CN108195338A - 一种轴线测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种轴线测量装置及方法，涉及发电机组安装技术领域，轴线测量装置包括沿轴向间隔设置的基准单元和测量单元，基准单元具有基准底座、第一激光测距仪和数字望远镜，第一激光测距仪和数字望远镜均安装在基准底座的第一安装轴上，第一激光测距仪能绕第一安装轴转动且其发射的激光垂直于基准底座的轴线，数字望远镜的视准轴线与基准底座的轴线重合；测量单元具有测量底座和第二激光测距仪，第二激光测距仪安装在测量底座上且能绕测量底座的轴转动，第二激光测距仪发射的激光垂直于测量底座的轴线，测量底座朝向基准单元一端的端面上设有刻度线，刻度线的零点与测量底座的轴线重合。该轴线测量装置及方法能够降低人为误差，缩短测量时间。

Description

一种轴线测量装置及方法

技术领域

本发明涉及发电机组安装技术领域，特别涉及一种轴线测量装置及方法。

背景技术

发电机组装机、设备大修均涉及转动及固定部件的安装工作。水轮发电机组转动部件的同轴度是其安装质量的重要指标。其中，水轮发电机组机组轴线包括发电机主轴线、发电机与水轮机连轴后总轴线，以及励磁机整流子及滑环处的轴线，这些轴线的测量和调整可以分段逐次进行，也可一并进行，对发电机组转动轴线的测量与调整是一项重要工作。

然而，目前发电机组轴线的测量大多使用较为传动的工具及方法。其中最为常见的钢琴线耳机法的原理是使用钢琴线、重锤、求心架、内径千分盘、导线、耳机、标高轴线架等工具。首先将发电机组基准部件位置确定并安装牢靠。以立式水轮发电机组为例，先将位于机组最下方的水轮机下迷宫环密封安装完毕，并以下迷宫环轴线作为水轮发电机组的旋转轴线。为了使得旋转轴线可视化，需要从水轮发电机组最上端机架处安装求心器，并向下放设带有铅垂的钢琴线，使得钢琴线与下迷宫环轴线重合。这样此钢琴线即为发电机组的轴线，各个具有同轴度关系的部件均通过测量人员手持内径千分尺的方法，测量与钢琴线的距离，并通过耳机中电流反馈进行判断内径千分尺同钢琴线的接触情况，进而对部件安装位置进行调整，最终使得各部件同轴度满足安装要求。

钢琴线耳机法在实施过程中存在以下问题：1、效率低，每一个部件调整前后需要反复测量与钢琴线的距离。2、可信度相对减低，钢琴线耳机法受测量人的感觉差异影响，测量出的数据往往存在差异，相同测量人，不同位置的测量结果也可能不同。

因此，开发一种轴线测量装置及方法，避免人为误差，提高工作效率成为一件非常迫切的事情。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴线测量装置及方法，能够降低人为误差，缩短测量耗费时间。

为达到上述目的，本发明提出一种轴线测量装置，其中，所述轴线测量装置包括沿轴向间隔设置的：

基准单元，具有基准底座、第一激光测距仪和数字望远镜，所述第一激光测距仪和所述数字望远镜均安装在所述基准底座上，所述第一激光测距仪能绕所述基准底座的轴线转动，并且所述第一激光测距仪发射的激光垂直于所述基准底座的轴线，所述数字望远镜的视准轴线与所述基准底座的轴线重合；

测量单元，具有测量底座和第二激光测距仪，所述第二激光测距仪安装在所述测量底座上且能绕所述测量底座的轴线转动，所述第二激光测距仪发射的激光垂直于所述测量底座的轴线，所述测量底座朝向所述基准单元一端的端面上设有刻度线，所述刻度线的零点与所述测量底座的轴线重合。

如上所述的轴线测量装置，其中，所述基准底座具有沿其轴线凸出的第一安装轴，所述第一激光测距仪安装在所述第一安装轴上且能绕所述第一安装轴转动，所述数字望远镜安装在所述第一安装轴的端部，所述测量底座背向所述刻度线的另一端的端面上设有沿所述测量底座的轴线凸出的第二安装轴，所述第二激光测距仪安装在所述第二安装轴上且能绕所述第二安装轴转动。

如上所述的轴线测量装置，其中，所述基准底座和所述测量底座均呈圆盘形，所述测量底座间隔设置在所述基准底座的上方，所述第一安装轴设置在所述基准底座的上表面，所述第二安装轴设置在所述测量底座的上表面，所述刻度线设置在所述测量底座的下表面。

