大型水電機(jī)組安裝技術(shù)數(shù)據(jù)處理淺析

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摘要：文章對(duì)大型水電安裝的數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了論述，介紹了傳統(tǒng)的測量方法及激光跟蹤測量儀的工作原理，引出了激光跟蹤測量在機(jī)組安裝中的應(yīng)用，從中探尋出適用于數(shù)據(jù)處理的可行方法，并將其作為大型水電機(jī)組安裝工作中的技術(shù)指導(dǎo)，以期在技術(shù)的支撐下，提高大型水電機(jī)組的安裝水平。

關(guān)鍵詞：大型水電機(jī)組；水電安裝；數(shù)據(jù)處理

1大型水電機(jī)組安裝時(shí)的數(shù)據(jù)處理概述

水電站機(jī)組安裝是一項(xiàng)系統(tǒng)性較強(qiáng)、復(fù)雜度較高的工作，為順利將機(jī)組安裝到位，需加強(qiáng)測量，從中獲得具有參考價(jià)值的技術(shù)數(shù)據(jù)。但常規(guī)測量方法的局限性較強(qiáng)，例如存在數(shù)據(jù)不全面、準(zhǔn)確性不足、時(shí)間及人力投入量過大等缺點(diǎn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理的難度增加，得到的數(shù)據(jù)處理結(jié)果偏離真實(shí)情況，此時(shí)數(shù)據(jù)的指導(dǎo)性不強(qiáng)，甚至?xí)o機(jī)組的安裝提供錯(cuò)誤的引導(dǎo)，影響最終的機(jī)組安裝效果。因此，需要探尋更為可行的計(jì)算方法，獲得準(zhǔn)確的工程數(shù)據(jù)并展開定性分析，對(duì)數(shù)據(jù)加以對(duì)比，剔除非正常突變數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后得到準(zhǔn)確度較高的真實(shí)數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)指導(dǎo)工作，順利將大型水電機(jī)組的安裝工作落實(shí)到位。

2大型水輪發(fā)電機(jī)組安裝工程的傳統(tǒng)測量方法的問題

大型水輪發(fā)電機(jī)組安裝工程的測量方法主要包括：測圓架法、全站儀、水準(zhǔn)儀以及鋼琴線電測法。當(dāng)前，我國大型水輪發(fā)電機(jī)組的測量仍然采用傳統(tǒng)的測圓架法進(jìn)行測量，該種方法最大的缺陷在于缺乏三維控制網(wǎng)絡(luò)，并且測圓架方法在安裝過程、設(shè)備測量方法的復(fù)雜程度方面都不能無法保證精確度。同時(shí)，測圓架方法在分散組件安裝的質(zhì)量監(jiān)控方面把控不嚴(yán)格，對(duì)于組件拼裝場地的要求很嚴(yán)格，這樣很容易造成大型水輪發(fā)電機(jī)組在安裝過程中出現(xiàn)成本高、工期長、吊裝監(jiān)控不全面的問題。鋼琴線電測法測量的主要內(nèi)容為機(jī)坑中心與組件中心，而全站儀、水準(zhǔn)儀則著重測量大型水輪發(fā)電機(jī)組安裝工程內(nèi)容包括控制水平、控制方位、測量控制點(diǎn)、控制高程等。上述測量方法在我國大型水電行業(yè)中已經(jīng)經(jīng)過了20多年的歷史，技術(shù)早已成熟，也非常可靠，但是整體大型水輪發(fā)電機(jī)組安裝工程的精確度要求、質(zhì)量要求等層面上依然有一定缺陷，例如由于安裝方法較復(fù)雜的測圓架、鋼琴線等會(huì)較易導(dǎo)致系統(tǒng)誤差；精確度較低的全站儀、水準(zhǔn)儀方法總體施工效率不高，且容易受到周圍環(huán)境的影響，大型水輪發(fā)電機(jī)組安裝工程缺乏自上而下的統(tǒng)一的測量控制網(wǎng)的管理，測量基準(zhǔn)線復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)。

