大型水轮机立式联轴找摆度工艺方法与流程

技术领域：

本发明公开了一种大型水轮机立式联轴找摆度工艺方法。

背景技术：
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水轮机轴与发电机轴是水电站的高精度回转部件，其轴系的同轴精度关系到机组的稳定运行和使用寿命。水轮机轴与发电机轴在制造厂卧车单独加工后，通常都需要水轮机轴1与发电机轴2进行联轴并进行轴系找正，在确认轴系同心的前提下，将水轮机轴1与发电机轴2联接把合轴孔在同心调整好的特定位置一起同镗加工联轴法兰把合孔，工地安装时，在联轴把合孔装入销螺栓定位，从而保证水轮机轴1与发电机轴2相对位置。

联轴找摆度：是指水轮机轴与发电机轴在制造过程中，通过水轮机轴1与发电机轴2联接后，采用一定的工艺方法，在安装前预先测定出水轮机轴1与发电机轴2联接后的轴系因不同心造成的运行时摆动的跳动值。该数值与水轮机轴1与发电机轴2联接同心精度直接相关，在轴系的不同位置测量可能会不同，通常应保证轴承定位部位的跳动值合格。

卧式联轴方法是保证工地机组安装后水轮机轴1与发电机轴2系精确同心、保证机组运行轴系稳定、无较大摆动，从而保证机组稳定运行目的的常规技术手段。目前在水轮发电机组的制造过程中，已成为传统的联轴主要找正技术。

随着国内大型机组的开发和制造，水轮机轴和发电机轴尺寸和重量不断增加。卧车联轴找摆度受机床承载能力限制，有的大型机组联轴总重量超过机床载荷，已无法实现设备找摆度，只能在工地机组安装时联轴找摆度后再进行工地同镗孔加工，而工地镗孔加工影响机组安装周期和制造成本；此外，即使能够实现在大型卧车联轴找摆度，由于联轴重量较高，联轴后轴系卧放将产生一定的挠度，影响找摆精度，甚至发生错误，造成工地重新调整。大型联轴卧式找摆度，需要额外的大型中心架等工装支撑器具，在制造上需要付出较高的工装成本。

技术实现要素：
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本发明公开了一种大型水轮机采用立式联轴找摆度工艺方法。通过采用立式联轴、吊线测量调整方式，并给出合理的精度算法，保证大型水轮机和发电机轴联轴找正精度，避免了设备能力不足无法机床找正的问题，减少了设备需求，提高了大型机组的工地联轴精度和安装效率。

本发明的技术方案为：一种大型水轮机立式联轴找摆度工艺方法：(1)水轮机轴(1)竖直安装在坚固的金属平台(12)上，水轮机轴(1)下端法兰垫四组等分均布可调垫铁(3)；

(2)水轮机轴(1)按下法兰加工面进行找正调整，调整水平度不大于0.05mm/m，采用压板、螺钉组件(11)在水轮机轴(1)法兰面固定压牢，将发电机轴(2)立放在水轮机轴(1)上端进行组装，水轮机轴(1)与发电机轴(2)按已精加工止口对正装配，同时将水轮机轴(1)与发电机轴(2)联接把合法兰联轴孔对正后用把合螺栓(7)联接固定；

(3)联轴孔隔一个孔装配一个工具螺栓(7)，暂时不将螺栓(7)在联轴孔固定牢固，方便后续工序调整；

(4)水轮机轴(1)联接法兰外圆把合固定四个整圆均布的固定调整块(8)，采用机械千斤顶(9)支撑调整发电机轴(2)联接法兰的方式来微调水轮机轴(1)与发电机轴(2)相对位置，以便保证后序水轮机轴(1)与发电机轴(2)两联接法兰同心；

(5)松开水轮机轴(1)下法兰压板、螺钉组件(11)上的螺钉，以发电机轴(2)的上轴顶端面为基准，精调整联轴装配体水平；

(6)在发电机轴(2)顶端外圆，均布吊四根细钢丝线(4)，钢丝线(4)下挂重物，保证钢丝线(4)铅垂直。采用内径千分尺测量水轮机轴(1)和发电机轴(2)联接合法兰外圆与钢丝线最小距离，根据实测尺寸进行调整，最终使水轮机轴(1)和发电机轴(2)联接法兰同心；

