林 震，戴 超

（1.江苏省镇江市谏壁抽水站管理处，江苏镇江 212003；2.镇江市工程勘察设计研究院有限公司，江苏镇江 212003）

1 概 述

无论是水泵机组还是水轮发电机组，立式机组就结构形式均可分为固定部件和转动部件，固定部件主要有预埋件（如预埋底座、泵座和电机基础等）和安装件（如导叶体、叶轮外壳、轴承和定子等），转动部件主要有泵轴（水轮机轴）、叶轮和电机转子等［1］。

立式机组的安装顺序一般均按照由下而上，先水泵（水轮机）后电机，先固定部件后转动部件的规律进行的。固定部件的安装高程和垂直同轴度，转动部件轴线的摆度、垂直度、中心、间隙是安装检修过程中的六大关键［2］。

2 固定部件垂直同轴度的测量

立式机组固定部件的安装高程确定后，必须调整水泵（水轮机）和电机各固定部件的垂直度，并使各部件的中心点重合在一条理想的垂线上。多年来，机组固定部件垂直同轴度的测量一直是采用电气回路法人工测量［3-4］。

2.1 测量前的准备

先在机组各所测部件搭设好测量工作平台，再在机组测量部件中最上部件的上平面搭设放置求心器。求心器绕上钢琴线，钢琴线通过求心器下面的小孔，并通过应该测量的所有固定部件的各个断面。在最下端悬挂重锤，为防止钢琴线摆动影响测量的精度，在重锤四周焊接阻尼片，将重锤浸入盛有黏性油的桶中。

将机组各测量断面按照东、西、南、北方向分成4等份，并画上不大于10 mm的1个圆作为测量点，然后用砂纸擦去测点表面的油漆、油污，以确保采用电气回路法测量垂直同轴度过程中导电接触良好。

2.2 初调求心器钢琴线相对位置

立式机组固定部件垂直同轴度测量一般以水泵（水轮机）轴承承插口的下止口为基准断面。初步测量基准断面X、Y轴线方向对称4 点至钢丝距离，转动求心器的卷筒并拧动调整螺栓，使钢琴线长短合适并居于中心位置。初步调整求心器钢琴线相对机组基准部件中心位置偏差一般在2 mm左右。

2.3 精调求心器钢琴线相对位置

初步调整完成求心器的钢琴线相对机组基准部件中心位置后，把各被测部件、耳机、电池和求心器用导线连成电气回路，求心器与被测部件应绝缘，耳机和被测部件接地应良好，用耳机、千分尺精确地测量并调整机组基准部件的中心位置，使对称点半径误差符合规范规定的技术要求，机组基准部件的中心线基准误差应不大于0.05 mm。

测量过程中，测量人员戴上耳机，一手拿千分表，另一手调节千分表的测杆长度，使千分表的顶端与轴承的内径相触，表头先在较大范围内与钢琴线接触，如果电路不通，这时从耳机内就听不到任何响声。再调千分表的测杆长度，使表头在较小的范围内和钢琴线接触，如果电路接触，就能从耳机内听到响声，此时千分尺测头的读数即为测点至钢琴线的最短距离即水平距离，垂直同轴度测量方法如图1所示。

2.4 测量各断面的垂直同轴度

立式机组固定部件垂直同轴度的测量应以水泵（水轮机）轴承承插口止口为基准，埋设部件测量应以泵座（座环）为基准。根据机组安装或检修的技术要求确定机组的其他测量断面，可以是双止口水泵轴承的其他止口和电机上下测量断面。测量方法与测量机组基准部件的中心位置一样，并记录测量数据。

2.5 计算调整值

将各点所测得的数值进行记录，对垂直同轴度的测量数据进行分析，计算被测部件在东西方位及南北方位的上、下测点的同轴度偏差值。根据垂直同轴度测量结果，分析被测部件的垂直同轴度有以下3种情况：

（1）垂直同心：定子上、下部断面的中心与基准面的中心位于同一条铅垂线上，且各部位的中心与基准面中心的最大偏差值在允许的范围内。

（2）错位：定子是垂直的，但与基准面的中心不在一条理想的轴线上。错位的调整就是根据中心偏差值和方位，使用专用器械将被测部件平移至机组中心，调整值应为同轴度偏差测量值的一半。

