水轮发电机组盘车数据处理及软件开发

第３９卷第２期　水电站机电技术　Ｖ０１．３９　Ｎｏ．２　４　２０１６年Ｏ２月　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｆｅｂ２０１６　水轮发电机组盘车数据处理及软件开发　谢建国　，方仲超　，程远楚　，王　豪ｚ，郑小贺　（１．宝珠寺水力发电厂，四川广元６２８０３２；２．武汉大学，湖北武汉４３００７２）　摘要：盘车是立式水轮发电机组安装检修过程中一项十分重要的工作，良好的盘车质量是机组健康运行的重要保　证。传统的人工等角测量方法，劳动强度大，工作效率低下，而自动盘车方法不能从根本上提高盘车速度及工艺。本　文采用非线性函数拟合方法进行盘车数据处理，提出了一种综合考虑法兰处摆度和水导处摆度的刮垫厚度和最大　摆度方位计算方法，并开发了相应的盘车数据处理工具软件。实际应用表明，该方法应用方便，加快了盘车速度，提　高了盘车质量。　关键词：盘车；数据拟合；软件开发　中图分类号：ＴＭ３１２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—５３８７（２０１６）０２—０００４—０４　ＤＯＩ：１０．１３５９９￣．ｃｎｋｉ．１　１－５１３０．２０１６．０２．００２　０引言　无论是人工等角测量方法，还是自动盘车方法，　轴线测量数据的分析与处理是其中重要的一环。为　对于立式水轮发电机组，如果镜板摩擦面与机　了提高盘车的准确与适用性，文献［８］提出了一种基　组轴线绝对垂直，且组成轴线的各部件又没有曲折　于改进遗传算法提取正弦信号参数的求解，文献［９］　和偏心，那么当机组回转时，机组的轴线将和理论回　建立了任意角盘车摆度公式。本文拟基于测量的相　转中心相重合。但是，由于制造与安装形成的误差，　关数据，结合非线性函数拟合、最小二乘算法，并采　实际的镜板摩擦面与机组轴线不会绝对垂直，轴线　用高斯一牛顿法进行求解，求取各测量点的摆度向　本身也不会是一条理想的直线，因而在机组回转时，　量，并开发相应软件，自动计算机组轴线调整参数，　机组中心线就要偏离理论中心线。那么不可避免地　给出合理的调整方案，加快机组轴线调整进程，提高　会使各部件产生偏摆，这样由导瓦确定的其理论运　盘车质量。　行空间变小，在运转过程中轴系会产生径向平移，导　致导轴承负荷的加大（除正常水推力和不均衡磁拉　１盘车数据处理　力外的力），当这种情况达到一定程度时，导瓦的损　采用等角８点法，通过盘车已得到推力轴承处　伤就不可避免。因此，机组轴线的测量、分析和调整　导轴承的摆度值、发电机主轴连接法兰处的摆度值，　是机组检修中最为关键的工序之一。盘车时间的长　以及水轮机导轴承处的摆度值（如表１）。对于连续　短将直接关系到整个安装检修的直线工期控制，盘　盘车方式，可以通过相位换算得出如表ｌ所示的等　车质量的好坏对机组的运行状况也有着重要的影　效的等角８点的数据。　响【１１。　表１发电机盘车记录　单位：０．０１ｍｍ　机组轴线调整通常采用传统盘车人工等角测量回。　测量部位１　２　３　４　５　６　７　８　传统的等角盘车人工读数方法存在不可克服的失真　上导　１　１　１　０　—１　—２　—１　０　弊病，如：测数不准，无法一步调整到位，造成反复、　法兰　一１２　—２４　—１９　—１１　０　８　—１　—７　无效劳动多；劳动强度大，工作效率低。