轴系扬度测量装置的汽轮发电机组轴系扬度测量方法，包括以下步骤：将所述双轴倾角传感器安装于所述安装底座上，构成测量模块；将所述倾角传感器连接到数据采集系统；将所述测量模块放置于所述汽轮发电机组转子的待测部位，并调整所述安装底座，使所述安装底座与所述待测部位相对稳固，且所述倒V形槽的长度方向与所述汽轮发电机组转子的轴向平行；通过所述数据采集系统获取所述第二敏感轴对应的倾角读数；当所述第二敏感轴对应的倾角读数为零时，通过所述数据采集系统获取所述第一敏感轴对应的倾角读数，并将所述第一敏感轴对应的倾角读数作为所述待测部位的扬度值。

如果所述第二敏感轴对应的倾角读数不为零，则调整所述安装底座在所述汽轮发电机组转子周向的位置，直到所述第二敏感轴对应的倾角读数为零。

本发明的有益效果：

本发明通过在安装底座上设置双轴倾角传感器，能够直接以转子被测部位的倾角值表示工程中应用的扬度，明确体现出扬度概念的真实物理意义，不需进行二次转换，可以直观反映出被测部位的弯曲程度，方便工程技术人员直接作为后期支撑轴承调整的依据，从而减小工作量；采用双轴倾角传感器进行测量，可定量描述测量模块在圆周方向的位置，提供了误差修正，可消除传感器在圆周方向的偏差导致的误差问题，提高了测量的准确性；操作简单，将测量模块安装到位后不用进行手动调节，对安装部分及空间要求较少，因此可安装至所需要测量的联轴器处，一方面直接测量联轴器处的扬度，为支撑轴承的调整直接提供参照，减小工作量，另一方面，不用对支撑轴承解体，也起到了减少工作量的作用，并且当进行支撑轴承的调整工作时，可连续监测轴颈的扬度变化，不需再手动调节传感器单元，总体而言，测量简单方便，准确度较高。

附图说明

图1为相关技术中汽轮发电机组轴系形变示意图；

图2为相关技术中汽轮发电机组轴系形成连续的挠度曲线示意图；

图3为本发明一个实施例的汽轮发电机组轴系扬度测量装置的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的汽轮发电机组轴系扬度测量装置的三视图；

图5为本发明一个实施例的通过汽轮发电机组轴系扬度测量装置测量扬度的示意图。

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3和图4所示，本发明实施例的汽轮发电机组轴系扬度测量装置包括安装底座100和双轴倾角传感器200，其中，安装底座100的顶部开设有传感器安装槽110，安装底座100的底部开设有用于与汽轮发电机组转子的待测部位相接合的接合槽120；双轴倾角传感器200安装于传感器安装槽110内，双轴倾角传感器200的第一敏感轴与第二敏感轴在水平面内相互正交。

在本发明的一个实施例中，如图3、图4和图5所示，接合槽120可为倒V形槽，其中，倒V形槽沿长度方向，即图示z方向贯通安装底座100。应当理解的是，由于汽轮发电机组转子表面为圆柱面，通过沿槽的长度方向开设贯通安装底座100的V形槽，可通过将沿槽的长度方向与汽轮发电机组转子轴保持平行，使安装底座100与汽轮发电机组转子表面稳固接合。

进一步地，倒V形槽的两边底部可处于同一水平面上，即两侧槽沿可通过精密加工实现平齐，从而更有利于将安装底座100与汽轮发电机组转子表面稳固接合，并且接合面可作为测量的基准面。

在本发明的一个实施例中，双轴倾角传感器200在安装于传感器安装槽110内后，第一敏感轴与倒V形槽的长度方向平行，即在双轴倾角传感器200安装于传感器安装槽110内，且安装底座100与汽轮发电机组转子的待测部位相接合后，双轴倾角传感器200的其中一个敏感轴与汽轮发电机组转子的轴向平行。

在本发明的一个实施例中，安装底座100可包含磁性材料，例如安装底座100可由磁性材料制作而成，从而可通过磁力将安装底座100吸附于汽轮发电机组转子轴上，易于安装、拆卸并有助于在安装后保持稳固状态。

