大型水電機組安裝技術數據處理淺析

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摘要：文章對大型水電安裝的數據處理進行了論述，介紹了傳統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組安裝中的應用，從中探尋出適用于數據處理的可行方法，并將其作為大型水電機組安裝工作中的技術指導，以期在技術的支撐下，提高大型水電機組的安裝水平。

關鍵詞：大型水電機組；水電安裝；數據處理

1大型水電機組安裝時的數據處理概述

水電站機組安裝是一項系統性較強、復雜度較高的工作，為順利將機組安裝到位，需加強測量，從中獲得具有參考價值的技術數據。但常規測量方法的局限性較強，例如存在數據不全面、準確性不足、時間及人力投入量過大等缺點，導致數據處理的難度增加，得到的數據處理結果偏離真實情況，此時數據的指導性不強，甚至會給機組的安裝提供錯誤的引導，影響最終的機組安裝效果。因此，需要探尋更為可行的計算方法，獲得準確的工程數據并展開定性分析，對數據加以對比，剔除非正常突變數據，經過處理后得到準確度較高的真實數據，用數據指導工作，順利將大型水電機組的安裝工作落實到位。

2大型水輪發電機組安裝工程的傳統測量方法的問題

大型水輪發電機組安裝工程的測量方法主要包括：測圓架法、全站儀、水準儀以及鋼琴線電測法。當前，我國大型水輪發電機組的測量仍然采用傳統的測圓架法進行測量，該種方法最大的缺陷在于缺乏三維控制網絡，并且測圓架方法在安裝過程、設備測量方法的復雜程度方面都不能無法保證精確度。同時，測圓架方法在分散組件安裝的質量監控方面把控不嚴格，對于組件拼裝場地的要求很嚴格，這樣很容易造成大型水輪發電機組在安裝過程中出現成本高、工期長、吊裝監控不全面的問題。鋼琴線電測法測量的主要內容為機坑中心與組件中心，而全站儀、水準儀則著重測量大型水輪發電機組安裝工程內容包括控制水平、控制方位、測量控制點、控制高程等。上述測量方法在我國大型水電行業中已經經過了20多年的歷史，技術早已成熟，也非常可靠，但是整體大型水輪發電機組安裝工程的精確度要求、質量要求等層面上依然有一定缺陷，例如由于安裝方法較復雜的測圓架、鋼琴線等會較易導致系統誤差；精確度較低的全站儀、水準儀方法總體施工效率不高，且容易受到周圍環境的影響，大型水輪發電機組安裝工程缺乏自上而下的統一的測量控制網的管理，測量基準線復雜難以實現。

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測量技術（如光電探測技術、計算機控制技術、激光干涉測距技術、精密器械技術、現代數值計算理論等）。在這當中，激光干涉測距技術作為測量儀核心，主要是以跟蹤中心為原點，并將其作為球坐標中的增量碼以方便進行測量的系統。該激光干涉測距技術的運用原理是機械的跟蹤頭發射出激光，并通過激光反射器對目標物體完成追蹤，對目標物體的空間坐標的確定主要來源為：測量儀雙軸測角與激光干涉測距這2個系統與反射器所在球坐標位置之間影響，同時根據激光跟蹤測量儀自身校準參數、氣象傳感器等設備來校正和補償系統內部或環境所產生誤差，以進一步保障目標空間準確性。