近年来，自动　水导　一１０　—３Ｏ　一２４　—１３　—２　９　１　—６　化盘车系统　３－５　３大量应用于机组检修。但这些盘车　系统仅解决了自动转动问题，并不能提高盘车的速　收稿日期：２０１５—０７－１３　度与工艺，且已有自动化盘车系统造价高、维护复　作者简介：谢建国（１９７４一），男，动力工程师，从事水电站生产技术　杂，无法得到很好应用的例子［６－７］。　管理工作。　第２期　谢建国，等：水轮发电机组盘车数据处理及软件开发　５　上导处的全摆度计算如下：　以法兰处为例，假定测量的净摆度值符合正弦　『西　－：（一１）一ｌ＝一２　ｊ西　＝（一２）一１＝一３　　＝（一１）ｌ一１＝一２　Ｉ　。　＝（一０）一０＝０　ｆ　ｂｓ．１：０一（一１２）＝１２　ｌ￣ｈ６．．－２＝８一（一２４）＝３２　变化规律，则有　ｉｎ（Ｏ＋Ｏｏ）＋Ｊｏ　（６）　式（６）为一非线性方程，可按最／１￣－－乘意义对一　般的非线性函数进行曲线拟合。对于给定的ｎ对数　据点（ｘｉ，ｙｉ），ｉ＿１，２，…ｎ，要求确定函数ｙ＝ｆ（ｘ，Ｂ）中的　非线性参数Ｂ，使得式（７）为最小。　（２）　Ｑ＝∑【　一ｆ（ｘｋ，　）】　（７）　ｌ　＝（一１）一（一１９）＝１８　【　ｂ　（一７）一（一１１）＝４　水导处的全摆度计算如下：　＝（一２）一（一１０）＝８　Ｉ￣ｃ７－３＝１一（一２４）＝２５　：：　（３）　：（一６）一（一１３）＝７　由上述计算值可知：法兰处的最大倾斜在测点　号“６”处（方位角为２２５。），其值为：　：１７．５　（４）　水导处的最大倾斜同样在测点号“６”处（方位角　为２２５。），其值为：　上ａ＝血　＝２１　（５）　２盘车数据拟合　理论上讲，盘车时在法兰处和水导处所测得的　净摆度值应符合正弦变化规律，并可在正弦曲线中　找到最大摆度值及其对应的方位。但是，由于加工误　差、测量误差及在盘车的受力不均匀等诸多因素的　影响，使得测量到的数据不完全满足正弦曲线规律。　因此，需提取测量数据中的有效成分，文献【８］采用遗　传算法实现了连续采样数据的正弦拟合，突破了传　统等角８点盘车的局限。本文结合等角８点盘车和　连续盘车法，利用非线性函数拟合和最小二乘算法，　给出一种盘车数据的拟合方法。　对于表１所述的数据，可以计算出法兰处和水　导处的净摆度值如表２。　表２净摆度计算数据　单位：０．０１ｍｍ　测量部位　１　２　３　４　５　６　７　８　法兰　一１３　—２５　—２０　一Ｉ１　１　１０　０　—７　水导　一１１　—３１　—２５　—１３　—１　１１　２　—６　对于由式（６）所表述的过程，变量　为单变量Ｘ＝０。　参数　＝（ｂｘ，ｂ２，．．．，　）Ｂ为三个，即Ｏｏ、　和　。　对于这种多参数的非线性问题，这里采用高　斯一牛顿法，通过逐次“线性化”的间接方法处理。其　求解方法如下：　先给ｂ　一个近似初值，记为ｂ　，并记初值与真　值之差为△　，有：　６　。　＋Ａ　（８）　这样，确定ｂ　的问题转化为确定修正值△　的问　题。为确定ｂ　在ｂ　∞附近对厂作泰勒级数展开，并略　去△ｆ的高阶项得：　ｆ（ｘｋ，６ｌ…ｂ２．，　）＝ｆｋｏ＋鲁ＵＯ，△ｌ＋鲁△【，￡＾　２十…＋甏　９￡，一　）　当ｂ　ｏ　给定时，其值为直接算出。根据最小二乘　法原理，由式（９）可推出：　Ｑ＝∑［　一　（　，６ｌ，ｂ２，．．．