3激光跟蹤測量儀的工作原理

激光跟蹤測量儀的工作原理是集合很多高精度工業(yè)測量技術(shù)（如光電探測技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、激光干涉測距技術(shù)、精密器械技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論等）。在這當(dāng)中，激光干涉測距技術(shù)作為測量儀核心，主要是以跟蹤中心為原點(diǎn)，并將其作為球坐標(biāo)中的增量碼以方便進(jìn)行測量的系統(tǒng)。該激光干涉測距技術(shù)的運(yùn)用原理是機(jī)械的跟蹤頭發(fā)射出激光，并通過激光反射器對(duì)目標(biāo)物體完成追蹤，對(duì)目標(biāo)物體的空間坐標(biāo)的確定主要來源為：測量儀雙軸測角與激光干涉測距這2個(gè)系統(tǒng)與反射器所在球坐標(biāo)位置之間影響，同時(shí)根據(jù)激光跟蹤測量儀自身校準(zhǔn)參數(shù)、氣象傳感器等設(shè)備來校正和補(bǔ)償系統(tǒng)內(nèi)部或環(huán)境所產(chǎn)生誤差，以進(jìn)一步保障目標(biāo)空間準(zhǔn)確性。

4機(jī)組安裝中對(duì)于激光跟蹤測量實(shí)際應(yīng)用

對(duì)于機(jī)組安裝測量技術(shù)來說，除建立測量控制網(wǎng)這一核心技術(shù)外，還包括：設(shè)備組裝測量、到貨驗(yàn)收、安裝測量和相關(guān)變形測量等技術(shù)。

4.1安裝坐標(biāo)系初始流程

4.1.1高程基準(zhǔn)。為了更精確地得到最接近平均數(shù)的固定導(dǎo)葉并將其作為機(jī)組安裝高程基準(zhǔn)，通常會(huì)使用到高精度水準(zhǔn)儀來對(duì)全部固定導(dǎo)葉中心線高程進(jìn)行測量，與此同時(shí)計(jì)算出算術(shù)平均數(shù)；完成該步驟后，要在該固定導(dǎo)葉中心線上標(biāo)記出永久性高程刻度標(biāo)記，從而完成引入高程基準(zhǔn)這一流程。4.1.2中心基準(zhǔn)。一般情況下，在座環(huán)上與下鏜口區(qū)域內(nèi)，要使用AT901-B跟蹤儀來均勻測量出關(guān)鍵的48點(diǎn)。另外，還要在確認(rèn)座環(huán)上、下鏜口96點(diǎn)基礎(chǔ)上來擬合圓錐，以確定好初始安裝坐標(biāo)系中心（軸線）基準(zhǔn)。4.1.3方位基準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求可知，為確定初始安裝坐標(biāo)系方位基準(zhǔn)，在設(shè)置初始安裝坐標(biāo)系X軸線正向時(shí)，通常都會(huì)將與蝸殼小頭相連接固定導(dǎo)葉出水口（鼻端）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)17.55°。在引入方位基準(zhǔn)時(shí)，則會(huì)使用到AT901-B跟蹤儀來測量鼻端，并與此同時(shí)需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，方位基準(zhǔn)測量示意見圖1。4.1.4初始安裝坐標(biāo)系。該流程是指在將高程基準(zhǔn)所確定平面與擬合軸線交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)基礎(chǔ)上，將方位基準(zhǔn)X軸正向、Z軸鉛垂向上作為正方向，并根據(jù)右手法則來完成對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組初始安裝坐標(biāo)系的建立。

4.2建立三維控制網(wǎng)

4.2.1工裝準(zhǔn)備。為進(jìn)一步使控制網(wǎng)測量相關(guān)需求得以滿足，需在相應(yīng)位置放置CCR1.5球棱鏡工裝，并在實(shí)際應(yīng)用過程中根據(jù)具體情況來改進(jìn)，從而更好地完成對(duì)三維坐標(biāo)控制網(wǎng)點(diǎn)的保存任務(wù)。4.2.2點(diǎn)位布設(shè)。為了降低測量點(diǎn)位根據(jù)溫度而產(chǎn)生變化的可能性，在設(shè)置點(diǎn)位時(shí)，要將其分層于機(jī)坑內(nèi)壁上。在這一過程中，要考慮到機(jī)組安裝過程可視性，從而更有利于其復(fù)現(xiàn)及使用功能。一般步驟為：（1）依據(jù)3站為基準(zhǔn)來初始安裝坐標(biāo)系，與此同時(shí)，在機(jī)坑內(nèi)錐管平臺(tái)、下機(jī)架基礎(chǔ)和定子疊裝平臺(tái)共轉(zhuǎn)3測站。（2）為了更好地形成測量控制網(wǎng)，需在機(jī)坑內(nèi)壁▽258.28m、▽261.60m、▽267.10m和▽274.40m這4個(gè)地方來設(shè)立4層控制點(diǎn)（在每層控制點(diǎn)間隔45°處平面上均布8點(diǎn)），并以自下而上的順序來將整個(gè)機(jī)坑和設(shè)備部件來進(jìn)行覆蓋。

