CN114111526B - 一种高精度水轮机主轴密封测圆方法及系统 - Google Patents

一种高精度水轮机主轴密封测圆方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精度水轮机主轴密封测圆方法及系统,以同一轴线为旋转中心,匀速并同步采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据,对基础数据进行相应的处理,通过计算绘制主轴密封圆度图,并计算圆度判定数据,给出调整建议,便于及时对主轴圆度进行调整;开创性的为主轴密封中心及圆度测量计算引入理论中心对比数据,使主轴密封中心调整工作具有理论参照性,进一步提高了主轴密封圆度测量处理效率,直观的处理建议使现场工作人员减少了低效计算和反复返工的人力物力浪费。

Description

一种高精度水轮机主轴密封测圆方法及系统
技术领域
本发明涉及监测技术领域,具体涉及一种高精度水轮机主轴密封测圆方法及系统。
背景技术
按照水轮发电机检修技术规程要求,需对水轮发电机组主轴密封情况进行定期检查测量。目前,在电站实际运行过程中,检修周期普遍为一年每次,多采用机械班检修人员对主轴密封开盖人工手动测量、统计和分析。但由于该项工作强度大,工作手续复杂,安装精度要求高,属于精细作业,且作业人员业务技能原因造成安装工艺差别大,不利于机组长期稳定运行,而每次测量都需要在流程上耗费巨大的人力和时间,也不符合无人值班“少人值守”和智慧电厂建设的相关要求,该方式还存在如下弊端,一方面,由于不同人员测量,在测量的位置及测量结果的读取上会存在较大的偏差,无法公正客观的反映实际情况,并且由于作业空间狭窄,存在一定的风险和隐患;另一方面,人工测量在拆卸和安装过程中会对设备整体的密封性产生影响,长此以往将严重影响设备运行的安全性;
传统的水轮机主轴密封测圆装置是通过百分表在水轮机主轴密封各个区域进行测量,测量过程中人工参与过程多,不仅影响水轮机设备整体的密封性,长此以往还会影响水轮机设备运行的安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:传统的水轮机主轴密封测圆装置是通过百分表在水轮机主轴密封各个区域进行测量,测量过程中人工参与过程多,不仅影响水轮机设备整体的密封性,长此以往还会影响水轮机设备运行的安全性;本发明目的在于提供一种高精度水轮机主轴密封测圆方法及系统,以解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现:
本方案提供一种高精度水轮机主轴密封测圆方法,包括步骤:
步骤1:以轴线A为旋转中心,匀速并同步采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据;
步骤2:对基础数据进行预处理得到圆度判定数据;
步骤3:将圆度判定数据与判定阈值进行比对,当有任一圆度判定数据不符合判定阈值的范围时,调整采集位置与轴线A之间的间距,并重复执行步骤1至步骤3直至所有圆度判定数据符合判定阈值的范围。
本方案工作原理:传统的水轮机主轴密封测圆装置是通过百分表在水轮机主轴密封各个区域进行测量,测量过程中人工参与过程多,不仅影响水轮机设备整体的密封性,长此以往还会影响水轮机设备运行的安全性;本方案提供的高精度水轮机主轴密封测圆方法,以同一轴线为旋转中心,匀速并同步采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据,对基础数据进行相应的处理,通过计算绘制主轴密封圆度图,并计算圆度判定数据,给出调整建议,便于及时对主轴圆度进行调整。
进一步优化方案为,所述水轮机主轴密封区域包括:水轮机转轮上冠外圆区域、水轮机主轴密封位置、水轮机转轮下环外圆区域和水轮机转轮下梳齿区域。
进一步优化方案为,所述基础数据包括:采集位置距轴线A的间隙R1、R2、……Ri,采集时刻t1,t2,……ti及采集位置的角度θ1、θ2,……θi
进一步优化方案为,所述预处理过程包括:
根据采集位置距轴线A的间隙和采集时刻构建R(t)函数,根据采集位置距轴线A的间隙和采集位置的角度构建R(θ)函数;
构建判定模型F(x,y)=R(θ)-L(θ);其中L(θ)为原始调整函数。
进一步优化方案为,所述原始调整函数获取方法为:。
以轴线A为中心匀速旋转一周,采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据,并构建R(t)函数的图像和R(θ)函数的图像,观测R(t)函数的图像和R(θ)函数的图像,调整采集位置直至R(t)函数的图像趋近于直线,且R(θ)函数的图像趋近于圆形时,以该采集位置获得的R(θ)函数作为原始调整函数,并以该采集位置获得基础数据。
