大型泵站主机组垂直同心测量新技术研发

江如春 庄伟栋 邱晓侨

(江苏省江都水利工程管理处，江苏 扬州 225200)

本文主要探讨泵站主机组安装重要工序——机组垂直同心测量[1]。水泵机组为分散式结构，需现场组合安装，立式泵机组垂直同心，是指电机定子铁芯中心与水泵轴窝(安装导轴承处)中心在同一条垂直(铅垂)线上，垂直同心影响大型立式泵机组的稳定性和耐久性[2]。在基于垂直同心测量原理的前提下，对测量施工工艺进行创新，提高测量科学性、准确性、快捷性，提升机组安装质量，进一步保障工程安全稳定运行。

1 工程概况

江都水利枢纽工程，由第一抽水站(简称江都一站)与江都其他三座泵站及相关配套工程共同组成，工程位于江都市区，地处京杭大运河、新通扬运河和淮河入江尾闾芒稻河的交汇处，具有灌溉、排涝、泄洪、通航、发电、过鱼、改善生态环境等综合功能，既是江苏省江水北调的龙头，也是南水北调东线工程的源头。江都一站于1961年12月开始兴建，1963年3月竣工，是新中国成立后国内第一个自行设计、自行建设、自行管理的大型泵站。1996年12月完成更新改造，现装有8台1.75ZLQ-6型立式机械全调节轴流泵，叶轮直径1.64m，配套TL1000-24/2150型1000kW立式同步电机，总装机容量8000kW，单机流量10.2m3/s，总抽水流量81.6m3/s，设计扬程6m。工程采用堤身式结构，肘形进水流道，虹吸式出水流道，真空破坏阀断流方式。

2 创新背景

目前，在我国大、中、小型泵站安装或日常检修工作中，水泵电机固定部件垂直同心的测量和调整是一项重要的工作环节，其测量调整的精度、安装检修的质量与机组使用寿命密切相关，直接影响机组稳定及安全运行。

机组垂直同心测量调整的工艺复杂、技术要求高，绝大多数水泵机组安装人员都难以熟练掌握，特别是在测量机组垂直同心数据时，都是采用传统技术工艺 “电气回路辨声法”，选择12V安全电源串联一只喇叭，一端连接在机座上，另一端接在钢琴线上，然后用螺旋测微器测量机座内壁到钢琴线上的距离。此螺旋测微器在测量时相当于一个控制开关，当其长度刚好等于其测量距离时即接通电源与喇叭，喇叭就会发出声音，此时螺旋测微器的读数即为要测的距离[3]。由测量人员依据工作经验，凭个人听觉，测出定子铁芯上下四个等方位的半径(见图1)。

图1 电气回路辨声法——测量机组垂直同心

由于每位测量人员对测杆触碰钢琴线时接收的电流声音大小感觉不一样，在实际安装检修时，往往不同人测量，得到的数据都不一样，存在明显的人为误差因素，且“辨声法”需要测量工具不断尝试触碰钢琴线，才可以听到微弱的电流声，势必容易使钢琴线产生抖动，使测量工作无法高效持续进行，这时需要长时间等待钢琴线完全静止，才可以继续进行测量，显著增加机组安装或抢险维修施工工期。

3 创新思路

为了更好助力“世界一流、国内领先” 现代化水利工程榜样建设，进一步充分发挥南水北调工程效益，依托大型水利泵站工程管理设施[4]，以提高机组安装或抢险维修质量，保障工程安全稳定运行为目标，开展泵站机组安装关键施工工艺新技术攻关研究。

基于机组垂直同心测量原理，结合高精度激光测距技术在各行各业中的广泛应用，通过巧妙构思，反复研究，创新探索出一种新的工艺——“激光测距定值法”，其测量原理见图2。

图2 机组垂直同心测量原理

选用测量精度高达0.01mm的激光测距仪，安装在专用定制的辅助测量杆上，在机组安装或检修测量垂直同心数据时，通过激光测距仪扫描钢琴线，由软件自动连续读取测距数值，形成实时测距波形，能实时自动显示测量“最小值”(点到直线距离，垂线最短)，此方法既不用反复触碰钢琴线，也不受人为主观判断误差因素影响，任何人测量，都只会得到唯一数值，测量精度高，工艺科学高效。

4 具体实施

4.1 硬件设施

硬件主要包括激光测距仪(精度0.01mm)、测量辅助定制杆、笔记本电脑、通信模块等，见图3、图4。

图4 激光测距定值法——测量垂直同心示意图

4.2 测量垂直同心步骤(激光测距定值法，见图5)

