首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 电力工业论文 > 转子自动对心安装系统设计与实现

转子自动对心安装系统设计与实现

2025-01-03 78 上传者：管理员

摘要：现有的水轮发电机组转子安装方式为大型行车起吊，由人工进行调整对位，这不仅需要人工多次操作，而且可能发生安全事故。为解决这一问题，设计了转子自动对心安装系统，其由3组定心机构、液压控制系统、液压泵站组成，由液压控制系统分别控制定心机构的初步对心模块与精确对心模块，不仅可实现转子与推力头的自动对心，而且可大幅提高安装质量与效率。详细介绍了对心机构、液压泵站、液压控制系统的设计与实现方法，以及转子自动对心安装系统的操作流程。

关键词：
定心机构
水轮发电机组
液压控制
自动对心
转子安装
加入收藏

通过水力发电机组对大流量、高流速及高落差河流中的水能进行开发利用，是绿色清洁高效的发电方式。而电站长时间的发电会损伤水力发电机械，系统油水气系统的功能也会随着机组运行而不断下降，为了增加水力发电设备使用寿命、提高运行安全稳定性，应定期或不定期对机组进行检修[1-2]。

水力发电机组的检修一般分为3级。其中：A级检修指在一段时间的运行和使用后，机组的各项指标和性能有所下降，为了保持、恢复或提高机组的性能和效率，对水轮发电机组进行全面、彻底的分解检查和修理；B级检修指根据设备状态评价及系统的特点和运行状况，有针对性地对机组部分设备解体检查、修理和清扫，设备定期检测、试验、校验和鉴定，定期更换零部件等；C级检修是对机组进行例行周期性的检查、消缺、修理和清扫等。

A级检修需要解体水力机组，在检修完毕后，要回装水力机组的各元器件和设备。其中，转子作为水轮发电机组实现水能向电能转变的关键换能部件，其安装质量严重影响机组运行的可靠性和安全性。根据有关研究成果[3-4]，可以将现有成熟的转子安装技术流程总结为支墩水平调整—中心体及转子支臂组装—测圆架安装调整—转子支臂焊接及打磨探伤—副立筋测量配刨—磁轭片处理—制动环板安装—副立筋安装焊接—下压板安装调整—磁轭叠装压紧加热—磁极挂装及调整—磁极阻尼环及其余附件安装—转子整体电气试验及转子吊装。

现有的转子安装方式为大型行车起吊，然后人工进行调整对位。由于整个设备对位精度要求高，因此在没有辅助设备的情况下，需要反复多次调整转子的姿态，才能将转子安装到推力头上去。在调整姿态的过程中，容易造成设备损伤。综合梳理转子安装的有关文献，发现少有研究将注意力集中在转子安装过程中的转子与推力头对心方法。为提高转子安装过程中的对心效率和准确性，笔者根据实践经验设计了转子自动对心安装系统，本文对该系统进行简要介绍，以期与同行进行交流。

1、系统组成与工作原理

针对转子安装作业过程中易出现的问题，开发设计的转子自动对心安装系统可以使作业人员在安装转子对位时，使转子与转子支墩保持同心，以便于转子的快捷安装，提高工作效率。转子自动对心安装系统由3组定心机构、液压控制系统、液压泵站组成，其工作原理可简述为：定心机构安装在转子上，操作下降转子，当定心机构下方的定心钢球进入推力头的定心孔中时，操作定心机构，进行精确定心，完成定心后，再将转子安装进推力头，完成转子的安装。

1.1 定心机构

定心机构是转子自动对心安装系统的核心设备，其分为初步定心机构与精确定心机构两部分，其具体结构如图1所示。定位壳体的顶部连接有油管接头，而内部连接有上定位油缸；上定位油缸靠近定位壳体的顶部设置，与油管接头连接并连接有初定心机构；定位壳体还连接有下定位油缸，下定位油缸连接有精确定心机构；精确定心机构与定位壳体连接，设置在靠近定位壳体的底部位置。定心机构使转子与推力头同心的流程见图2。

图1 定心机构的结构

初步定心机构的上定心单元与定位壳体卡接，其对应定位壳体内侧匹配连接有上扩张块，上扩张块的一端连接有上定位推杆，上扩张块远离上定位推杆的端部连接有上安装弹簧，上安装弹簧远离上扩张块的一端与定位壳体的内壁连接。初步定心机构的作用是使定心结构与转子上的安装孔同轴，其工作原理是：将定心机构放入转子安装孔内，通过液压控制系统，使上定心扩张块往下移动，推动上定心块向外移动，在转子安装孔内撑开，对定心机构进行定心。8个上定心块沿机构外壁圆周均匀分布在定位壳体上。完成与转子定心后，将转子往下放，待下定心钢球进入推力头安装孔后，放入工作结束。