进一步优化方案为,所述比对过程包括:
当圆度判定数据同时满足条件a和条件b时,圆度判定数据符合判定阈值的范围;
条件a:F(x,y)小于第一阈值K;
条件b:R(t)≥±ε×10%;其中
进一步优化方案为,各个水轮机主轴密封区域的采集位置位于同一平面,且轴线A也位于该平面。
本方案还提供一种高精度水轮机主轴密封测圆系统,应用于上述的高精度水轮机主轴密封测圆方法,采集模块、预处理模块、判定模块和循环模块;
采集模块用于以同一轴线为旋转中心,匀速并同步采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据;
预处理模块用于对基础数据进行预处理得到圆度判定数据;
判定模块用于将圆度判定数据与判定阈值进行比对;
循环模块基于任一不符合判定阈值范围的圆度判定数据,调整采集位置与轴线之间的间距,并重新采集基础数据。
进一步优化方案为,所述水轮机主轴密封区域包括:水轮机转轮上冠外圆区域、水轮机主轴密封位置、水轮机转轮下环外圆区域和水轮机转轮下梳齿区域。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
本发明提供的一种高精度水轮机主轴密封测圆方法及系统,以同一轴线为旋转中心,匀速并同步采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据,对基础数据进行相应的处理,通过计算绘制主轴密封圆度图,并计算圆度判定数据,给出调整建议,便于及时对主轴圆度进行调整;开创性的为主轴密封中心及圆度测量计算引入理论中心对比数据,使主轴密封中心调整工作具有理论参照性,进一步提高了主轴密封圆度测量处理效率,直观的处理建议使现场工作人员减少了低效计算和反复返工的人力物力浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中:
图1为高精度水轮机主轴密封测圆方法流程示意图;
图2为实施例3高精度主轴密封测圆装置结构示意图;
图3为实施例3高精度主轴密封测圆装置结构俯视图;
图4为实施例4的主轴密封测圆装置装配示意图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1-组合件,11-连接件,2-固定杆,3-法兰,4-支臂组合架,41-第一连接件,42-第二连接件,43-支臂,5-支撑架,51-第一轴承,52-第一轴承座,6-测量杆,7-抗磨块,8-第二轴承,9-第二轴承座,10-水轮机主轴密封位置,12-水轮机主轴的限位件,13-水轮机主轴上冠外圆,14-水轮机主轴下环外圆,15-水轮机转轮下梳齿。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
本方案提供一种高精度水轮机主轴密封测圆方法,包括步骤:
步骤1:以轴线A为旋转中心,匀速并同步采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据;
步骤2:对基础数据进行预处理得到圆度判定数据;
步骤3:将圆度判定数据与判定阈值进行比对,当有任一圆度判定数据不符合判定阈值的范围时,调整采集位置与轴线A之间的间距,并重复执行步骤1至步骤3直至所有圆度判定数据符合判定阈值的范围。
所述水轮机主轴密封区域包括:水轮机转轮上冠外圆区域、水轮机主轴密封位置、水轮机转轮下环外圆区域和水轮机转轮下梳齿区域。
所述基础数据包括:采集位置距轴线A的间隙R1、R2、……Ri,采集时刻t1,t2,……ti及采集位置的角度θ1、θ2,……θi
所述预处理过程包括:
根据采集位置距轴线A的间隙和采集时刻构建R(t)函数,根据采集位置距轴线A的间隙和采集位置的角度构建R(θ)函数;
构建判定模型F(x,y)=R(θ)-L(θ);其中L(θ)为原始调整函数。
所述原始调整函数获取方法为:。
以轴线A为中心匀速旋转一周,采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据,并构建R(t)函数的图像和R(θ)函数的图像,观测R(t)函数的图像和R(θ)函数的图像,调整采集位置直至R(t)函数的图像趋近于直线,且R(θ)函数的图像趋近于圆形时,以该采集位置获得的R(θ)函数作为原始调整函数,并以该采集位置获得基础数据。
所述比对过程包括:
当圆度判定数据同时满足条件a和条件b时,圆度判定数据符合判定阈值的范围;
