换流站阀冷系统主泵与电机同轴度左右方向校准辅助工具的研制

郭纯海，李 阳，轩 磊，黑增杰

（1.中国南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局，云南 大理 671000；2.河南绿控科技有限公司，河南 许昌 461000）

0 引 言

阀水冷系统是换流站重要的辅助设备系统，通过冷却介质的流动带走可控硅阀由于消耗功率所产生的热量，以保证换流站核心设备可控硅换流阀的稳定运行，是超、特高压直流输电工程中的关键设备[1]。

主循环泵是阀冷系统中最关键的设备，用于给系统内冷却水提供循环的动力。一旦主泵出现故障，系统将无法形成冷却效应，进而造成换流站阀组强迫停运。所以，在换流站例行停运检修期间，对阀冷主泵的检修显得尤为重要。

主泵检修过程涉及多种检修工作，如机械密封更换、电机轴承更换以及联铀器更换等。其中，检修工作中最重要的一步是主泵同轴度调节工作。若同轴度不满足标准要求，易使轴承发热并发生损坏，因此此项工作对于主泵的安全稳定运行至关重要。

目前，同轴度调整分为上下调节和左右调节，上下调节使用垫垫片实现，而左右调节目前的检修方式是用铁锤捶打电机底座左右两侧的底座，不仅易损坏电机，而且难以控制力度，造成在调整过程中位移时大时小。针对此情况，研发了一种便携式辅助校准主泵同轴度的装置。

1 传统主泵电机同轴度校检方法及现状

主泵的同轴度是指主泵轴与电机轴的配合偏差。如果这个偏差过大，会造成主泵机组的震动增大，进而损坏轴承和联轴器[2]。为了消除主泵机组的振动，必须减少装配偏差，把偏差调节到允许范围，才能保证主泵机组的机械寿命。在主泵长时间的运行过程中，因机组自身的振动、基础与管路的沉降等原因都能造成其配合偏差变化，所以定期对主泵同轴度的测量与校正是主泵维护的重要项目。

1.1 传统校检方法介绍

主泵的同轴度测量主要为测量径向偏差和轴向偏差。同轴度的径向偏差A 可分为垂直偏差Ay（上下偏差）和水平偏差Ax（左右偏差），如图1 所示；轴向偏差B 也可分为垂直偏差By（上下偏差）和水平偏差Bx（左右偏差）[3]，如图2 所示。

图1 径向偏差示意图

图2 轴向偏差示意图

主泵同轴度校验主要包括以下步骤。

（1）初步校正机泵联轴器同心度，将主泵基础和底座清理干净；用汽油和棉纱将联轴器外圆及端面清洗干净；用块规调整机泵联轴器端面的间隙，使两个联轴器的端面间隙在4 ～6 mm；使用钢板尺和塞尺初步检查联轴器的径向偏差；用塞尺和块规检查联轴器的轴向偏差；用加减垫片的方法调整上下偏差；用撬杠调整左右偏差。

（2）架设百分表，以泵为校正基准，以电动机作为调整对象，将百分表架的磁性底座固定在泵的联轴器上。将一块百分表测头与电动机联轴器外圆垂直接触，用于测量径向偏差；另一块百分表测头与电动机联轴器后端面垂直接触，用于测量轴向偏差。

（3）根据测量结果调整联轴器的径向偏差和轴向偏差，根据上下偏差值松开电动机地脚螺栓，调整垫片厚度，根据左右偏差值，使用撬杠慢慢调整。

1.2 国内研究现状

目前，国内相关机构对机械主泵同轴度测量校验都是采用上述直接校验的方法，即以泵为校正基准，以电动机为调整对象[4]，使用钢板尺或刀口尺和块规、塞尺进行同轴度测量，再使用百分表进行精确测量，根据测量结果再使用垫片和撬杠进行校准。这种校验方法存在一定的局限性。第一，现有的校验方法在上下调节时使用垫垫片来实现，而左右调节目前的检修方式是用撬杠撬动或铁锤捶打电机左右两侧的底座，不仅容易损坏电机，而且难以控制力度，造成调整过程中位移时大时小，且不停地左右捶打调整电机底座，极易对电机造成损坏。第二，校检过程自动化程度低，同轴度测试依靠百分表进行判断，不能保证精度。