(7)水轮机轴(1)和发电机轴(2)两联接法兰用把合螺栓(7)把紧固定，把合螺栓(7)的把紧力矩应一致；

(8)分别测量水轮机轴(1)和发电机轴(2)的不同高度外圆位置与钢丝线的最小距离，并记录数值；

(9)根据步骤(8)在不同位置测量的数据结果计算同心精度。

(10)该同心度计算按如下方法：

测量发电机轴(2)顶端距离地面金属平台(12)高度为f外圆部位，整圆四等分均布钢丝线(4)位置分别测得外圆与钢丝线(4)的最小距离af、bf、cf、df四个数值，将两180度相对位置数值分别求差，得出raf-rcf＝racf、rbf-rdf＝rbdf；

其中af、bf、cf、df分别表示在距离金属平台(12)测量高度为f发电机轴(2)指定的外圆位置，四个等分布置的钢丝线(4)测量点中的a、b、c、d点；

raf、rbf、rcf、rdf分别表示发电机轴(2)指定的f高度位置测量外圆至四个等分布置a、b、c、d点钢丝线(4)的最小距离；

f：表示发电机轴(2)距离金属平台(12)测量高度为f的高度位置；

racf、rbdf分别表示在距离金属平台(12)高度为f发电机轴(2)测量位置，两个180度对点a与c，b与d点距离几何偏差值；

同样测量水轮机轴(1)外圆距离金属平台(12)为指定高度s，整圆四等分均布钢丝线(4)位置分别测得水轮机轴(1)外圆与钢丝线(4)的最小距离as、bs、cs、ds四个数值，将两180度对点位置数值分别求差，得出ras-rcs＝racs、rbs-rds＝rbds；

其中as、bs、cs、ds分别表示在距离金属平台(12)测量高度为s水轮机轴(1)外圆位置，四个等分布置的钢丝线(4)测量点中的a、b、c、d点；

ras、rbs、rcs、rds分别表示水轮机轴(1)s高度位置测量外圆至四个等分布置a、b、c、d点钢丝线(4)的最小距离；

s：表示水轮机轴(1)距离金属平台(12)测量高度为s的高度位置；

racs、rbds分别表示在距离金属平台(12)高度为s水轮机轴(1)测量位置，两个180度对点a与c，b与d点距离几何差值；

计算水轮机轴(1)与发电机轴(2)两测量高度位置处的同心度；

将f高度位置与s高度位置计算得的rac和rbd偏差值进行作差计算，得出同心度偏差racf-racs＝eacfs、rbdf-rbds＝ebdfs；

将水轮机轴(1)与发电机轴(2)分别在f高度位置与s高度位置同心偏差值eacfs和ebdfs进行平方相加后开方合成，即按以下计算公式：efs＝(eacfs²+ebdfs²)^0.5，计算得到合成总偏差值；

其中：efs表示发电机轴(2)与水轮机轴(1)在高度差为l＝f-s相对高度测量尺寸对应的同心合成总偏差值；

eacfs表示发电机轴(2)与水轮机轴(1)在高度差为l＝f-s相对高度测量区间位置对应的racf与racs几何偏差值；

ebdfs表示发电机轴(2)与水轮机轴(1)在高度差为l＝f-s相对高度测量区间位置对应的rbdf与rbds几何偏差值；

l表示测量距离在相对位置为f-s几何高度尺寸；

(11)联轴找摆度合格与否的判定方法

由于efs合成计算后为双边总差值，摆度取其值的1/2进行比较，故0.5efs/l≤0.02mm/1000mm，则为合格；

(12)如测量、计算后所得的结果为不合格，则对水轮机轴(1)与发电机轴(2)重新进行调整，直至水轮机轴(1)与发电机轴(2)同心精度合格后，再进行后续水轮机轴(1)与发电机轴(2)联轴孔同镗加工，最终保证机组联轴安装精度，从而保证机组轴系运行对摆动要求。

本发明采用水轮机轴(1)与发电机轴(2)立式联轴找正工艺方式，通过均布4条铅垂钢丝线作为测量基准，测定水轮机轴(1)与发电机轴(2)的同心度，水轮机轴(1)与发电机轴(2)静态测量，避免了采用机床找摆度时设备回转精度偏差的影响，同时也克服了轴系卧放时因重量较大，造成轴系产生下挠度，在卧车旋转产生测量偏差的影响。