如上所述的轴线测量装置，其中，所述测量底座的下表面安装有水平设置的铟钢尺，所述刻度线设置在所述铟钢尺上。

如上所述的轴线测量装置，其中，所述基准底座上和所述测量底座上均设置有水平传感器。

如上所述的轴线测量装置，其中，所述水平传感器为电子水平仪。

如上所述的轴线测量装置，其中，所述基准底座上和所述测量底座上均设置有调整机构，每个所述调整机构均包括基座和四个调整螺栓，所述基座呈圆筒状并套设在所述基准底座外或所述测量底座外，每个所述调整螺栓均贯穿所述基座的侧壁并顶抵在所述基准底座或所述测量底座上，每个所述调整螺栓均与所述基座螺纹配合，四个所述调整螺栓沿所述基座的周向均布。

本发明还提出一种轴线测量方法，使用如上所述的轴线测量装置，其中，所述轴线测量方法包括：

步骤A1，将所述基准单元设置在发电机组基准部件的中心处，将所述测量单元设置在发电机组待测量部件的中心处；

步骤A2，通过所述基准单元确定所述基准部件的轴线，并使所述基准底座的轴线与所述基准部件的轴线重合；

步骤A3，通过所述测量单元确定所述待测量部件的轴线，并使所述测量底座的轴线与所述待测量部件的轴线重合；

步骤A4，通过所述数字望远镜观测所述刻度线，所述数字望远镜的视准轴线与所述刻度线其零度的差值即为所述基准部件与所述待测量部件的同轴度偏差值。

如上所述的轴线测量方法，其中，所述步骤A2包括：所述第一激光测距仪向所述基准部件的内环面发射测距激光且该测距激光垂直于所述基准部件的内环面，所述第一激光测距仪绕所述基准底座的轴线转动，调整所述基准底座的位置，使第一激光测距仪转动至不同位置处的测量结果均相同，确定所述基准部件的轴线；

所述步骤A3包括：所述第二激光测距仪向所述待测量部件的内环面发射测距激光且该测距激光垂直于所述待测量部件的内环面，所述第二激光测距仪绕所述测量底座的轴线转动，调整所述待测量底座的位置，使所述第二激光测距仪转动至不同位置处的测量结果均相同，进而确定所述待测量部件的轴线。

如上所述的轴线测量方法，其中，发电机组为立式水轮发电机组，所述基准底座和所述待测量底座上均设置有水平传感器，所述步骤A1还包括通过所述水平传感器调整所述基准底座和所述测量底座的位置，使所述基准底座的轴线和所述测量底座的轴线分别与对应的重锤线重合。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

本发明提出的轴线测量装置及轴线测量方法，利用第一激光测距仪、第二激光测距仪快速确定基准部件轴线、待测量部件轴线的位置，进而实现快速测量两个部件同心度偏差，采用了高精度的激光测距仪提高测量精度，利用激光测距仪的电子读数替代人工读数，降低人为误差，缩短测量耗费时间，同时可以少人完成测量，降低人工成本，提高测量效率。

在调整发电机组转动轴线的工作中，采用本发明提出的轴线测量装置及轴线测量方法测量两个部件同心度偏差数据，再依照上述数据对发电机组转动轴线进行调整，能够提高发电机组转动轴线的调整效率。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明中基准单元的结构示意图(一)；

图2为本发明中基准单元的结构示意图(二)；

图3为本发明中基准单元的结构示意图(三)；

图4为本发明中测量单元的结构示意图(一)；

图5为本发明中测量单元的结构示意图(二)；

图6为本发明中测量单元的结构示意图(三)；

图7为本发明轴线测量方法的示意图(一)；

图8为本发明中轴线测量方法的示意图(二)。

附图标记说明：

110、基准单元； 111、基准底座；

112、第一激光测距仪； 1111、第一安装轴；

113、数字望远镜； 120、测量单元；

121、测量底座； 1211、第二安装轴；

122、第二激光测距仪； 123、铟钢尺；

130、水平传感器； 140、调整机构；

141、基座； 142、调整螺栓；

200、基准部件； 300、待测量部件。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

请参考图1至图8，本发明提出的轴线测量装置包括沿轴线测量装置的轴向间隔设置的基准单元110和测量单元120，如图1至图3所示，基准单元110具有基准底座111、第一激光测距仪112和数字望远镜113，第一激光测距仪112和数字望远镜113均安装在第一安装轴1111上，第一激光测距仪112能绕基准底座111的轴线转动，并且第一激光测距仪112发射的激光垂直于基准底座111的轴线，数字望远镜113的视准轴线(也就是数字望远镜113的视线)与基准底座111的轴线重合；如图4至图6所示，测量单元120具有测量底座121和第二激光测距仪122，第二激光测距仪122安装在测量底座121上且能绕测量底座121的轴线转动，第二激光测距仪122发射的激光垂直于测量底座121的轴线，测量底座121朝向背向基准单元110一端的端面上设有刻度线，刻度线的零点与测量底座121的轴线重合。

