新型液压自动盘车装置在三峡机组的应用

赵永辉，成传诗，范江宏

(中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443001)

立式水轮发电机组在扩大性检修中需要对机组轴线进行测量和调整，这是一项非常重要的工作。机组轴线调整质量直接影响到机组运行时的稳定性，甚至关系到机组的出力和安全运行等[1]。调整机组轴线时通常采用盘车的方法来采集机组各部位摆度、水平、转子圆度及定子圆度等重要数据。三峡机组在机电安装时，采用传统的人工盘车，其可控性差、转速不均匀、操作人员劳动强度大、甚至反复无效的劳动，效率极低，且耗时耗力[2]。为改善盘车效果，于2010年采购了1套电机齿轮驱动的自动盘车装置[3](见图1)，效率大幅提高，但其动力传递部分为刚性接触，机械驱动不够平稳，驱动力无法控制，在误操作或过载情况下，无过载保护，容易对水轮发电机组造成损害。

图1 电机齿轮传动的自动盘车装置图

为进一步提高盘车的稳定性和安全性，研发了一套新型液压自动盘车装置。与采用电机齿轮驱动的盘车装置相比，液压驱动的盘车装置具有输出扭矩大，启停及运行平稳，停点精准，操作方便等特点，并且能够根据实际使用需求进行无级调速，盘车过程中受力更均匀、主轴倾覆力矩更小，对抱瓦力度要求更低，运行更为平稳，能够更好地保证盘车精度。目前，该液压自动盘车装置已在三峡电站多台机组盘车过程中得到很好的应用。

1 原有电机驱动盘车装置的弊端

因不同类型机组在接口上存在差异，三峡电站原有的电机驱动盘车装置仅可用于ALSTOM与VGS机组，无法满足全电站检修的需要。同时，由于设计原因，原有盘车装置无法对盘车时间及盘车力矩进行调整，存在盘车时因力矩过大而损坏设备的风险，且停车测量时无法确保盘车驱动装置与大轴完全脱开，影响测量数据真实性。

如图2，由于齿盘的安装中心与旋转轴中心不可能重合，即二者存在偏心距，一般小于10 mm，且两平面度也存在一定误差。所以在盘车时，驱动杆与主轴延伸轴的止口接触点同时存在径向和轴向位移，驱动杆对旋转轴系存在偏转力矩；并且存在某些驱动杆在旋转中存在无法接触到主轴延伸轴的止口的可能，即多驱动杆驱动过程中，无法保证所有驱动杆受力一致。

图2 电机驱动盘车装置原理图

如图3，原有盘车装置通过电机上的小齿轮驱动无固定装置的大齿轮。因大齿轮的轴向和径向都不固定，大齿轮与小齿轮的啮合就可能存在倾斜传动，当超过一定角度时，会导致以下结果：①驱动杆产生变形或断裂；②大轴轴系被改变原始安装状态；③小齿轮齿部产生变形或断裂。

图3 齿轮驱动示意图

2 新型液压自动盘车装置基本特征

针对原有装置的缺点及问题，优化设计了1套液压自动盘车装置(见图4)。

图4 液压自动盘车装置结构示意图

2.1 结构组成

1)驱动装置：包括1套基座、1套转动齿轮(外圈为大齿轮)、3套液压马达减速装置、3套主动齿轮(小齿轮)和6套万向驱动杆装置。

2)支撑装置(底座)：分瓣组成1套装置。

3)移动式液压装置：包括1套变频系统、1套液压系统、1台移动小车(带50 m电源电缆)和3套快装高压软管(两端压接快速接头)。

4)大轴延伸轴(连接过渡轴)。

5)控制系统：包括1套PLC控制系统、1套本地操作系统和1套遥控操作系统(100 m范围内)。

2.2 工作原理

支撑装置通过螺栓固定在机组上机架上，驱动装置与支撑装置通过螺栓固定连接，大轴延伸轴下端法兰与大轴通过螺栓固定连接，上端法兰圆周均布6个止口槽,与驱动装置中6个万向驱动杆活动接触。移动式液压装置通过3根高压软管(两端压接快速接头)集中提供3套液压马达减速装置动力源，3套小齿轮与大齿轮同步啮合传动，由6套万向驱动杆与大轴延伸轴6个止口逐个接触并持续提供切向力矩，再由大轴延伸轴旋转，从而带动大轴旋转，通过PLC控制系统完成机组自动盘车工作。