采用立式找摆度，与机组安装时轴系的位置完全相同，其测量状态与实际数值更接近安装时的实际数值，较好的反映真实摆度数据，几乎无偏差影响，相比卧式找摆度则因工件重量影响，易产生椭圆变形、轴系弯曲等不利因素，有一定的系统测量偏差。

本方法通过实际应用可保证联轴找正精度，通过联轴、调整后同心精度完全能够满足0.02mm/1000mm以上，同样能够满足工地联轴安装需求。

本发明工艺方法不需要卧车设备，在工厂内或机组安装前，即可提前完成找摆度工作，实现提前镗孔加工，减少工地现场作业、缩短工地的安装周期，特别适用于大型水轮机联轴找正。

本工艺方法给出合理的算法和判定依据，方法计算简单、精度可靠，为大型水轮机联轴找摆度提供了新思路和方法。

附图说明：

图1是水轮机和发电机轴联轴找正主视图

图2是水轮机和发电机轴联轴找正p向视图

图3是联轴测量轴身位置示意图

图4是联轴吊钢丝线4等分测点示意图

具体实施方式：

(1)将水轮机轴1竖直吊起，立放在坚固的金属平台12上，见图1。将轴下法兰面垫4组，每组2个，共计8个，等分均布的可调垫铁3，可调垫铁上垫好铜皮保护水轮机轴1法兰加工面；

(2)水轮机轴1按法兰背侧加工面粗调平，精度不大于0.05mm/1000mm，用压板、螺钉组件11将下法兰压牢固定。将发电机轴2吊放在水轮机轴1上端。水轮机轴1与发电机轴2把合法兰按已精加工止口对正装配，联轴孔对正，见图1；

(3)在联轴组合法兰面及发电机轴2上法兰面附近，搭建坚固的脚手架平台5和平台6，方便人员测量和安装操作；

(4)联轴孔隔一个孔装配一个工具螺栓7，暂不把紧固定，方便后序调整；

(5)如图2所示，利用水轮机轴1法兰外圆工艺螺孔，用螺栓10装配把合4个整圆均布的固定调整块8，用机械千斤顶9支顶调整发电机轴把合法兰外圆，调整水轮机轴1与发电机轴2法兰相对位置，使水轮机轴1与发电机轴2同心度对点偏差在0.02mm内；

(6)松开水轮机轴1下法兰压板、螺钉组件11以发电机轴2上法兰面为基准，精调联轴装配体水平，平面度小于0.02mm/1000mm，并尽量调整至精度最小，避免后续再重新调整；

(7)在发电机轴2顶端外圆，均布吊四根钢丝线4，钢丝线下挂重物，以保证钢丝线铅垂直，距离两轴轴身距离大致相等；

(8)用内径千分尺测量水轮机轴1与发电机轴2接合法兰外圆与钢丝线最小距离，并对点比较数值，保证水轮机轴1与发电机轴2法兰同心度在0.02mm内，否则用机械千斤顶9继续调整固定调整块8，直至水轮机轴1与发电机轴2法兰同心度偏差不大于0.02mm；

(9)将水轮机轴1与发电机轴2把合法兰的联轴工具螺栓7装把牢固，各联轴孔把合力矩应均匀；

(10)测量发电机轴2顶端外圆距离地面金属平台12高度为f外圆部位，整圆四等挂置钢丝线位置，分别测量外圆与钢丝线的最小距离af、bf、cf、df四个数值。将两180度相对位置数值分别求差，得出raf-rcf＝racf、rbf-rdf＝rbdf；

其中af、bf、cf、df分别表示在距离金属平台12测量高度为f发电机轴2指定的外圆位置，四个等分布置的钢丝线测量点中的a、b、c、d点；

raf、rbf、rcf、rdf分别表示发电机轴2指定的f高度位置测量外圆至四个等分布置a、b、c、d点钢丝线的最小距离；

f：表示发电机轴2距离金属平台12测量高度为f的高度位置；

racf、rbdf分别表示在距离金属平台12高度为f发电机轴2测量位置，两个180度对点a与c，b与d点距离几何偏差值；

(11)同样测量水轮机轴1外圆距离金属平台为指定高度s，整圆四等分均布钢丝线位置分别测得水轮机轴外圆与钢丝线的最小距离as、bs、cs、ds四个数值，将两180度对点位置数值分别求差，得出ras-rcs＝racs、rbs-rds＝rbds；

