大型水电机组安装技术数据处理浅析

摘要：文章对大型水电安装的数据处理进行了论述，介绍了传统的测量方法及激光跟踪测量仪的工作原理，引出了激光跟踪测量在机组安装中的应用，从中探寻出适用于数据处理的可行方法，并将其作为大型水电机组安装工作中的技术指导，以期在技术的支撑下，提高大型水电机组的安装水平。

关键词：大型水电机组；水电安装；数据处理

1大型水电机组安装时的数据处理概述

水电站机组安装是一项系统性较强、复杂度较高的工作，为顺利将机组安装到位，需加强测量，从中获得具有参考价值的技术数据。但常规测量方法的局限性较强，例如存在数据不全面、准确性不足、时间及人力投入量过大等缺点，导致数据处理的难度增加，得到的数据处理结果偏离真实情况，此时数据的指导性不强，甚至会给机组的安装提供错误的引导，影响最终的机组安装效果。因此，需要探寻更为可行的计算方法，获得准确的工程数据并展开定性分析，对数据加以对比，剔除非正常突变数据，经过处理后得到准确度较高的真实数据，用数据指导工作，顺利将大型水电机组的安装工作落实到位。

2大型水轮发电机组安装工程的传统测量方法的问题

大型水轮发电机组安装工程的测量方法主要包括：测圆架法、全站仪、水准仪以及钢琴线电测法。当前，我国大型水轮发电机组的测量仍然采用传统的测圆架法进行测量，该种方法最大的缺陷在于缺乏三维控制网络，并且测圆架方法在安装过程、设备测量方法的复杂程度方面都不能无法保证精确度。同时，测圆架方法在分散组件安装的质量监控方面把控不严格，对于组件拼装场地的要求很严格，这样很容易造成大型水轮发电机组在安装过程中出现成本高、工期长、吊装监控不全面的问题。钢琴线电测法测量的主要内容为机坑中心与组件中心，而全站仪、水准仪则着重测量大型水轮发电机组安装工程内容包括控制水平、控制方位、测量控制点、控制高程等。上述测量方法在我国大型水电行业中已经经过了20多年的历史，技术早已成熟，也非常可靠，但是整体大型水轮发电机组安装工程的精确度要求、质量要求等层面上依然有一定缺陷，例如由于安装方法较复杂的测圆架、钢琴线等会较易导致系统误差；精确度较低的全站仪、水准仪方法总体施工效率不高，且容易受到周围环境的影响，大型水轮发电机组安装工程缺乏自上而下的统一的测量控制网的管理，测量基准线复杂难以实现。

3激光跟踪测量仪的工作原理

激光跟踪测量仪的工作原理是集合很多高精度工业测量技术（如光电探测技术、计算机控制技术、激光干涉测距技术、精密器械技术、现代数值计算理论等）。在这当中，激光干涉测距技术作为测量仪核心，主要是以跟踪中心为原点，并将其作为球坐标中的增量码以方便进行测量的系统。该激光干涉测距技术的运用原理是机械的跟踪头发射出激光，并通过激光反射器对目标物体完成追踪，对目标物体的空间坐标的确定主要来源为：测量仪双轴测角与激光干涉测距这2个系统与反射器所在球坐标位置之间影响，同时根据激光跟踪测量仪自身校准参数、气象传感器等设备来校正和补偿系统内部或环境所产生误差，以进一步保障目标空间准确性。

4机组安装中对于激光跟踪测量实际应用

对于机组安装测量技术来说，除建立测量控制网这一核心技术外，还包括：设备组装测量、到货验收、安装测量和相关变形测量等技术。

4.1安装坐标系初始流程

4.1.1高程基准。为了更精确地得到最接均数的固定导叶并将其作为机组安装高程基准，通常会使用到高精度水准仪来对全部固定导叶中心线高程进行测量，与此同时计算出算术平均数；完成该步骤后，要在该固定导叶中心线上标记出永久性高程刻度标记，从而完成引入高程基准这一流程。4.1.2中心基准。一般情况下，在座环上与下镗口区域内，要使用AT901-B跟踪仪来均匀测量出关键的48点。另外，还要在确认座环上、下镗口96点基础上来拟合圆锥，以确定好初始安装坐标系中心（轴线）基准。4.1.3方位基准。根据相关设计要求可知，为确定初始安装坐标系方位基准，在设置初始安装坐标系X轴线正向时，通常都会将与蜗壳小头相连接固定导叶出水口（鼻端）顺时针旋转17.55°。在引入方位基准时，则会使用到AT901-B跟踪仪来测量鼻端，并与此同时需旋转坐标系，方位基准测量示意见图1。4.1.4初始安装坐标系。该流程是指在将高程基准所确定平面与拟合轴线交点为坐标原点基础上，将方位基准X轴正向、Z轴铅垂向上作为正方向，并根据右手法则来完成对水轮发电机组初始安装坐标系的建立。

