一种基于函数性质的盘车数据分析方法

岳明奕 周聪 喻冉 张文魁

摘 要：本文介绍了一种以分析函数性质的方法来分析水轮发电机盘车数据，并通过某抽水蓄能电站盘车数据验证了方法的可行性。该方法减少了传统盘车数据分析过程中，由于操作人员个人经验及主观看法引起的差异性及盲目性，对实际盘车工作有一定指导意义。

关键词：水轮发电机；盘车；函数性质

Abstract：An analysis method of data of axis alignment for hydro-generator，by analyzing the property of the function，is introduced in this paper.The feasibility of the method through the data of a pumped storage power station is verified.This method reduces the differences and blindness of the data analysis of axis alignment，caused by the personal experience and subjective opinion，having the guiding significance to the axis alignment.

Key words：hydro-generator；axis alignment；function properties

1 概述

随着水电机组规模的不断扩大，无论是从电网的稳定性方面还是从水轮发电机组运行的安全可靠性方面，对机组的安装和检修都提出了更高的要求。机组轴线的测量与调整水轮发电机组安装和检修的过程中一个非常重要的环节。盘车的最终结果表现为轴线的质量。水轮发电机组机组轴线的测量与调整占用直线工期。[1]盘车数据的处理直接影响着快速有效的校正轴线，因此盘车数据的分析处理是盘车工艺过程中非常重要的环节。

传统的圆周8个等分点 等角度盘车方法与技术人员的业务水平以及现场实际操作经验具有很大的关系，盘车计算分析的结果通常因个人的经验和想法不同而存在一定的差异。最终，会造成后期计算分析机组盘车摆度数值的大小及所处方位存在一定的随机性和盲目性，将直接或间接影响到后续机组旋转部件确定中心及机组轴线的处理量的数值大小误差和所处方向确定的误差。[2]

2 盘车数据的分析

一般通过以下方面和步骤研究函数性质：自变量的变化范围，即函数的定义域；函数的取值范围，即函数的值域；函数图像是否关于Y轴或者原点对称，即函数的图像的对称性。研究函数图像的平移、重复性质的周期性；描述函数图形连续变化的连续性和描述函数一阶导数连续变化的可导性；描述函数图形升降的单调性及极值点、最值点；描述函数图像弯曲方向的凹凸性及拐点。既然盘车的摆渡曲线的总体理论上为一条正弦（余弦）曲线，那么依据以上研究函数性质的方法研究盘车摆渡曲线理论上是可行的。

理论上摆度曲线和间隙的空间圆周分布应该为一条正弦（余弦）曲线。根据几何关系推导，千分表的读数（摆度值）理论上为一条正弦（余弦）曲线（摆度曲线），但由于测量表面质量影响和读数误差，不可能为一条标准的摆度曲线。当机组轴线与其旋转中心线不重合时，对于主轴在某一个横截面上轴面各点的运动轨迹是以旋转中心为圆心的同心圆。轴面各点的运动轨迹圆不同，反应在百分表的读数上就是各轴号摆度值的不同。旋转轴的摆度特性基本遵循着余弦定理或正弦定理。

3 某电站盘车实例

下面某电站的A修后的三次典型盘车数据为例，说明通过分析函数性质来判断盘车数据的方法的可行性。某电站三相立轴空冷半伞同步可逆式发电/电动机，单机容量为200MW。上导轴承为分瓣滑动轴承，油浸分块瓦自身外循环结构。上、下导轴承设于上、下机架内部，为油浸、自润滑、可调的分块瓦型。发电电动机与水轮机轴直接连接，推力轴承位于转子下方，推力轴承支撑结构为弹性垫支撑方式。机组推力头直径224m，卡环直径1.565m，法兰到卡环的距离2.561m，上导到下导中心距离4.98m，水导到下导中心5.432m，法兰到下导中心距离2.105m。对于此机组国标要求：上导相对摆度002mm/m，水导相对摆度0.03mm/m；厂标要求：上导最大净摆度0.144mm，水导最大净摆度0.152mm。[3]

