水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝比較和分析

孫莉麗

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝比較和分析

孫莉麗

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

鋼球式平衡工藝、靜油壓平衡工藝及測桿式平衡工藝是當前國內(nèi)比較常用的書論及轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝，本文主要對這3種工藝進行對比分析，并提出有待了解與處理的問題，僅供相關(guān)人員參考。

鋼球式平衡工藝；靜油壓平衡工藝；測桿式平衡工藝；分析

為求得更好地處理水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡方法，本文主要對鋼球式、靜油壓式及測桿式平衡工藝進行對比分析，以便在實際應(yīng)用中準確把握各項平衡工藝的特點，促進其實際應(yīng)用價值的有效發(fā)揮，提高水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡效果。

1.國內(nèi)常用的水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝

1.1鋼球式平衡工藝

在轉(zhuǎn)輪圓平面上加一重量后，可得到平衡方程如下：

由此可得出，

圖1　鋼球式平衡工藝

圖2　轉(zhuǎn)輪及其平衡裝置示意圖

在上述公式中，P為轉(zhuǎn)輪圓面上所加的重量，R為所加重物到轉(zhuǎn)輪中心的距離，G為轉(zhuǎn)輪及其上的平衡工具的重量，μ為滾動摩擦系數(shù)，H為加一重物后所測得的轉(zhuǎn)輪下降值，h為轉(zhuǎn)輪中心到平衡球球心距離，以a表示重物下h的擺動距離。

鋼球式平衡工藝如圖1所示，為避免轉(zhuǎn)輪平衡時產(chǎn)生非穩(wěn)定性平衡，應(yīng)當在合理控制靈敏度的基礎(chǔ)上，適度調(diào)整平衡裝置的位置，并依據(jù)平衡物的總重量以及轉(zhuǎn)輪中心到平衡球球心距離的相關(guān)數(shù)據(jù)，選取適宜的工具，以確保鋼球式平衡工藝的實際價值的有效發(fā)揮。

1.2靜油壓平衡工藝

圖2為轉(zhuǎn)輪及其平衡裝置示意圖。以平衡球接觸工藝，其球與平板表面均承受較高的接觸應(yīng)力，在實際平衡過程中，球與平面板的制造和使用過程中，表面極易受損，不利于平衡的順利進行，重量超出200t以上則難度更大。為促進大噸位轉(zhuǎn)輪制造的順利實現(xiàn)，應(yīng)當積極研發(fā)新的工藝，加強技術(shù)創(chuàng)新，促進研發(fā)目標的實現(xiàn)。靜油壓平衡工藝的研發(fā)，與接觸平衡存在較大差異，靜壓油平衡工藝主要是應(yīng)用高壓油膜托起轉(zhuǎn)輪，通過轉(zhuǎn)輪的自由擺動，有效地解決了以往運行方式下大噸位轉(zhuǎn)輪接觸應(yīng)力過高或操作不當所導致的接觸面損傷問題，一定程度上提高了水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡的處理效果。靜壓油平衡工藝在各項要求測定方法上，與球面和平板接觸工藝保持高度一致。

其中，1表示支撐底座；2表示靜壓球座；3表示球頭；4表示支撐軸；5表示調(diào)整墊；6表示電子水平儀；7表示被測轉(zhuǎn)輪；8表示油壓千斤頂；9表示配重塊。

1.3測桿式平衡工藝

圖3　測桿式平衡工藝

測桿式平衡工藝是一種機組轉(zhuǎn)輪平衡方式，通過對壓桿變形的合理利用，在應(yīng)力與變形關(guān)系的作用下，以計算機對殘余應(yīng)力值進行準確計算，進一步明確參與應(yīng)力值與方位之間的關(guān)系。就實際情況來看，測桿式平衡工藝是一種現(xiàn)代化的工藝，如圖3所示，技術(shù)裝備與球面及平板靜油壓工藝實現(xiàn)高級簡化，工藝成本明顯降低。靜壓油平衡工藝屬于一項技術(shù)專利，因此在水利機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝中，測桿式平衡工藝得到廣泛的應(yīng)用。

2.水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝的對比分析

2.1鋼球法與靜壓油法工藝

通過對比鋼球法與靜壓油工藝并加以深入分析可知，兩種工藝在適用轉(zhuǎn)輪的噸位上存在一定差異，接觸法適用于200t以下的轉(zhuǎn)輪，而靜油壓法適用于更大噸位的靜平衡。在工藝自身重量級操作誤差下，對同一力矩平衡進行計算時，轉(zhuǎn)輪平面上任一點所加的重量測得的轉(zhuǎn)輪平面平均下降值接近于零時，平衡系統(tǒng)的力矩誤差在轉(zhuǎn)輪靜平衡后設(shè)計允許最大誤差的5%以內(nèi)。除此之外，就平衡工藝的裝備投資情況來看，靜油壓法工藝的裝備投資值明顯較大。就兩種平衡工藝的設(shè)計過程來看，靜油壓平衡工藝以靜壓油原理對裝備進行設(shè)計，往往需要經(jīng)過一個漫長的階段。

2.2測桿式平衡工藝

依據(jù)轉(zhuǎn)輪平衡的相關(guān)說明，測桿式平衡工藝以ISO-1940/-1986為平衡標準，以G6.3級為平衡公差，靜平衡后所允許的殘余不平衡值為334kg·m。若應(yīng)變片自身存在誤差，與制造廠出廠提供的誤差相一致，則應(yīng)當委派專業(yè)的計量機構(gòu)對應(yīng)變片進行復查，并出示權(quán)威的計量證明。通常情況下，轉(zhuǎn)輪從粗平衡向精平衡的過渡往往需要反復試驗，需要對同一應(yīng)變片進行反復使用，采取可靠的方式證明應(yīng)變片自身誤差是否存在變化，并給出具體的復查方式。

轉(zhuǎn)輪平衡系統(tǒng)自身存在誤差，在鋼球法與靜油壓法兩種靜平衡工藝下，應(yīng)變片自身誤差占據(jù)殘余不平衡允許值的5%以內(nèi)，在測量方式上具有一定便捷性。應(yīng)變片工藝鐘是否能夠直接對其誤差占殘余不平衡允許值進行直接測得或分析出來，仍有待進一步探究。通過研究可知，應(yīng)變片自身出場誤差較高，并且在裝置、轉(zhuǎn)換以及計算等累積值的作用下，極有可能達到參與允許值的30%～40%，因此在水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝中，應(yīng)當對應(yīng)變片的合理性開展進一步分析，通過計算機對轉(zhuǎn)輪殘余不平衡值進行計算和鑒定后，對其結(jié)果的可靠性進行證明，以促進水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝的實際應(yīng)用價值的有效發(fā)揮。

結(jié)語

通過水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝的對比分析可知，鋼球式平衡工藝裝置簡單，在200t以內(nèi)的水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡中得到廣泛應(yīng)用，工藝相對成熟。靜油壓平衡工藝的合理應(yīng)用，有效地解決了以往運行方式下大噸位轉(zhuǎn)輪接觸應(yīng)力過高或操作不當所導致的接觸面損傷問題，一定程度上提高了水輪機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡的處理效果。測桿式平衡工藝是現(xiàn)代化的工藝方式，工藝成本較低，在水利機轉(zhuǎn)輪立式靜平衡工藝中得到廣泛應(yīng)用。

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