条件a:F(x,y)小于第一阈值K;
条件b:R(t)≥±ε×10%;其中
各个水轮机主轴密封区域的采集位置位于同一平面,且轴线A也位于该平面。
实施例2
本实施例提供一种高精度水轮机主轴密封测圆系统,应用于上一实施例的高精度水轮机主轴密封测圆方法,采集模块、预处理模块、判定模块和循环模块;
采集模块用于以同一轴线为旋转中心,匀速并同步采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据;
预处理模块用于对基础数据进行预处理得到圆度判定数据;
判定模块用于将圆度判定数据与判定阈值进行比对;
循环模块基于任一不符合判定阈值范围的圆度判定数据,调整采集位置与轴线之间的间距,并重新采集基础数据。
所述水轮机主轴密封区域包括:水轮机转轮上冠外圆区域、水轮机主轴密封位置、水轮机转轮下环外圆区域和水轮机转轮下梳齿区域。
实施例3
本实施例提供一种高精度主轴密封测圆装置,包括:可调节主轴旋转组合架和水轮机主轴密封区域圆周采集装置;
可调节主轴旋转组合架装配在水轮机主轴上,并带动水轮机主轴密封区域圆周采集装置绕水轮机主轴旋转,且旋转过程中所有水轮机主轴密封区域圆周采集装置始终位于同一平面。
水轮机主轴密封区域圆周采集装置包括:水轮机转轮上冠外圆区域采集器、水轮机主轴密封位置采集器、水轮机转轮下环外圆区域采集器和水轮机转轮下梳齿区域采集器。
水轮机转轮上冠外圆区域采集器、水轮机主轴密封位置采集器、水轮机转轮下环外圆区域采集器和水轮机转轮下梳齿区域采集器均为激光测量仪。
可调节主轴旋转组合架包括:组合件1、固定杆2和法兰3;
多个组合件拼接成包裹在水轮机主轴外围的组合框架,所述组合框架截面为正多边形;
相邻的两个组合件之间通过固定杆或法兰连接。
组合框架截面为正六边形,每个组合件为一个矩形框架。
还包括:支臂组合架4、支撑架5和测量杆6;支臂组合架连接在可调节主轴旋转组合架上,所述支臂组合架与水轮机主轴垂直,所述支撑架安装在支臂组合架上并接触水轮机转轮上冠外圆;水轮机主轴密封位置采集器安装在支撑架5上;测量杆6安装在支臂组合架上,且测量杆6与水轮机主轴平行;水轮机转轮上冠外圆区域采集器、水轮机转轮下环外圆区域采集器和水轮机转轮下梳齿区域采集器均安装在测量杆上。
根据实际情况设计支臂组合架4,本实施例中支臂组合架4包括:第一连接件41,第二连接件42和支臂43;两个支臂43的一端通过第一连接件41连接在可调节主轴旋转组合架上、另一端连接在测量杆6上;第二连接件42连接在两个支臂43之间,提供稳固的结构支撑。
还包括第一轴承51和第一轴承座52,所述第一轴承51装配在支撑架上,第一轴承座52装配在水轮机转轮上冠外圆上,支撑架5通过第一轴承51与水轮机转轮上冠外圆接触。
还包括第二轴承8和第二轴承座9,所述第二轴承8装配在可调节主轴旋转组合架底部,第二轴承座9装配在水轮机主轴的限位件上,可调节主轴旋转组合架通过第二轴承8和第二轴承座9与水轮机主轴的限位件接触。
还包括抗磨块7,所述可调节主轴旋转组合架的内壁上设置多个抗磨块7,组合架通过抗磨块7接触并绕水轮机主轴旋转。组合件中间设置有连接件11,所述抗磨块7安装在连接件11上,测量杆上装配主轴密封上端部激光测量仪、中部激光测量仪、下端部激光测距仪。
实施例4
如图4所示,本实施例根据本发明的技术方案设计的高精度水轮机主轴密封测圆装置,在水轮机主轴密封位置10处布设3个激光测距仪并排采集,在水轮机主轴上冠外圆13、水轮机主轴下环外圆14和水轮机转轮下梳齿15分别布设一个激光测距仪,在水轮机主轴密封位置10处布设3个激光测距仪;
在水轮机主轴上冠外圆、水轮机主轴下环外圆和水轮机转轮下梳齿区域布设的激光测距仪均连接在测量杆上,在水轮机主轴密封位置10处布设的3个激光测距仪连接在支撑架5上,所有的激光测距仪位于同一平面,以保证可调节主轴旋转组合架带动着一起同步测量。
激光测距仪在安装后与数据采集处理装置相连,装置在旋转测量过程中自动将主轴密封与测距仪相对距离进行采集并生成圆度图,展示主轴密封圆度并给出处理意见,装置有效提高了主轴密封测圆精度,提供了主轴密封处理调整方法。
测试过程具体为:
测圆架安装:
组合件通过法兰和固定件构成旋转组合架固定于水轮机主轴上,支臂组合架固定于旋转组合架上形成测圆架主体;调整支撑架5与水轮机的主轴上冠外圆接触,作为支撑点;调节旋转组合架法兰及第二轴承座,使第二轴承座与水轮机主轴平行。
调节法兰的螺栓松紧度,推动测圆架匀速转动,第二轴承座上设置传感器收集采集位置距轴线A的间隙数据L1、L2、……Li,采集时间t1,t2,……ti,以及采集角度θ1、θ2,……θi。匀速推动测圆架旋转一周,计算机计算绘制L(t)函数图像以及L(θ)函数图像,绘制函数图像分别近似直线和圆形时,则第二轴承座与主轴平行度调整完成。