4.3復(fù)現(xiàn)與使用控制網(wǎng)

在建立完成三維控制網(wǎng)前提下，任意選取3個(gè)不在同一平面控制點(diǎn)后，就能夠精確地復(fù)現(xiàn)控制坐標(biāo)系：（1）在機(jī)坑內(nèi)，首先安裝定子這一部件，且每次需測量時(shí)需把激光跟蹤儀安放在定子疊裝平臺(tái)的合適位置。測量內(nèi)容通常都是KZ3、KZ4中任意3點(diǎn)復(fù)現(xiàn)初始安裝坐標(biāo)系（在條件允許情況下可選擇多個(gè)測量點(diǎn)位來提高復(fù)現(xiàn)精度）。（2）復(fù)現(xiàn)初始安裝坐標(biāo)系后，在安裝定子機(jī)座組焊、定子疊片時(shí)，要使用激光跟蹤儀來完成測量與控制工作。（3）疊裝完畢定子后，即可測量已成型的定子鐵心圓度擬合定子中心，并在這一過程中修整原始安裝坐標(biāo)系中心位置。另外，在通過轉(zhuǎn)站修正KZ1~KZ4所有測點(diǎn)坐標(biāo)后，將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到原始安裝坐標(biāo)系中，以進(jìn)一步為底環(huán)、頂蓋等后續(xù)安裝工序作指導(dǎo)，從而更好地提高機(jī)組水力中心和發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)中心之間同心度。

5程序的編制及應(yīng)用

5.1軸線擺度計(jì)算

確定包含機(jī)組轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)尺寸在內(nèi)的一系列技術(shù)數(shù)據(jù)，啟用程序，以自動(dòng)化的方式運(yùn)行，即可得到具體的軸線擺度計(jì)算結(jié)果。主要內(nèi)容有：保證機(jī)組軸線的合理性，即該部分應(yīng)完全達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；機(jī)組軸線的偏心角和偏心值；機(jī)組軸線各測點(diǎn)的擺度值；機(jī)組軸線折彎圖；擺度曲線圖。

5.2導(dǎo)軸承間隙分配

計(jì)算前先確定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包含軸頸偏心值、轉(zhuǎn)動(dòng)部分中心偏差值及相應(yīng)的各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，基于此類數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算生成調(diào)整間隙值，以便機(jī)組安裝工作人員根據(jù)該結(jié)果對(duì)導(dǎo)軸承間隙做出調(diào)整。

5.3轉(zhuǎn)動(dòng)部分旋轉(zhuǎn)中心

為提高調(diào)整的精度，需提前確定各項(xiàng)具體的因素，包含轉(zhuǎn)輪圓度、轉(zhuǎn)輪擺度等，根據(jù)此類數(shù)據(jù)合理調(diào)整，確保轉(zhuǎn)輪各處對(duì)稱間隙的均勻性?；谒玫臄?shù)據(jù)，按照特定的程序展開計(jì)算，可確定轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的偏心值及方位角、轉(zhuǎn)輪擺度。為更高效地完成計(jì)算工作，在計(jì)算轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)中心時(shí)，考慮的是0°、180°這2個(gè)角度下的數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需求采取其他方向的數(shù)據(jù)，例如0°、90°、180°、360°，各自的計(jì)算結(jié)果僅存在微小的差異。

6結(jié)語

現(xiàn)階段，我國水電機(jī)組裝載量正處于快速發(fā)展階段，這意味著相關(guān)行業(yè)將面臨更多的與與挑戰(zhàn)。在此背景下，必須不斷地進(jìn)行優(yōu)化裝配調(diào)試，并與此同時(shí)采用更先進(jìn)激光跟蹤測量技術(shù)來開展水電機(jī)組裝機(jī)工作，從而進(jìn)一步提高我國水力發(fā)電效率。作者簡介：齊彥峰（1988-），男，河南鄭州人，中國水利水電第十二工程局有限公司，研究方向：水利水電工程測量。

參考文獻(xiàn)

[1]盧存明.淺談混流式水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)[J].紅水河，2020，39（1）：61-65.

作者:齊彥峰 單位:中國水利水電第十二工程局有限公司h