4機組安裝中對于激光跟蹤測量實際應用

對于機組安裝測量技術來說，除建立測量控制網這一核心技術外，還包括：設備組裝測量、到貨驗收、安裝測量和相關變形測量等技術。

4.1安裝坐標系初始流程

4.1.1高程基準。為了更精確地得到最接近平均數的固定導葉并將其作為機組安裝高程基準，通常會使用到高精度水準儀來對全部固定導葉中心線高程進行測量，與此同時計算出算術平均數；完成該步驟后，要在該固定導葉中心線上標記出永久性高程刻度標記，從而完成引入高程基準這一流程。4.1.2中心基準。一般情況下，在座環上與下鏜口區域內，要使用AT901-B跟蹤儀來均勻測量出關鍵的48點。另外，還要在確認座環上、下鏜口96點基礎上來擬合圓錐，以確定好初始安裝坐標系中心（軸線）基準。4.1.3方位基準。根據相關設計要求可知，為確定初始安裝坐標系方位基準，在設置初始安裝坐標系X軸線正向時，通常都會將與蝸殼小頭相連接固定導葉出水口（鼻端）順時針旋轉17.55°。在引入方位基準時，則會使用到AT901-B跟蹤儀來測量鼻端，并與此同時需旋轉坐標系，方位基準測量示意見圖1。4.1.4初始安裝坐標系。該流程是指在將高程基準所確定平面與擬合軸線交點為坐標原點基礎上，將方位基準X軸正向、Z軸鉛垂向上作為正方向，并根據右手法則來完成對水輪發電機組初始安裝坐標系的建立。

4.2建立三維控制網

4.2.1工裝準備。為進一步使控制網測量相關需求得以滿足，需在相應位置放置CCR1.5球棱鏡工裝，并在實際應用過程中根據具體情況來改進，從而更好地完成對三維坐標控制網點的保存任務。4.2.2點位布設。為了降低測量點位根據溫度而產生變化的可能性，在設置點位時，要將其分層于機坑內壁上。在這一過程中，要考慮到機組安裝過程可視性，從而更有利于其復現及使用功能。一般步驟為：（1）依據3站為基準來初始安裝坐標系，與此同時，在機坑內錐管平臺、下機架基礎和定子疊裝平臺共轉3測站。（2）為了更好地形成測量控制網，需在機坑內壁▽258.28m、▽261.60m、▽267.10m和▽274.40m這4個地方來設立4層控制點（在每層控制點間隔45°處平面上均布8點），并以自下而上的順序來將整個機坑和設備部件來進行覆蓋。

4.3復現與使用控制網

在建立完成三維控制網前提下，任意選取3個不在同一平面控制點后，就能夠精確地復現控制坐標系：（1）在機坑內，首先安裝定子這一部件，且每次需測量時需把激光跟蹤儀安放在定子疊裝平臺的合適位置。測量內容通常都是KZ3、KZ4中任意3點復現初始安裝坐標系（在條件允許情況下可選擇多個測量點位來提高復現精度）。（2）復現初始安裝坐標系后，在安裝定子機座組焊、定子疊片時，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系中心位置。另外，在通過轉站修正KZ1~KZ4所有測點坐標后，將相關數據保存到原始安裝坐標系中，以進一步為底環、頂蓋等后續安裝工序作指導，從而更好地提高機組水力中心和發電機旋轉中心之間同心度。

5程序的編制及應用

5.1軸線擺度計算

確定包含機組轉速、結構尺寸在內的一系列技術數據，啟用程序，以自動化的方式運行，即可得到具體的軸線擺度計算結果。主要內容有：保證機組軸線的合理性，即該部分應完全達到相應的技術標準；機組軸線的偏心角和偏心值；機組軸線各測點的擺度值；機組軸線折彎圖；擺度曲線圖。

5.2導軸承間隙分配

計算前先確定基礎數據，包含軸頸偏心值、轉動部分中心偏差值及相應的各類結構設計數據，基于此類數據進行計算生成調整間隙值，以便機組安裝工作人員根據該結果對導軸承間隙做出調整。

5.3轉動部分旋轉中心

為提高調整的精度，需提前確定各項具體的因素，包含轉輪圓度、轉輪擺度等，根據此類數據合理調整，確保轉輪各處對稱間隙的均勻性。基于所得的數據，按照特定的程序展開計算，可確定轉輪旋轉的偏心值及方位角、轉輪擺度。為更高效地完成計算工作，在計算轉輪旋轉中心時，考慮的是0°、180°這2個角度下的數據，也可以根據需求采取其他方向的數據，例如0°、90°、180°、360°，各自的計算結果僅存在微小的差異。

6結語

現階段，我國水電機組裝載量正處于快速發展階段，這意味著相關行業將面臨更多的與與挑戰。在此背景下，必須不斷地進行優化裝配調試，并與此同時采用更先進激光跟蹤測量技術來開展水電機組裝機工作，從而進一步提高我國水力發電效率。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

[1]盧存明.淺談混流式水輪發電機組安裝技術[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