其中as、bs、cs、ds分别表示在距离金属平台12测量高度为s水轮机轴1外圆位置，四个等分布置的钢丝线测量点中的a、b、c、d点；

ras、rbs、rcs、rds分别表示水轮机轴s高度位置测量外圆至四个等分布置a、b、c、d点钢丝线的最小距离；

s：表示水轮机轴1距离金属平台12测量高度为s的高度位置；

racs、rbds分别表示在距离金属平台12高度为s水轮机轴1测量位置，两个180度对点a与c，b与d点距离几何差值；

计算水轮机轴1与发电机轴2两测量高度位置处的同心度；

将f高度位置与s高度位置计算得的rac和rbd偏差值进行作差计算，得出同心度偏差racf-racs＝eacfs、rbdf-rbds＝ebdfs；

将水轮机轴1与发电机轴2分别在f高度位置与s高度位置同心偏差值eacfs和ebdfs进行平方相加后开方合成，即按以下计算公式：efs＝(eacfs²+ebdfs²)^0.5，计算得到合成总偏差值；

其中：efs表示发电机轴2与水轮机轴1在高度差为l＝f-s相对高度测量尺寸对应的同心合成总偏差值；

eacfs表示发电机轴2与水轮机轴1在高度差为l＝f-s相对高度测量区间位置对应的racf与racs几何偏差值；

ebdfs表示发电机轴2与水轮机轴1在高度差为l＝f-s相对高度测量区间位置对应的rbdf与rbds几何偏差值；

l表示测量距离在相对位置为f-s几何高度尺寸；

(12)根据测量数据结果计算同心精度，并确认是否合格，轴系精度保证不大于0.02mm/1000mm，如不合格按上述方法进行轴系重调，直至水轮机轴1与发电机轴2同心精度合格后，再进行后续水轮机轴1与发电机轴2联轴孔同镗加工；

通过完成上述工艺内容，实现立式联轴调整、找正，保证后序同镗加工和工地机组联轴安装精度，从而保证机组轴系运行对摆动要求；

需用装备：可调垫铁、钢丝线、内径千分尺、脚手架平台、联轴工具把合螺栓、压板、螺钉组件、固定调整块、机械千斤顶。

具体工艺步骤如下：

(1)水轮机轴1竖直吊起立放在坚固的金属装配平台上，将水轮机轴下端法兰垫四组，每组2个，共计8个，等分均布可调垫铁，可调垫铁上垫有铜皮保护轴法兰加工面，见图1。

(2)水轮机轴1按下法兰加工面进行粗调平找正调整，调整水平度不大于0.05mm/m，采用压板、螺钉组件11在水轮机轴法兰面固定压牢，将发电机轴2立放在水轮机轴上法兰端进行组装，水轮机轴与发电机轴按已精加工止口对正装配，同时将水轮机轴与发电机轴联接把合法兰联轴孔对正后用把合螺栓7联接初步固定。

(3)联轴孔隔一个孔装配一个工具螺栓7，暂不将螺栓把合牢固，以方便后续工序调整。

(4)利用水轮机轴1法兰外圆的工艺螺孔，在水轮机轴1联接法兰外圆把合固定四个整圆均布的固定调整块8，采用机械千斤顶9支撑调整发电机轴2联接法兰外圆的方式来微调水轮机轴1与发电机轴2相对位置，见图1及图2中p向视图，以使水轮机轴与发电机轴两联接法兰同心。

(5)松开水轮机轴1下法兰压板、螺钉组件11上的螺钉，以发电机轴2的上轴顶端面为基准，精调整联轴装配体水平，水平度不大于0.02mm/1000mm。

(6)在发电机轴2顶端外圆，均布吊四根细钢丝线4，见图4。钢丝线下挂重物，保证钢丝线铅垂直，距离两轴轴身距离大致相等。用内径千分尺测量水轮机轴和发电机轴联接合法兰外圆与钢丝线最小距离，根据实测尺寸进行调整，最终使水轮机轴1和发电机轴2联接法兰同心，对点偏差不大于0.02mm。