将主轴密封激光测距仪安装至测量杆上的滑块上,调整上、中、下端部传感器对正主轴密封上、中、下端部即对应的水轮机主轴上冠外圆区域,水轮机主轴下环外圆区域和水轮机转轮下梳齿区域。
轴承座与主轴平行度计算圆心平均相对坐标(x0,y0),匀速推动测圆架转动,同样采集位置距轴线A的间隙R1、R2、……Ri,采集时间t1,t2,……ti,以及采集角度θ1、θ2,……θi。计算机绘制R(t)与R(θ)函数,计算相对圆心平均值坐标(X0,Y0)。
构建F(x,y)=R(θ)-L(θ);设置F(x,y)<0.1mm时,数据正确,F(x,y)≥0.1mm时,数据返回处理;当R(ti)<±ε×10%时,数据正确,当R(ti)≥±ε×10%时,数据返回处理;且当F(x,y)与R(ti)都正确时,数据显示合格。计算机通过数据返回值,给出中心移动或者圆度处理建议,数据处理精度0.01mm。
使用此测圆装置及系统后,调整精度高,消除传统滑动摩擦块测圆架推动卡塞,速度不均匀的问题,提高了测量效率;增加轴承座测量感应保证了轴承座与主轴调整平行,开创性的为主轴密封中心及圆度测量计算引入理论中心对比数据,使主轴密封中心调整工作具有理论参照性;新的测圆架及处理方法进一步提高了主轴密封圆度测量处理效率,直观的处理建议使现场工作人员减少了低效计算和反复返工的人力物力浪费。
转动测圆装置绕水轮机主轴做圆周运动,激光测量仪通过测量与水轮机主轴密封相对距离数据后将采集数据传送至系统,系统通过计算绘制主轴密封圆度图,并计算圆度偏差,计算同心度,给出调整建议。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高精度水轮机主轴密封测圆方法,其特征在于,包括步骤:
步骤1:以轴线A为旋转中心,匀速并同步采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据;所述水轮机主轴密封区域包括:水轮机转轮上冠外圆区域、水轮机主轴密封位置、水轮机转轮下环外圆区域和水轮机转轮下梳齿区域;所述基础数据包括:采集位置距轴线A的间隙R1、R2、……Ri,采集时刻t1,t2,……ti及采集位置的角度θ1、θ2,……θi
步骤2:对基础数据进行预处理得到圆度判定数据;所述预处理过程包括:
根据采集位置距轴线A的间隙和采集时刻构建R(t)函数,根据采集位置距轴线A的间隙和采集位置的角度构建R(θ)函数;
构建判定模型F(x,y)= R(θ)- L(θ);其中L(θ)为原始调整函数;
所述原始调整函数获取方法为:
以轴线A为中心匀速旋转一周,采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据,并构建R(t)函数的图像和R(θ)函数的图像,观测R(t)函数的图像和R(θ)函数的图像,调整采集位置直至R(t)函数的图像趋近于直线,且R(θ)函数的图像趋近于圆形时,以该采集位置获得的R(θ)函数作为原始调整函数,并以该采集位置获得基础数据;
步骤3:将圆度判定数据与判定阈值进行比对;所述比对过程包括:
当圆度判定数据同时满足条件a和条件b时,圆度判定数据符合判定阈值的范围;
条件a:F(x,y)小于第一阈值K;
条件b:R(t)≥±ε×10%;其中
步骤4:当有任一圆度判定数据不符合判定阈值的范围时,调整采集位置与轴线A之间的间距,并重复执行步骤1至步骤3直至所有圆度判定数据符合判定阈值的范围。
2.根据权利要求1所述的一种高精度水轮机主轴密封测圆方法,其特征在于,各个水轮机主轴密封区域的采集位置位于同一平面,且轴线A也位于该平面。
3.一种高精度水轮机主轴密封测圆系统,应用于权利要求1或2所述的高精度水轮机主轴密封测圆方法,其特征在于,包括:采集模块、预处理模块、判定模块和循环模块;
采集模块用于以轴线A为旋转中心,匀速并同步采集水轮机主轴密封区域圆周的基础数据;
预处理模块用于对基础数据进行预处理得到圆度判定数据;
判定模块用于将圆度判定数据与判定阈值进行比对;
循环模块基于任一不符合判定阈值范围的圆度判定数据,调整采集位置与轴线A之间的间距,并重新采集基础数据。
4.根据权利要求3所述的一种高精度水轮机主轴密封测圆系统,其特征在于,所述水轮机主轴密封区域包括:水轮机转轮上冠外圆区域、水轮机主轴密封位置、水轮机转轮下环外圆区域和水轮机转轮下梳齿区域。
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