趙永輝，成傳詩，范江宏

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443001)

立式水輪發(fā)電機(jī)組在擴(kuò)大性檢修中需要對機(jī)組軸線進(jìn)行測量和調(diào)整，這是一項(xiàng)非常重要的工作。機(jī)組軸線調(diào)整質(zhì)量直接影響到機(jī)組運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，甚至關(guān)系到機(jī)組的出力和安全運(yùn)行等[1]。調(diào)整機(jī)組軸線時(shí)通常采用盤車的方法來采集機(jī)組各部位擺度、水平、轉(zhuǎn)子圓度及定子圓度等重要數(shù)據(jù)。三峽機(jī)組在機(jī)電安裝時(shí)，采用傳統(tǒng)的人工盤車，其可控性差、轉(zhuǎn)速不均勻、操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、甚至反復(fù)無效的勞動(dòng)，效率極低，且耗時(shí)耗力[2]。為改善盤車效果，于2010年采購了1套電機(jī)齒輪驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)盤車裝置[3](見圖1)，效率大幅提高，但其動(dòng)力傳遞部分為剛性接觸，機(jī)械驅(qū)動(dòng)不夠平穩(wěn)，驅(qū)動(dòng)力無法控制，在誤操作或過載情況下，無過載保護(hù)，容易對水輪發(fā)電機(jī)組造成損害。

圖1 電機(jī)齒輪傳動(dòng)的自動(dòng)盤車裝置圖

為進(jìn)一步提高盤車的穩(wěn)定性和安全性，研發(fā)了一套新型液壓自動(dòng)盤車裝置。與采用電機(jī)齒輪驅(qū)動(dòng)的盤車裝置相比，液壓驅(qū)動(dòng)的盤車裝置具有輸出扭矩大，啟停及運(yùn)行平穩(wěn)，停點(diǎn)精準(zhǔn)，操作方便等特點(diǎn)，并且能夠根據(jù)實(shí)際使用需求進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，盤車過程中受力更均勻、主軸傾覆力矩更小，對抱瓦力度要求更低，運(yùn)行更為平穩(wěn)，能夠更好地保證盤車精度。目前，該液壓自動(dòng)盤車裝置已在三峽電站多臺(tái)機(jī)組盤車過程中得到很好的應(yīng)用。

1 原有電機(jī)驅(qū)動(dòng)盤車裝置的弊端

因不同類型機(jī)組在接口上存在差異，三峽電站原有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)盤車裝置僅可用于ALSTOM與VGS機(jī)組，無法滿足全電站檢修的需要。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)原因，原有盤車裝置無法對盤車時(shí)間及盤車力矩進(jìn)行調(diào)整，存在盤車時(shí)因力矩過大而損壞設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，且停車測量時(shí)無法確保盤車驅(qū)動(dòng)裝置與大軸完全脫開，影響測量數(shù)據(jù)真實(shí)性。

如圖2，由于齒盤的安裝中心與旋轉(zhuǎn)軸中心不可能重合，即二者存在偏心距，一般小于10 mm，且兩平面度也存在一定誤差。所以在盤車時(shí)，驅(qū)動(dòng)桿與主軸延伸軸的止口接觸點(diǎn)同時(shí)存在徑向和軸向位移，驅(qū)動(dòng)桿對旋轉(zhuǎn)軸系存在偏轉(zhuǎn)力矩；并且存在某些驅(qū)動(dòng)桿在旋轉(zhuǎn)中存在無法接觸到主軸延伸軸的止口的可能，即多驅(qū)動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)過程中，無法保證所有驅(qū)動(dòng)桿受力一致。

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)盤車裝置原理圖

如圖3，原有盤車裝置通過電機(jī)上的小齒輪驅(qū)動(dòng)無固定裝置的大齒輪。因大齒輪的軸向和徑向都不固定，大齒輪與小齒輪的嚙合就可能存在傾斜傳動(dòng)，當(dāng)超過一定角度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致以下結(jié)果：①驅(qū)動(dòng)桿產(chǎn)生變形或斷裂；②大軸軸系被改變原始安裝狀態(tài)；③小齒輪齒部產(chǎn)生變形或斷裂。