图5 机组垂直同心测量系统

标记垂直同心测位。在水泵水导轴窝，电机定子铁芯上、下止口东、南、西、北四个方位做好测位标记。

测量水导轴窝中心。选用长度合适的辅助定制杆配合激光测距仪，测量水泵水导轴窝东、西、南、北四个止口，根据测距波形自动确定“最小值”，得到4个数值，根据数值调整钢琴线位置，进行反复测量调整，直到钢琴线与水泵轴窝中心重合。

测量定子铁芯半径。选用长度合适的辅助定制杆配合激光测距仪，测量电机定子铁芯东、西、南、北四个测位的上下止口，根据测距波形自动确定“最小值”，共8个数值，根据数值调整定子位置，进行反复测量调整，直至电机定子铁芯中心与钢琴线高度重合，使定子铁芯东西及南北向的半径差值之半，不超过设计空气间隙的±5%[5]，保障机组垂直同心数值符合标准要求。

4.3 垂直同心测量数据分析

水泵机组垂直同心“激光测距定值法”既保证了测量数据精度，也提高了测量工作效率，但是数据的计算和定子调整也较为烦琐，大多数安装检修人员难以熟练掌握，特别是根据测量数据计算结果，对定子基础如何加垫、定子水平方向如何位移，经常出现人为判断错误，导致反方向调整情况，消耗人力，延误机组安装检修进度。

基于计算机软件的广泛使用，通过将机组垂直同心计算公式开发成程序[6]，在机组安装或检修过程中，自动采集测量数据进行计算，给出准确的调整方案，以便安装检修人员迅速、准确地进行调整，进一步缩短机组安装检修工期。实现水泵机组垂直同心的测量、计算、调整一体化，测量后迅速直接给出调整决策，使机组安装或抢险维修更加科学、更加准确、更加高效。

4.3.1 垂直同心错位

同心：r1-r3=r5-r7≠0或r2-r4=r6-r8≠0；垂直：r1-r5=r2-r6=r3-r7=r4-r8；倾斜值：X=Y=0(见表1、图6)。

表1 机组垂直同心测量计算

图6 垂直同心错位状态示意图

4.3.2 垂直同心倾斜

同心：r1-r3≠r2-r4或r5-r7≠r6-r8；垂直：r1-r5≠0或r2-r6≠0或r3-r7≠0或r4-r8≠0；倾斜值：X≠0，Y≠0(见表1、图7)。

图7 垂直同心倾斜状态示意图

4.3.3 垂直同心合格

同心：r1-r3=r6-r8，r2-r4=r5-r7；垂直：r1-r5=r2-r6=r3-r7=r4-r8=0；倾斜值：X=Y=0(见表1)。

5 运用价值

当前，我国经济发展已由高速增长阶段转向高质量发展阶段。推动新阶段水利高质量发展，对水资源的利用工作提出了新的更高的要求。要求通过更科学的调水来优化水资源配置，在满足调水、排涝、航运等要求的同时，发挥更大的社会效益和经济效益。这就要求水利行业提供更高效的运行服务保障能力。随着南水北调东线一期工程全线通水运行[7]，各梯级泵站工程水泵机组长时间调水运行将成为常态，机组长时间运转将缩短机组的检修周期，而频繁的检修将使机组的运转效率大大降低，直接影响社会服务能力。

因此，要尽可能地缩短机组检修时间，以保证机组更长时间的运转。目前机组垂直同心测量的工艺和方法存在精度不佳、耗时长等现象。基于这种需求，“激光测距定值法”的应用显著提高了机组垂直同心测量精度，提高了施工质量和工作效率，缩短了机组垂直同心测量时间，大大缩短了整个机组安装检修时间，保障水泵机组能尽快完成检修安装，及时投入运行。随着南水北调东线各级大中型泵站陆续投入运行，要求有更多的新科技﹑新技术应用到设备管理和机组的运行与检修中[8]。机组垂直同心“激光测距定值法”必将得到更广泛的应用。

6 结 语

目前，水泵机组垂直同心“激光测距定值法”技术，已在江都第一抽水站机组检修中得到实践运用，根据检修现场实测数据，形成实时连续波形，自动确定测量数值并进行运算，直接给出科学调整决策，指导机组安装或抢险维修人员高效率完成任务，显著提高了机组垂直同心测量调整的效率和准确率，符合新时代“世界一流，国内领先”水利现代化建设创新发展要求。