图2 定心机构工作流程

精确定心机构的下扩张块与下定位油缸连接，其远离下定位油缸的端部连接有下安装弹簧，下扩张块匹配有下定心单元，下定心单元与定位壳体连接。精确定心机构的工作原理是：操作液压系统，启动精确定心机构，把下定心扩张块往下移动，使得下定心钢球往外移动；在推力头安装孔内撑开，完成转子与推力头的定心；操作行车，将转子往下放，完成转子的安装。

整个定心机构在初始位置状态时直径最大为138 mm，转子定心块可移动至最大直径为150 mm的圆周上，下方推力头定心机构钢球直径为30 mm，钢球的最大移动直径为153 mm。综上，转子定心块的直径范围为138～150 mm，而钢球的移动直径范围为138～153 mm。

1.2 液压泵站与液压控制系统

电动液压泵站为液压控制系统提供动力（其外观见图3、性能指标见表1），通过操作手柄对初步定心机构和精准定心机构进行控制。泵站上外接显示设备，可显示初步定心机构与精准定心机构的液压系统压力，直观反映系统的工作状态。

图3 液压泵站外观

表1 液压泵站性能指标

电动液压泵站含有两套独立液压控制系统，采用PLC单独控制初步定心机构与精确定心机构。初步定心机构液压系统与精确定心机构液压系统都采用液压锁装置，保证其系统压力在整个安装过程中保持恒定。

2、对心机构强度校验

由于对心机构上部与下部分别插入转子和推力头中，且上定心块与下定心钢球分别进入转子安装孔与推力头安装孔，其受到来自转子和推力头运动中形成的剪切力，因此有必要对定心主体机构进行结构强度分析。为此，利用三维仿真软件进行有限元分析，采用四面体网格在模型上进行有限元划分，全局网格尺寸（边长）为1 mm，局部区域（如上定心块、下定心钢球附近）按网格尺寸为0.1 mm进行网格加密处理。在计算时对初步定心机构、定位壳体施加35 MPa的压力，进行有限元分析，结果表明，定心主体机构最大受力为263.55 MPa，最大受力位置为上定心块中间的凹槽处，此处最容易发生断裂。而定心机构的材料为40CrNiMoA，查阅相关资料可知，此材料经过热处理后其极限屈服强度为835 MPa，远大于定心机构在35 MPa压力下所能达到的应力极限。因此，定心机构的强度满足要求。

3、转子自动对心安装系统的工作流程

1）在吊装前，将定心机构、液压泵站安装入转子。

2）吊装转子至指定位置，操作液压控制系统，启动初步定心机构，完成定心机构与转子安装孔的同轴工序。

3）吊装转子到推力头上方，进行粗略定心，将定心机构下方装入推力头安装孔内，待下定心钢球完全进入推力头安装孔时转子键槽距离键的距离为50 mm左右。

4）操作液压控制系统，启动推力头定心机构，完成转子与推力头的精确定心。

5）完成转子与推力头的对中后，继续下放转子，当转子键槽进入键大约30 mm时，操作液压系统，松开精确定心机构。

6）继续安装转子，转子安装到位后，关闭液压系统，释放油压，移出安装设备，转子自动对心安装完成。

4、结束语

在水轮发电机组大修过程中，须将机组分解并逐一起吊，在检修完成后再将转子回装。现有的回装方式多为大型行车起吊，人工进行调整对位，这不仅需要人工多次操作，而且可能发生安全事故。为了降低安全风险、提高工作效率，开发了一套转子自动对心安装系统，其由三组定心机构、液压控制系统、液压泵站组成，通过初步定心与精确定心实现转子的自动对心安装。定心机构安装在转子上，操作下降转子，当定心机构下方的定心钢球进入推力头的定心孔中时，操作定心机构进行精确定心；完成定心后，再将转子安装进推力头，完成转子的安装。转子自动对心安装系统可替代转子安装过程中的人工调整对位，提高对心效率和准确性。

参考文献:

[1]楚江.水力发电机组的检修与维护研究[J].中国设备工程,2021(18):43-44.

[2]赵恒新.浅谈水轮发电机组的检修养护措施[J].科技风,2016(20):97.

[3]仇一凡,雷京祥,廖志成,等.乌东德电站850 MW机组定转子圆度控制研究与实践[J].人民黄河,2022,44(增刊1):156-159.

[4]王东阳,钟海华,熊增生.旁多水电站水轮发电机转子安装技术[J].施工技术,2014,43(12):101-103.

文章来源:王勇飞,张健,曾晓虎,等.转子自动对心安装系统设计与实现[J].人民黄河,2024,46(S2):108-109.