圖3 齒輪驅(qū)動(dòng)示意圖

2 新型液壓自動(dòng)盤車裝置基本特征

針對原有裝置的缺點(diǎn)及問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)了1套液壓自動(dòng)盤車裝置(見圖4)。

圖4 液壓自動(dòng)盤車裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 結(jié)構(gòu)組成

1)驅(qū)動(dòng)裝置：包括1套基座、1套轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(外圈為大齒輪)、3套液壓馬達(dá)減速裝置、3套主動(dòng)齒輪(小齒輪)和6套萬向驅(qū)動(dòng)桿裝置。

2)支撐裝置(底座)：分瓣組成1套裝置。

3)移動(dòng)式液壓裝置：包括1套變頻系統(tǒng)、1套液壓系統(tǒng)、1臺(tái)移動(dòng)小車(帶50 m電源電纜)和3套快裝高壓軟管(兩端壓接快速接頭)。

4)大軸延伸軸(連接過渡軸)。

5)控制系統(tǒng)：包括1套PLC控制系統(tǒng)、1套本地操作系統(tǒng)和1套遙控操作系統(tǒng)(100 m范圍內(nèi))。

2.2 工作原理

支撐裝置通過螺栓固定在機(jī)組上機(jī)架上，驅(qū)動(dòng)裝置與支撐裝置通過螺栓固定連接，大軸延伸軸下端法蘭與大軸通過螺栓固定連接，上端法蘭圓周均布6個(gè)止口槽,與驅(qū)動(dòng)裝置中6個(gè)萬向驅(qū)動(dòng)桿活動(dòng)接觸。移動(dòng)式液壓裝置通過3根高壓軟管(兩端壓接快速接頭)集中提供3套液壓馬達(dá)減速裝置動(dòng)力源，3套小齒輪與大齒輪同步嚙合傳動(dòng)，由6套萬向驅(qū)動(dòng)桿與大軸延伸軸6個(gè)止口逐個(gè)接觸并持續(xù)提供切向力矩，再由大軸延伸軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)大軸旋轉(zhuǎn)，通過PLC控制系統(tǒng)完成機(jī)組自動(dòng)盤車工作。

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1)如圖5，將大齒輪設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)盤軸承形式，轉(zhuǎn)盤軸承的外圈帶齒(即大齒輪)，內(nèi)圈固定在基座上。轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)外圈厚度方向?yàn)殄e(cuò)層，這種結(jié)構(gòu)形式有兩大特點(diǎn)：一是大齒輪的軸向和徑向均固定，因此盤車過程中，大小齒輪的嚙合不存在傾斜傳動(dòng)；二是大齒輪傳動(dòng)過程中為滾動(dòng)摩擦；因此，盤車過程中，大齒輪本身幾乎不消耗轉(zhuǎn)矩。

圖5 液壓自動(dòng)盤車裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2)如圖6，驅(qū)動(dòng)桿設(shè)計(jì)為萬向驅(qū)動(dòng)桿結(jié)構(gòu)形式，萬向驅(qū)動(dòng)桿前部由萬向球頭和彈簧組成，盤車過程中，對X軸、Y軸、Z軸三維方向均能得到補(bǔ)償，因球頭接觸大軸延伸軸法蘭止口傳力，即點(diǎn)接觸傳力，所以不存在偏轉(zhuǎn)力矩。

圖6 驅(qū)動(dòng)桿結(jié)構(gòu)示意圖

3)采用6套萬向驅(qū)動(dòng)桿同時(shí)驅(qū)動(dòng)大軸延伸軸法蘭止口。這種傳力形式特點(diǎn)有：一是減小每個(gè)驅(qū)動(dòng)桿的切向力；二是盤車過程中通過萬向球頭的滾動(dòng)完成自動(dòng)調(diào)心；三是通過彈簧的壓縮讓6套萬向驅(qū)動(dòng)桿同時(shí)提供切向力(每套出力有大小)，使得盤車更加平衡且不改變大軸軸系原始安裝狀態(tài)。

