MatIab計算在水電站機組盤車及軸線調(diào)整中的應(yīng)用

賈棟林

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明650032）

1 概述

厄瓜多爾科卡科多辛克雷（Coca codo Sinclair）水電站是我國對外承建的EPC合同中最大的沖擊式水電站建設(shè)合同，其電站地下廠房裝設(shè)8臺單機容量205 MVA懸式立軸六噴嘴沖擊式水輪發(fā)電機組，額定功率187.5 MW，額定轉(zhuǎn)速300 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速530 r/min，額定水頭604.1 m，是我國目前生產(chǎn)及厄瓜多爾國單機容量最大的立軸沖擊式水輪機組。

機組盤車及軸線調(diào)整部位包括：集電環(huán)、推力頭、鏡板、轉(zhuǎn)子、水機軸、轉(zhuǎn)輪。機組盤車及軸線測量剖面如圖1所示。

2 機組盤車

機組盤車采用在轉(zhuǎn)子軸端部安裝人工盤車裝置，按順時針方向推動機組轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn)。盤車前在每個徑向擺度測量部位的+X、+Y方向設(shè)置百分表，在每個軸向跳動測量部位的+Y方向設(shè)置百分表。抱緊一半數(shù)量的上導(dǎo)瓦，瓦與軸頸間隙控制在0.02～0.04 mm。盤車時啟動高壓油頂起裝置，當鏡板底面與推力瓦接觸面間形成一層均勻油膜后，先連續(xù)推動旋轉(zhuǎn)1圈，然后按標記點進行8等分逐點盤車，并記錄各盤車點停穩(wěn)后的靜態(tài)數(shù)據(jù)。盤車過程中，在推力頭上放置框式水平儀，推力頭在整個盤車過程中的水平度應(yīng)≤0.02 mm/m，若有超差，應(yīng)微調(diào)推力瓦受力，使其滿足要求。

3 應(yīng)用MatIab軟件分析盤車數(shù)據(jù)

圖1 機組盤車及軸線測量剖面圖

本文以4號機組為例介紹機組軸線數(shù)據(jù)分析方法，機組盤車數(shù)據(jù)如表1所示，表中省略了集電環(huán)、發(fā)電機法蘭、水輪機法蘭及轉(zhuǎn)輪軸向盤車數(shù)據(jù)。

表1 4號機組盤車數(shù)據(jù)單位：0.01 mm

從表1的數(shù)據(jù)可以得出鏡板最大擺度為0.08 mm，與推力頭同心度為0.04 mm，滿足后續(xù)盤車要求。根據(jù)鏡板相對上導(dǎo)的理論擺度為正弦曲線這一概念，假設(shè)其曲線為Y=A+B×sin（X+C），根據(jù)表1得出鏡板徑向相對上導(dǎo)徑向的擺度如表2所示。

表2 鏡板徑向相對上導(dǎo)徑向的擺度值單位：0.01 mm

然后采用Matlab軟件的lsqcurvefit函數(shù)對鏡板相對上導(dǎo)擺度值進行最小二乘非線性擬合，其表達式如下：

clear all；

x=[0,45,90,135,180,225,270,315]；

y=[1,4,10,14,17,12,7,1]；

fun_curve=@(a,t) a(1)+a(2)×sin((t+a(3))× pi/180)；

x0=[0,45,90]；

parameter = lsqcurvefit(fun_curve，x0，x，y)；

A=parameter(1)；

B=parameter(2)；

C=parameter(3)；

subplot(2,1,1)；

plot(x,y,x,fun_curve(parameter,x),'r')；

xlabel(‘角度’)；

title(‘y值’)；

title(‘y=A+B×sin[(x+c)×pi/180]曲線擬合’)；

legend(‘原始曲線','擬合后曲線’)；

subplot(2,1,2)；

fai=0:1:360；

y_value=A+B×sin((fai+C)×pi/180）；

plot(fai,y_value)；

xlabel(‘角度’)；

ylabel(‘Y值’)；

title(‘y=A+B×sin[(x+c)×pi/180]曲線擬合’)；

legend(‘理論曲線’)；

通過擬合程序在Matlab中運行，可以在Matlab工作區(qū)中得到 A=8.25，B=-7.89，C=102°。當 a=0°、45°……315°時其理論擺度值為y_value。其測量擺度值與理論擺度值偏差很小，如圖2和表3所示；其理論曲線是正弦曲線，如圖3所示；綜合以上結(jié)果，可判斷盤車數(shù)據(jù)準確，可以作為軸線調(diào)整的依據(jù)。

圖2 Matlab工作區(qū)顯示計算結(jié)果

表3 測量擺度值與理論擺度值偏差表單位：0.01 mm

圖3 Matlab機組盤車數(shù)據(jù)擬合曲線

4 機組軸線調(diào)整

當機組整體盤車出現(xiàn)軸線與其旋轉(zhuǎn)中心線不重合時，計算下導(dǎo)、水導(dǎo)靜擺度，其方法是將下導(dǎo)和水導(dǎo)各點靜擺度值分解成X，Y分量：

x=r×cos（angle×PI/180）

y=r×sin（angle×PI/180）

然后根據(jù)擺度值求解下導(dǎo)、水導(dǎo)與機組軸線的理論中心偏差，通過分斷面刮磨發(fā)電機推力頭處的鎖緊卡環(huán)進行機組軸線的調(diào)整，即根據(jù)計算發(fā)電機推力頭處卡環(huán)刮磨量，達到下導(dǎo)和水導(dǎo)處的擺度值盡可能的小。

δ-卡環(huán)最大點刮磨量；

D-推力頭的直徑；

Φba-軸線傾斜方向上的最大靜擺度；

L-推力頭距水導(dǎo)處百分表的距離。

5 結(jié)束語

伴隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，Matlab計算已成為工程領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的軟件之一，其強大的計算平臺，可以解決實際工程中最優(yōu)化問題，也可通過對算法的編程實現(xiàn)相應(yīng)的最優(yōu)化計算與仿真，能夠有效指導(dǎo)和解決水電站施工中遇到的實際問題，幫助技術(shù)人員完成復(fù)雜計算與仿真等工作。