水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪靜平衡技術(shù)研究現(xiàn)狀

摘 要：隨著水輪機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，百萬機(jī)組（如：烏東德、白鶴灘）的設(shè)計、制造指日可待，對現(xiàn)有大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪靜平衡技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析、總結(jié)是十分有必要的。文章主要對鋼球鏡板式、液壓頂升式、起吊式、三支點稱重式四種立式轉(zhuǎn)輪靜平衡技術(shù)進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪；靜平衡技術(shù)；研究

1 概述

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機(jī)組的核心部件，轉(zhuǎn)輪制造代表著機(jī)組的綜合開發(fā)研制水平和能力。轉(zhuǎn)輪在運行時高速運轉(zhuǎn)，對轉(zhuǎn)輪的不平衡量有嚴(yán)格的要求。因此，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出廠前都必須進(jìn)行靜平衡實驗，檢查并消除不平衡量，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定地運行。

目前，國內(nèi)外水電制造廠家對大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪靜平衡實驗方式有多種，比如：鋼球鏡板式平衡技術(shù)、液壓頂升式平衡技術(shù)、三支點稱重式平衡技術(shù)......但現(xiàn)有資料中，更多的是介紹平衡工具使用方法或針對個別機(jī)組平衡方法進(jìn)行論述，鮮見對各種技術(shù)特點、應(yīng)用范圍、工裝特點進(jìn)行分析和歸納，僅見陳烈元對三種立式靜平衡工藝進(jìn)行了簡單介紹。

2 各靜平衡技術(shù)的技術(shù)特點及比較

2.1 鋼球鏡板式靜平衡技術(shù)

鋼球鏡板式靜平衡技術(shù)是一種經(jīng)典的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪靜平衡方式，也是目前國內(nèi)最常用的一種平衡技術(shù)。該方法實驗狀態(tài)和工裝組合見圖1，圖中項1為平衡工具，項2為實驗轉(zhuǎn)輪，項3為平衡支，項4為千斤頂，項5為方箱，項6為螺釘、壓板、墊塊，項7為裝配平臺。

平衡過程主要分為以下幾個步驟：1.平衡支座調(diào)水平；2.將平衡工具裝到轉(zhuǎn)輪上；3.在平衡支座的同心圓上四等分位置放置四個方箱，在方箱上各放一個千斤頂；4.將轉(zhuǎn)輪吊放在平衡支座周圍的千斤頂上，使平衡工具的球面對準(zhǔn)鏡板；5.四個千斤頂同時下降并注意觀察在轉(zhuǎn)輪輕的方向上加配重塊，使轉(zhuǎn)輪保持大致呈水平狀態(tài)；6.測量并校正平衡系統(tǒng)的靈敏度。系統(tǒng)的靈敏度由球心和重心的距離決定，根據(jù)經(jīng)驗h值如表1。

該技術(shù)原理較為直觀，以鋼球、鏡板接觸點為支點，將轉(zhuǎn)輪不穩(wěn)定性平衡轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)高度變化，就可以發(fā)現(xiàn)實驗轉(zhuǎn)輪本身質(zhì)量上的輕、重點，并通過轉(zhuǎn)輪平衡方程：H=（PR-uG）R/Gh，計算出需要配重的重量。式中：G為被平衡物的總重，P為所加重物的重量，R為所加重物所在的半徑，u為動摩擦系數(shù)，H為因加重物而產(chǎn)生的下降值，h為平衡工具的球心到轉(zhuǎn)輪重心的距離。

2.2 靜壓球軸承式靜平衡技術(shù)

靜壓球軸承式靜平衡技術(shù)可以說是鋼球鏡板式技術(shù)的延伸，兩種技術(shù)的平衡思想、基本工裝、操作方式、配重方式幾乎是一致的。圖2是靜壓球軸承式靜平衡實驗的示意圖。其中，項1為電子水平儀，項2為過渡法蘭，項3為球頭，項4為支墩，項5為球座，項6為錐形座，項7為底座，項8為液壓缸，項9為調(diào)整螺栓，項10為托軸，項11為實驗轉(zhuǎn)輪。

靜壓球軸承式靜平衡技術(shù)主要特點在于改變了鋼球鏡板的剛性接觸，而使用高壓油膜將轉(zhuǎn)輪浮起，使得該技術(shù)的靈敏度更高。同時，該技術(shù)通常配有計算機(jī)電控裝置，可以使用計算機(jī)進(jìn)行操作、計算，實現(xiàn)了平衡過程的半自動化。

2.3 起吊式靜平衡技術(shù)

起吊式靜平衡技術(shù)是比較少見的一種靜平衡技術(shù)，但該方法工裝少、裝配簡單、不需同步起升，特別的適用于工地轉(zhuǎn)輪靜平衡的需要。

起吊式靜平衡工裝（圖3）包括：起吊工具（項1）、定位套筒（項2）、高強(qiáng)度把合螺栓（項3）、高強(qiáng)度把合螺母（項4）。

平衡時，將起吊工具與轉(zhuǎn)輪裝配組合，采用汽吊或跨棟車等大型起吊設(shè)備將平衡工具及實驗轉(zhuǎn)輪吊起，找出不平衡力矩的大概方位，根據(jù)不平衡力矩的方位及葉片重量，裝配葉片，最大偏心要求不大于50mm，共做3次配平實驗，每次轉(zhuǎn)動2次，實際做6次配平，旋轉(zhuǎn)起吊工具至6個方向，第一次配平：（1）在0°位置配平。（2）轉(zhuǎn)180°配平；第二次配平：（1）在90°位置配平。（2）轉(zhuǎn)180°配平；第三次配平：（1）在45°位置配平。（2）轉(zhuǎn)180°配平；每次旋轉(zhuǎn)180°配平，根據(jù)結(jié)果，即可通過矢量合成計算公式：不平衡力矩I=不平衡重量m×距中心半徑r，算出不平衡力矩的方位和大小，鉆配重孔或在轉(zhuǎn)輪平衡槽中注鉛，重新平衡，直至轉(zhuǎn)輪合格。

值得注意的是，為了保證平衡工具的精度和安全，該方法所采用的工裝不可以當(dāng)做起吊工具使用。

2.4 三支點靜平衡技術(shù)

目前，常見的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪靜平衡實驗手段有鋼球-鏡板式靜平衡裝置，液壓靜平衡裝置，測桿應(yīng)變式靜平衡裝置等幾種裝置和對應(yīng)方法。但這些裝置和方法均有其局限性。比如：鋼球-鏡板式靜平衡裝置鋼球和鏡板易產(chǎn)生變形，影響實驗精度和裝置壽命。液壓靜平衡裝置實際應(yīng)用中，易出現(xiàn)漏油甚至管路破裂等問題。三支點靜平衡技術(shù)應(yīng)運而生。

該裝置包括承重平臺（7）外圈圓周上均勻擺放三個壓力傳感器（2）和三個支墩（6），將平衡座（5）與轉(zhuǎn)輪（1）用把合螺栓（3）和把合螺釘（4）進(jìn)行把合固定，落于壓力傳感器（2）和支墩（6）上端。三支點靜平衡技術(shù)利用同步起升系統(tǒng)和電算系統(tǒng)，實現(xiàn)了平衡的自動化。