4)增加變頻控制系統(tǒng)+PLC控制系統(tǒng)。盤車啟動(dòng)時(shí)，通過其逐步提高馬達(dá)轉(zhuǎn)速，使6套萬向驅(qū)動(dòng)桿裝置逐一緩慢接觸大軸延伸軸法蘭止口，從而保證盤車平穩(wěn)起動(dòng)和勻速旋轉(zhuǎn)；盤車停車后再反轉(zhuǎn)操作，使6套萬向驅(qū)動(dòng)桿裝置逐一脫開大軸延伸軸法蘭止口，保證大軸軸系停車測量時(shí)處于自由狀態(tài)。

2.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1)具有良好通用性。本裝置驅(qū)動(dòng)裝置共有2套，以補(bǔ)氣管法蘭外徑尺寸為依據(jù)，設(shè)計(jì)提供7套過渡軸和盤車底座，適用于三峽電站所有機(jī)型盤車需求。改進(jìn)了原有盤車裝置僅可用于ALSTOM與VGS機(jī)組，無法滿足全電站檢修的需要的缺點(diǎn)。

2)盤車更加平衡。驅(qū)動(dòng)裝置采用6套萬向驅(qū)動(dòng)桿結(jié)構(gòu)，前部由萬向球頭和彈簧組成，盤車過程中通過萬向球頭的滾動(dòng)完成自動(dòng)調(diào)整，不存在偏轉(zhuǎn)力矩，通過彈簧的壓縮讓6套驅(qū)動(dòng)桿同時(shí)提供切向力，使盤車更加平衡且不改變軸系原始安裝狀態(tài)；改進(jìn)了原有盤車裝置盤車不平衡的缺點(diǎn)。

3)盤車測量數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。采用變頻控制系統(tǒng)+PLC控制系統(tǒng)，6套萬向驅(qū)動(dòng)桿裝置可逐一緩慢接觸大軸延伸軸法蘭止口，從而保證盤車平穩(wěn)起動(dòng)和勻速旋轉(zhuǎn)，盤車停車后可反轉(zhuǎn)操作，使6套萬向驅(qū)動(dòng)桿裝置逐一脫開大軸延伸軸法蘭止口，讓大軸在停車測量時(shí)完全處于自由狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性。

4)設(shè)置過載保護(hù)裝置，運(yùn)行更加安全。通過調(diào)節(jié)供油量任意設(shè)定額定轉(zhuǎn)矩，超過設(shè)定力矩時(shí)，通過溢流閥溢流來限制力矩，防止盤車時(shí)力矩過大，保護(hù)大軸軸系及附屬設(shè)備。

5)盤車停點(diǎn)更加準(zhǔn)確。本盤車裝置減速比i=1 680，通過自動(dòng)控制反向制動(dòng)可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)停車。停車動(dòng)作迅速及時(shí)，停點(diǎn)準(zhǔn)確，停點(diǎn)距離誤差在轉(zhuǎn)子磁極外圓周上不超過5 mm。改進(jìn)了原有盤車因轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大而停點(diǎn)距離誤差較大的缺點(diǎn)。

6)盤車速度可調(diào)，且為無級(jí)變速，變速平穩(wěn)可靠。啟動(dòng)和停止時(shí)，盤車機(jī)能緩慢的增速和減速，使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，防止對主軸產(chǎn)生較大沖擊力；停止和點(diǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度慢，便于準(zhǔn)確對位。改進(jìn)了原有盤車裝置盤車時(shí)間不可調(diào)，盤車讀數(shù)精確度無法提高的缺點(diǎn)。

3 結(jié) 語

三峽新型液壓自動(dòng)盤車裝置適用于三峽電站所有機(jī)型機(jī)組，有很好的通用性， 提高了盤車時(shí)數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性和停點(diǎn)的精準(zhǔn)性。三峽新型液壓自動(dòng)盤車裝置的應(yīng)用使盤車工作效率與質(zhì)量得到了提高，且減少了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，安全性能也得到了提高。該成果已成功應(yīng)用在多臺(tái)三峽機(jī)組檢修中。