1.3 研究目标

本文针对传统主泵同轴度校验的弊端进行分析，研制了一种便携式辅助校准主泵同轴度的装置，可以实现以下功能。

（1）实用性：适用于现场检修时对主泵同轴度进行测量和校准，结构简单，柔性可调节式装卡，各部分连接可靠，可适用不同尺寸的主泵。

（2）快速性：校验装置便携式设计，使用时无复杂的安装，只需要快速装卡，高精度伺服电动推杆实现电动调节校准主泵与电机同轴度左右方向，检修时可快速将电机同轴度左右方向调至理想状态。

（3）精准性：依靠伺服电机的精准运动，即可精准快速地控制左右移动量，由PLC 控制的伺服电机移动精度能达到±0.02 mm，保证了同轴度校准的精度。

2 便携式主泵同轴度辅助校准装置的设计

2.1 总体设计

便携式主泵同轴度辅助校准装置的设计要考虑很多构成因素，包括柔性可调节铝合金快装框架、伺服动力组件、便携式触摸屏控制箱、快装式控制线缆及专用工具车等，总体设计如图3 所示。

各部分连接关系如下：

（1）柔性可调节铝合金快装框架，快速卡装在电机底座两端；

（2）伺服动力组件卡装在柔性可调节铝合金快装框架上；

（3）伺服动力组件使用快速连接线缆，连接至便携式触摸屏控制箱；

（4）PLC 程序控制4 个伺服动力组件，产生精准推力，推动电机产生位移；

（5）根据检测的同轴度数据设置调整移动量（定位精度0.02 mm），位置数据实时反馈至液晶显示屏上，进而可实现左右同轴度的快速精准调节。

图3 便携式主泵同轴度辅助校准装置原理图

2.2 工作原理

本装置利用伺服电机为推动动力，电机底座为受力支点，精准推动电机产生位移，实现同轴度的快速精确调节，工作原理如下。

（1）先将2 根柔性铝合金可调节快装框架卡装在电机底座两端，如图4 所示。

图4 快装框架示意图1

（2）再将2 个伺服动力组件卡装在铝合金框架上，紧固螺母，使铝合金框架和伺服动力组件锁紧，见图5。

图5 快装框架示意图2

（3）连接快装控制线缆至便携式触摸屏控制箱，通过PLC 程序控制4 个伺服动力组件产生精准推力，推动电机产生位移。根据检测的同轴度数据，设置调整移动量（定位精度0.02 mm），位置数据实时反馈至触摸屏上，实现左右同轴度的快速精准调节， 见图6。

2.3 装置功能

装置通过驱动控制箱可以实现以下功能自检。

图6 PLC 控制示意图

（1）自检：当设备上电时，控制箱内控制器通过自检确定设备连接正常，异常时发出异常告警。

（2）功能：具有解锁和同步功能。

（3）解锁：解锁状态时，伺服驱动电机可以实现独立的单步操作。

（4）同步：同步状态时，伺服电机成组控制；电机前端为一组，后端为一组；同步时，同组伺服电机一进一退，保持相反的同步。

（5）步进模式：通过触摸面板可以快速选择步进方式、持续和点动。

（6）持续步进：持续键有效时，按下进/退键，伺服电机持续进/退，直到按键松开为止。

（7）点动步进：点动有效时，按下进/退键时，通过松开或者持续按着按键，伺服电机步进到预先设定的距离。

（8）步进距离：步进距离可以预先设定，步进距离最小步进精度为0.02 mm，在伺服电机运行中同时设定步进距离，设定无效。

3 结 论

主泵同轴度辅助校准装置的研制，通过设计一种高精度伺服电动推杆实现电动调节校准主泵与电机同轴度左右方向，检修时可快速将电机同轴度左右方向调至理想状态。使用时无复杂的安装，只需要快速装卡。电机底座为受力支点，依靠伺服电机的精准运动，即可精准快速地控制左右移动量，移动精度达到±0.02 mm， 大大提高了主泵检修工作效率。该项目成果可推广用于各个换流站，同时产品系列化后也可以应用于常规变电站，而生产阀冷主泵的厂家可以用来作为便捷移动式校验装置，应用前景广阔。