(7)水轮机轴1和发电机轴2两联接法兰用工具把合螺栓7把紧固定，把合螺栓7的把紧力矩应一致。

(8)分别测量水轮机轴1和发电机轴2距离金属平台12高度为f和s外圆位置与钢丝线的最小距离r值，见图3，并记录数值；

(9)根据步骤(8)在不同位置测量的数据结果计算同心精度，并确认是否合格，同心精度保证在0.02mm/1000mm以内，如不合格进行轴系重调。

(10)该同心度计算按如下方法：

测量发电机轴2顶端距离地面金属平台12高度为f外圆部位，整圆四等分均布钢丝线位置分别测得外圆与钢丝线的距离af、bf、cf、df四个数值。将两180度相对位置数值分别求差，得出raf-rcf＝racf、rbf-rdf＝rbdf。

其中af、bf、cf、df分别表示在距离金属平台12测量高度为f发电机轴2指定的外圆位置，四个等分布置的钢丝线测量点中的a、b、c、d点。

raf、rbf、rcf、rdf分别表示发电机轴2指定的f高度位置测量外圆至四个等分布置a、b、c、d点钢丝线4的最小距离。

f：表示发电机轴2距离金属平台12测量高度为f的高度位置。

racf、rbdf分别表示在距离金属平台12高度为f发电机轴2测量位置，两个180度对点a与c，b与d点距离几何偏差值。

同样测量水轮机轴1外圆距离金属平台12为指定高度s，整圆四等分均布钢丝线4位置分别测得水轮机轴1外圆与钢丝线4的最小距离as、bs、cs、ds四个数值，将两180度对点位置数值分别求差，得出ras-rcs＝racs、rbs-rds＝rbds。

其中as、bs、cs、ds分别表示在距离金属平台12测量高度为s水轮机轴1外圆位置，四个等分布置的钢丝线4测量点中的a、b、c、d点。

ras、rbs、rcs、rds分别表示水轮机轴s高度位置测量外圆至四个等分布置a、b、c、d点钢丝线的最小距离。

s：表示水轮机轴1距离金属平台12测量高度为s的高度位置。

racs、rbds分别表示在距离金属平台高度为s水轮机轴测量位置，两个180度对点a与c，b与d点距离几何差值。

计算水轮机轴与发电机轴两测量高度位置处的同心度。

将f高度位置与s高度位置计算得的rac和rbd偏差值进行作差计算，得出同心度偏差racf-racs＝eacfs、rbdf-rbds＝ebdfs。

将水轮机轴与发电机轴分别在f高度位置与s高度位置同心偏差值eacfs和ebdfs进行平方相加后开方合成，即按以下计算公式：efs＝(eacfs²+ebdfs²)^0.5，计算得到合成总偏差值。

其中：efs表示发电机轴与水轮机轴在高度差为l＝f-s相对高度测量尺寸对应的同心合成总偏差值。

eacfs表示发电机轴与水轮机轴在高度差为l＝f-s相对高度测量区间位置对应的racf与racs几何偏差值。

ebdfs表示发电机轴与水轮机轴在高度差为l＝f-s相对高度测量区间位置对应的rbdf与rbds几何偏差值。

l表示测量距离在相对位置为f-s几何高度尺寸。

(11)联轴找摆度合格与否的判定方法

由于efs合成计算后为双边总差值，摆度取其值的1/2进行比较，故0.5efs/l≤0.02mm/1000mm，则为合格。

(12)如测量、计算后所得的结果为不合格，则对水轮机轴与发电机轴重新进行调整，直至水轮机轴与发电机轴同心精度合格后，再进行后续水轮机轴与发电机轴联轴孔同镗加工。

通过完成上述工艺内容，实现立式联轴调整、找正，保证后序同镗加工和工地机组联轴安装精度，从而保证机组轴系运行对摆动要求。

本发明提出了一种大型水轮立式联轴找正和调整的工艺方法，解决了大型水轮机因设备能力不足，无法卧式机床联轴找正问题；利用钢丝线吊线测量方式，采用静态找摆度，并给出详细计算、判断方法，形成充分的理论依据；在联接法兰外圆合理设置调整块，解决了立式联轴精度难于测量和调整的难题，最终保证了工地联轴安装质量和生产需求。