（3）倾斜：被测部件中心线不是铅垂线，且与基准面的中心不在同一条铅垂线上。倾斜是安装中常见的现象，一般倾斜也包括错位，根据安装的实际经验，应先调整倾斜，后调整错位。

3 垂直同轴度自动测量仪

水泵（水轮机）立式机组的安装，多年来机组固定部件垂直同轴度的测量一直是采用电气回路法人工进行测量。整个测量过程分为4 个步骤：初调求心器钢琴线相对位置，精调求心器钢琴线相对位置，测量各断面的垂直同轴度偏差，根据测量结果计算调整值。其中，测量各测量部件的垂直同轴度占用了很多的时间和精力，随着科学技术的不断发展，利用相关学科的先进设备和新建算法，可实现立式机组固定部件垂直同轴度的自动化测量。

垂直同轴度自动测量仪主要由电涡流测量传感器和集成主板（含新建算法）两部分组成。

3.1 电涡流测量传感器

电涡流测距传感器系统的工作原理是电涡流效应，属于一种电感式测量原理。电涡流效应源自振荡电路的能量，电涡流需要在可导电的材料（钢琴线）内形成。给传感器探头内线圈导入交变电流，可以在探头线圈周围形成磁场，将（钢琴线）导体放入这个磁场，根据法拉第电磁感应定律，导体内会激发出电涡流。根据楞次定律，电涡流的磁场方向与线圈磁场正好相反，而这将改变探头内线圈的阻抗值，这个阻抗值的变化与线圈到被测物体（钢琴线）之间的距离直接相关。传感器探头连接到控制器后，控制器可以从传感器探头内获得电压值的变化量，并以此为依据，计算出对应的距离值。

将电涡流测量传感器吸附在机组各测量断面按东、西、南、北方向分布的测量点上，电涡流测量传感器直径宜不大于10 mm，所有的电涡流测量传感器厚度应一致，测量误差应不超过0.01 mm，电涡流测量传感器根据原理自动测量从电涡流测量传感器到钢琴线的水平距离，并将测量数据传送到集成主板，要求测量精度达到0.01 mm。

3.2 集成主板（含新建算法）

集成主板的功能是接收各个测量断面的各个测量点的测量数据，记录在按照不同的机组结构形式设置的垂直同轴度测量记录表格的相应栏目内,利用BIM建模技术，根据不同的机组结构形式新建算法，计算其最终的调整值，并将计算成果发送给安装检修人员。

立式机组固定部件垂直同轴度的测量应以水泵（水轮机）导叶体这个基准部件的轴承承插口止口为基准断面。如果是单止口轴承座，则这个轴承承插口止口为基准断面；如果是双止口轴承座，则应以轴承承插口的下止口作为基准断面，埋设部件的垂直同轴度测量则应以泵座（座环）为基准断面。基准断面的中心偏差根据东、西、南、北4 个测点的自动测量值计算求得，并将计算成果发送给安装检修人员。

支墩式基础的导叶体双止口轴承座和电机定子铁心均有上、下2 个垂直同轴度测量断面，根据2 个测量断面的测量成果计算X、Y轴线方向该测量部件的倾斜调整值，再计算该测量部件的错位调整值，计算环形基础的最大同轴度偏差值及其倾斜的平面夹角，并发送给安装检修人员。

机组其他部件如水泵（水轮机）上、下座和电机机架等，根据测量断面的测量成果先计算X、Y轴线方向该测量部件的中心偏差值,再计算该部件的椭圆度和锥度，并将结算成果发送给安装检修人员。

4 结 语

立式机组垂直同轴度自动测量仪的构想是在总结泵站（水轮机）安装检修经验的基础上，结合相关学科的先进技术和应用实践提出来的，分析结果表明完成立式机组垂直同轴度自动测量仪的研制工作是可行的，也是提高立式机组安装与检修技术的需要和技术发展的必然趋势，不仅能减少测量劳动强度，而且能提高测量精度并能及时反馈测量值，减少测量时间。研制的垂直同轴度自动测量仪的使用功效与优势明显，具有较好的应用前景。