3.1 实例一

由表1和图1数据，上导最大全摆度（3-7点）：-0.48-0=-0.48，0.48mm>0.144mm，不满足厂标要求；下导：-0.01-0=-0.01mm；净摆度：-0.48-（-0.01）=-0.47mm；由此看出主轴径向位移量0.01mm，上导处主轴最大倾斜值0.47/2=0.235mm，相对摆度0.47/4.98=0.094>0.02mm /m，不满足国标要求。法兰最大全摆度（2-6点）：0.17-0=017mm；净摆度：17-（-1.5）=18.5mm；法兰处主轴最大倾斜值 0.185/2=0.0925mm，相对摆度：0.17/2.105=0.081>0.02mm /m，不满足国标要求。

横轴上均匀分布着8个点，代表正弦（余弦）一个周期2π，考察定义域及周期性：上导摆度曲线、法兰摆度曲线均为正弦（余弦）函数一个周期2π内的图像。考察极值（最值）与值域：上导、法兰处最值较大，明显超出国标要求。考察可导性等性质：函数图形为平缓变化的正弦（余弦）曲线，无明显奇点；考察凹凸性等：上导曲线与法兰曲线凹凸性正好相反，极值点、拐点位置基本对应。最后倾斜值比例与轴距比例近似相等，所以判断轴自身无严重弯曲问题。结合上述分析，判断轴线位置如图2 所示。

考察定义域及周期性：显然上导摆度曲线明显不是正弦（余弦）函数在一个2π周期内的图像。考察极值与值域：上导摆度在2、3、4区间同时达到极大值，明显违反正弦（余弦）函数在同一周期内只达到一次极大值的规律。考察可导性：2点、4点明显为不可导点，2点至4点区间上导数为零，这点与正弦（余弦）函数可导性冲突。考察凹凸性：上导图形在2点至4点区间上近似为水平直线，不符合正弦（余弦）函数图像的凹凸性。如果所测数据真实有效，那么在安置百分表的轴截面处发生严重变形，在2點至4点所在区间上轴截面发生类似如下图4变形。后经检查，发现推力头加热后卫有效散热，与室温相差较大，盘车数据不可信，应待推力头冷却后再进行盘车。

3.3 实例三

考察定义域及周期性：图5中各条曲线为正弦（余弦）函数的在一个周期内的图形。考察极值与值域：水导极大值发生在1点出0.28mm，极小值在5点处-0.16mm，由1-5点净摆度（0.28+0.16）-（-0.005-0）=0.445mm，明显超出国标、厂标要求。考察函数可导性：各个曲线类似平缓过度的可导正弦曲线，无奇点。考察函数凹凸性：上导曲线与法兰曲线凹凸性正好相反，极值点、拐点位置基本对应。

通过表3数据可得离心距为0.0025mm，上导最大倾斜值（1-5点）13.5/20.01=0.0675mm，由5点径向方向倾斜向外；法兰倾斜值（1-5点）12.5/20.01=0.0625mm，由1点径向方向向外倾斜；水导处倾斜值（1-5点）44.5/20.01=0.2225mm，由1点径向方向向外倾斜。结合机组自身数据，可发现如果上述盘车数据真实有效，机组主轴线如下图6。所以判断下导、法兰处都存在问题。水导摆度变化过大，明显超差，且水轮机法兰处摆度变化明显，但法兰处摆度明显过大，处理水发连轴法兰面，检查有无高点毛刺及杂物等。至于下导处考虑处理推力头与镜板。

4 结论

通过上面某电站盘车实际数据，说明以研究函数图形性质的方法和步骤来分析机组盘车数据与图像是可行的，减少了盘车数据分析中因业务人员个人经验及主观想法可能引起的差异。最终，减小盘车数据分析的随机性和盲目性。

参考文献：

[1]陈造奎.水力机组安装与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[2]王胜超.解析水轮发电机组盘车[M].哈尔滨：中国水利水电出版社，2012.

[3]GB8564-2003.水轮发电机组安装技术规范[S].北京：中国质检出版社，2003.

作者简介：岳明奕（1987-），男，工程师，主要研究方向：抽水蓄能电站设备维护、检修等。