，　）】　（１０）　ａａ弛　ｆ弛０Ａ　Ａ１喜　智　０ｂｌ　０ｂｉ　＋．．＋△　ａ０Ｌｂｍｏ　￣ａＬｂｉｏ‘　鬻（Ｙｋ－　】　（１１）　记：　喜鲁　鬻（ｙｋ　０）　）　有：　（１４）　当数据点（　，ｙｋ）和初始近似值６　。　给定后，由　式（１２）和式（１３）可以算出各系数的值，再由式（１４）　则可以计算出　，然后由式（８）可算出ｂ　。当△　的绝　对值较大时，重得上述计算过程。当△Ｉ的绝对值小　６　水电站机电技术　第３９卷　于某一事先确定的数值时，计算完成。　由表２的数据，由上述方法可得：　以水导处的摆度值进行处理，则法兰处的摆度没有　明显改善（图２中点线）。　』　ｌ　１４·９０３６ｓｉｎ（Ｏ＋１４２＿９５）＿８＿１２５　Ｌ，、　１７．６９１８ｓｉｎ（Ｏ＋１５０．５９）一９．２５　　１５　Ｊ　最大摆度方位角分别为２３２．９５和２４０．５９。摆度　值和最大摆度方位角的计算相比式（４）和式（５）更为　精准。　计算出摆度曲线和测点值如图１。由图１可以　判断测点数据是否符合正弦规律。若测点数据严重　偏离正弦规律，说明盘车数据不能真实反映轴线状　态，需重新进行盘车。　ｉｌ　５　、。　／　图２轴线内折　图３轴线外折　当轴线如图３实线所示时，若以法兰处的摆度　值进行处理，水导处的摆度会改善，但仍然较大（图　０　３中虚线）；若以水导处的摆度值进行处理，则法兰　处的摆度同样改善不明显（图３中的点线）。　显然，应综合考虑水导处的摆度与法兰处的摆　度进行处理。为此，本文提出如下算法：　５　糍　赡１５　２０　ｚ５　３１　已知法兰处摆度值换算到水导处的向量为：　角度　Ｆｉｅ＝　＝　＋　ｙ，　Ｏｒｅ，＝　＋　（１８）　（１９）　图１摆度曲线与测点关系　水导处的摆度向量为：　３机组轴线调整　当机组摆度过大时，可通过刮削推力头底面或　设综合摆度向量为：　Ｊｍ　。＝Ｘｃ＋ＪＹｃ　ｆ２０）　（２１）　绝缘垫或法兰面的方法进行调整。当机组轴线是一　条直线时，可按法兰处的净摆度和水导处的净摆度　计算刮削推力头底面或绝缘垫的最大厚度。　则有：　（　＋　）　２　（ｙ，＋Ｙ，）／２　按法兰处的净摆度计算有：　√　＋　（２２）　（２３）　掣　Ｌｌ　（１６）　式中：　为推力头底面至法兰摆度测量处的距　离，Ｄ为推力头或绝缘垫外径。　ＣＯＳ　（　／　。）　刮垫最大厚度的计算公式改为：　。圭　（２４）　按水导处的净摆度计算有：　Ｌ１十Ｌ２　（１７）　４盘车处理软件开发与应用　根据以上思路与方法，采用ｃ语言开发了盘车　式中：　．为法兰摆度测量处至水导摆度测量处　助手软件，选择相应的机组形式，进入相应的操作界　但轴线往往不是一条直线，按式（１６）和式（１７）　面。悬式机组的操作界面如图４所示。只需输入相应　的摆度测量值，以及相关的几何尺寸，点击计算便可　计算出的结果是不一样的。根据轴线曲线程度的不　给出：净摆度计算结果，摆度曲线与测点示意；刮垫　同，单独按式（１６）或式（１７）进行计算，有时得不到好　计算结果及轴线状态示意。为方便使用，分别给出了　的效果。　法兰、水导与综合计算结果。伞式机组盘车处理界面　当轴线如图２实线所示时，若以法兰处的摆度　如图５，与悬式机组相比，只是多了一组入集电环可　值进行处理，水导处的摆度会加大（图２中虚线）；若　上传的输人数据。　的距离。