4.2建立三维控制网

4.2.1工装准备。为进一步使控制网测量相关需求得以满足，需在相应位置放置CCR1.5球棱镜工装，并在实际应用过程中根据具体情况来改进，从而更好地完成对三维坐标控制网点的保存任务。4.2.2点位布设。为了降低测量点位根据温度而产生变化的可能性，在设置点位时，要将其分层于机坑内壁上。在这一过程中，要考虑到机组安装过程可视性，从而更有利于其复现及使用功能。一般步骤为：（1）依据3站为基准来初始安装坐标系，与此同时，在机坑内锥管平台、下机架基础和定子叠装平台共转3测站。（2）为了更好地形成测量控制网，需在机坑内壁▽258.28m、▽261.60m、▽267.10m和▽274.40m这4个地方来设立4层控制点（在每层控制点间隔45°处平面上均布8点），并以自下而上的顺序来将整个机坑和设备部件来进行覆盖。

4.3复现与使用控制网

在建立完成三维控制网前提下，任意选取3个不在同一平面控制点后，就能够精确地复现控制坐标系：（1）在机坑内，首先安装定子这一部件，且每次需测量时需把激光跟踪仪安放在定子叠装平台的合适位置。测量内容通常都是KZ3、KZ4中任意3点复现初始安装坐标系（在条件允许情况下可选择多个测量点位来提高复现精度）。（2）复现初始安装坐标系后，在安装定子机座组焊、定子叠片时，要使用激光跟踪仪来完成测量与控制工作。（3）叠装完毕定子后，即可测量已成型的定子铁心圆度拟合定子中心，并在这一过程中修整原始安装坐标系中心位置。另外，在通过转站修正KZ1~KZ4所有测点坐标后，将相关数据保存到原始安装坐标系中，以进一步为底环、顶盖等后续安装工序作指导，从而更好地提高机组水力中心和发电机旋转中心之间同心度。

5程序的编制及应用

5.1轴线摆度计算

确定包含机组转速、结构尺寸在内的一系列技术数据，启用程序，以自动化的方式运行，即可得到具体的轴线摆度计算结果。主要内容有：保证机组轴线的合理性，即该部分应完全达到相应的技术标准；机组轴线的偏心角和偏心值；机组轴线各测点的摆度值；机组轴线折弯图；摆度曲线图。

5.2导轴承间隙分配

计算前先确定基础数据，包含轴颈偏心值、转动部分中心偏差值及相应的各类结构设计数据，基于此类数据进行计算生成调整间隙值，以便机组安装工作人员根据该结果对导轴承间隙做出调整。

5.3转动部分旋转中心

为提高调整的精度，需提前确定各项具体的因素，包含转轮圆度、转轮摆度等，根据此类数据合理调整，确保转轮各处对称间隙的均匀性。基于所得的数据，按照特定的程序展开计算，可确定转轮旋转的偏心值及方位角、转轮摆度。为更高效地完成计算工作，在计算转轮旋转中心时，考虑的是0°、180°这2个角度下的数据，也可以根据需求采取其他方向的数据，例如0°、90°、180°、360°，各自的计算结果仅存在微小的差异。

6结语

现阶段，我国水电机组装载量正处于快速发展阶段，这意味着相关行业将面临更多的与与挑战。在此背景下，必须不断地进行优化装配调试，并与此同时采用更先进激光跟踪测量技术来开展水电机组装机工作，从而进一步提高我国水力发电效率。作者简介：齐彦峰（1988-），男，河南郑州人，中国水利水电第十二工程局有限公司，研究方向：水利水电工程测量。

参考文献

[1]卢存明.浅谈混流式水轮发电机组安装技术[J].红水河，2020，39（1）：61-65.

作者:齐彦峰 单位:中国水利水电第十二工程局有限公司h