2.3 结构优化

1)如图5，将大齿轮设计为转盘轴承形式，转盘轴承的外圈带齿(即大齿轮)，内圈固定在基座上。转盘轴承内外圈厚度方向为错层，这种结构形式有两大特点：一是大齿轮的轴向和径向均固定，因此盘车过程中，大小齿轮的啮合不存在倾斜传动；二是大齿轮传动过程中为滚动摩擦；因此，盘车过程中，大齿轮本身几乎不消耗转矩。

图5 液压自动盘车装置结构示意图

2)如图6，驱动杆设计为万向驱动杆结构形式，万向驱动杆前部由万向球头和弹簧组成，盘车过程中，对X轴、Y轴、Z轴三维方向均能得到补偿，因球头接触大轴延伸轴法兰止口传力，即点接触传力，所以不存在偏转力矩。

图6 驱动杆结构示意图

3)采用6套万向驱动杆同时驱动大轴延伸轴法兰止口。这种传力形式特点有：一是减小每个驱动杆的切向力；二是盘车过程中通过万向球头的滚动完成自动调心；三是通过弹簧的压缩让6套万向驱动杆同时提供切向力(每套出力有大小)，使得盘车更加平衡且不改变大轴轴系原始安装状态。

4)增加变频控制系统+PLC控制系统。盘车启动时，通过其逐步提高马达转速，使6套万向驱动杆装置逐一缓慢接触大轴延伸轴法兰止口，从而保证盘车平稳起动和匀速旋转；盘车停车后再反转操作，使6套万向驱动杆装置逐一脱开大轴延伸轴法兰止口，保证大轴轴系停车测量时处于自由状态。

2.4 主要创新点

1)具有良好通用性。本装置驱动装置共有2套，以补气管法兰外径尺寸为依据，设计提供7套过渡轴和盘车底座，适用于三峡电站所有机型盘车需求。改进了原有盘车装置仅可用于ALSTOM与VGS机组，无法满足全电站检修的需要的缺点。

2)盘车更加平衡。驱动装置采用6套万向驱动杆结构，前部由万向球头和弹簧组成，盘车过程中通过万向球头的滚动完成自动调整，不存在偏转力矩，通过弹簧的压缩让6套驱动杆同时提供切向力，使盘车更加平衡且不改变轴系原始安装状态；改进了原有盘车装置盘车不平衡的缺点。

3)盘车测量数据更准确。采用变频控制系统+PLC控制系统，6套万向驱动杆装置可逐一缓慢接触大轴延伸轴法兰止口，从而保证盘车平稳起动和匀速旋转，盘车停车后可反转操作，使6套万向驱动杆装置逐一脱开大轴延伸轴法兰止口，让大轴在停车测量时完全处于自由状态，确保数据测量的准确性。

4)设置过载保护装置，运行更加安全。通过调节供油量任意设定额定转矩，超过设定力矩时，通过溢流阀溢流来限制力矩，防止盘车时力矩过大，保护大轴轴系及附属设备。

5)盘车停点更加准确。本盘车装置减速比i=1 680，通过自动控制反向制动可实现定点停车。停车动作迅速及时，停点准确，停点距离误差在转子磁极外圆周上不超过5 mm。改进了原有盘车因转动惯性大而停点距离误差较大的缺点。

6)盘车速度可调，且为无级变速，变速平稳可靠。启动和停止时，盘车机能缓慢的增速和减速，使机械运转平稳，防止对主轴产生较大冲击力；停止和点动运转时，运转速度慢，便于准确对位。改进了原有盘车装置盘车时间不可调，盘车读数精确度无法提高的缺点。

3 结 语

三峡新型液压自动盘车装置适用于三峡电站所有机型机组，有很好的通用性， 提高了盘车时数据测量的准确性和停点的精准性。三峡新型液压自动盘车装置的应用使盘车工作效率与质量得到了提高，且减少了员工的劳动强度，安全性能也得到了提高。该成果已成功应用在多台三峡机组检修中。