基于上述实施例的汽轮发电机组轴系扬度测量装置，本发明还提出一种汽轮发电机组轴系扬度测量方法。

本发明实施例的汽轮发电机组轴系扬度测量方法包括以下步骤：

S1，将双轴倾角传感器安装于安装底座上，构成测量模块。

在本发明的一个实施例中，可通过紧固螺栓将双轴倾角传感器安装于安装底座上。

S2，将倾角传感器连接到数据采集系统。

在本发明的一个实施例中，双轴倾角传感器可通过数据线连接到数据采集系统。

S3，将测量模块放置于汽轮发电机组转子的待测部位，并调整安装底座，使安装底座与待测部位相对稳固，且倒V形槽的长度方向与汽轮发电机组转子的轴向平行。

参照图4和图5，通过将倒V形槽的长度方向与汽轮发电机组转子的轴向平行安装，可使双轴倾角传感器的第一敏感轴与汽轮发电机组转子的轴向平行，即图示z轴方向与汽轮发电机组转子的轴向一致。

S4，通过数据采集系统获取第二敏感轴对应的倾角读数。

S5，当第二敏感轴对应的倾角读数为零时，通过数据采集系统获取第一敏感轴对应的倾角读数，并将第一敏感轴对应的倾角读数作为待测部位的扬度值。

如果第二敏感轴对应的倾角读数不为零，则调整安装底座在汽轮发电机组转子周向的位置，直到第二敏感轴对应的倾角读数为零。

换言之，在双轴倾角传感器和数据采集系统上电后，首先可读取双轴倾角传感器x轴方向的倾角读数，如果为零，则表明测量模块放置位置正确，处于汽轮发电机组转子圆周方向的最上端，可直接记录z轴方向的倾角读数，即为该待测部位的扬度值；如双轴倾角传感器x轴方向的倾角读数不为零，则需调整测量模块在圆周方向的位置，直至为零后记录z轴方向的倾角读数，即为该待测部位的扬度值。

根据本发明实施例的汽轮发电机组轴系扬度测量装置和方法，通过在安装底座上设置双轴倾角传感器，能够直接以转子被测部位的倾角值表示工程中应用的扬度，明确体现出扬度概念的真实物理意义，不需进行二次转换，可以直观反映出被测部位的弯曲程度，方便工程技术人员直接作为后期支撑轴承调整的依据，从而减小工作量；采用双轴倾角传感器进行测量，可定量描述测量模块在圆周方向的位置，提供了误差修正，可消除传感器在圆周方向的偏差导致的误差问题，提高了测量的准确性；操作简单，将测量模块安装到位后不用进行手动调节，对安装部分及空间要求较少，因此可安装至所需要测量的联轴器处，一方面直接测量联轴器处的扬度，为支撑轴承的调整直接提供参照，减小工作量，另一方面，不用对支撑轴承解体，也起到了减少工作量的作用，并且当进行支撑轴承的调整工作时，可连续监测轴颈的扬度变化，不需再手动调节传感器单元，总体而言，测量简单方便，准确度较高。

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 (1)

1.一种基于汽轮发电机组轴系扬度测量装置的汽轮发电机组轴系扬度测量方法，其特征在于，汽轮发电机组轴系扬度测量装置包括：安装底座，所述安装底座的顶部开设有传感器安装槽，所述安装底座的底部开设有用于与所述汽轮发电机组转子的待测部位相接合的接合槽；双轴倾角传感器，所述双轴倾角传感器安装于所述传感器安装槽内，所述双轴倾角传感器的第一敏感轴与第二敏感轴在水平面内相互正交，其中，所述接合槽为倒V形槽，所述倒V形槽沿长度方向贯通所述安装底座，所述双轴倾角传感器在安装于所述传感器安装槽内后，所述第一敏感轴与所述倒V形槽的长度方向平行，汽轮发电机组轴系扬度测量方法包括以下步骤：

将所述双轴倾角传感器安装于所述安装底座上，构成测量模块；

将所述倾角传感器连接到数据采集系统；

将所述测量模块放置于所述汽轮发电机组转子的待测部位，并调整所述安装底座，使所述安装底座与所述待测部位相对稳固，且所述倒V形槽的长度方向与所述汽轮发电机组转子的轴向平行；

通过所述数据采集系统获取所述第二敏感轴对应的倾角读数；

当所述第二敏感轴对应的倾角读数为零时，通过所述数据采集系统获取所述第一敏感轴对应的倾角读数，并将所述第一敏感轴对应的倾角读数作为所述待测部位的扬度值；

如果所述第二敏感轴对应的倾角读数不为零，则调整所述安装底座在所述汽轮发电机组转子周向的位置，直到所述第二敏感轴对应的倾角读数为零。

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