本发明还提出一种发电机组轴线测量方法，使用如上所述的轴线测量装置，如图7、图8所示，该轴线测量方法包括：

步骤A1，将基准单元110设置在发电机组基准部件200的中心处，将测量单元120设置在发电机组待测量部件300的中心处，并使基准单元110的数字望远镜113和测量单元120的刻度线相对设置；

步骤A2，利用第一激光测距仪112测量基准底座111到基准部件200内环面的距离，调整基准底座111位置使基准底座111的轴线与基准部件200的轴线重合，以确定基准部件200的轴线；

步骤A3，利用第二激光测距仪122测量测量底座121到待测量部件300内环面的距离，调整测量底座121位置使测量底座121的轴线与待测量部件300的轴线重合，以确定待测量部件300的轴线；

步骤A4，通过数字望远镜113观测刻度线，数字望远镜113的视准轴线与零度的差值(也就是基准底座111的轴线与测量底座121的轴线的差值)即为基准部件200与待测量部件300的同轴度偏差。

本发明提出的轴线测量装置及轴线测量方法，利用第一激光测距仪112、第二激光测距仪122快速确定基准部件200的轴线、待测量部件300的轴线位置，进而实现快速测量两个部件(基准部件200和待测量部件300)同心度偏差，采用了高精度的激光测距仪提高测量精度，利用激光测距仪的电子读数替代人工读数，降低人为误差，缩短测量耗费时间，同时可以少人完成测量，降低人工成本，提高测量效率。

在调整发电机组转动轴线的工作中，采用本发明提出的轴线测量装置及轴线测量方法测量两个部件(基准部件200和待测量部件300)同心度偏差数据，再依照上述数据对发电机组转动轴线进行调整，能够提高发电机组转动轴线的调整效率。

在本发明中，第一激光测距仪112、第二激光测距仪122和数字望远镜113(也称数码望远镜)均可以采用现有技术。

在本发明中，刻度线可以为十字交叉式的刻度线，刻度线的零点位于十字交叉的中心处；刻度线也可以是直线形的刻度线，以零点为其中心，在零点的两侧对称设置有正数刻度和负数刻度，正数刻度和负数刻度分别依次排列。

在本发明一个可选的例子中，基准底座111具有沿其轴线凸出的第一安装轴1111，第一激光测距仪112安装在第一安装轴1111上且能绕第一安装轴1111的轴线转动，数字望远镜113安装在第一安装轴1111的端部；测量底座121背向刻度线的另一端的端面上设有沿测量底座121的轴线凸出的第二安装轴，第二激光测距仪122安装在第二安装轴1211上且能绕第二安装轴1211转动。

在本发明一个可选的例子中，步骤A2包括：第一激光测距仪112向基准部件200的内环面发射测距激光且该测距激光垂直于基准部件200的内环面，测量基准底座111到基准部件200内环面的距离，第一激光测距仪112绕第一安装轴1111转动，调整基准底座111的位置，使第一激光测距仪112转动至不同位置处的测量结果(基准底座111到基准部件200内环面的距离)均相同，基准底座111的轴线与基准部件200的轴线重合，进而确定基准部件200的轴线；

步骤A3包括：第二激光测距仪122向待测量部件300的内环面发射测距激光且该测距激光垂直于待测量部件300的内环面，测量测量底座121到待测量部件300内环面的距离，第二激光测距仪122绕第二安装轴1211转动，调整测量底座121的位置，使第二激光测距仪122转动至不同位置处的测量结果(测量底座121到待测量部件300内环面的距离)均相同，测量底座121的轴线与待测量部件300的轴线重合，进而确定待测量部件300的轴线。

在本发明一个可选的例子中，基准底座111和测量底座121均呈圆盘形，测量底座121间隔设置在基准底座111的上方，第一安装轴1111设置在基准底座111的上表面，第二安装轴1211设置在测量底座121的上表面，刻度线设置在测量底座121的下表面。

在本发明一个可选的例子中，基准底座111上和测量底座121上均设置有水平传感器130。

在本发明一个可选的例子中，水平传感器130为电子水平仪。电子水平仪能够保持基准底座111和测量底座121水平设置。

在本发明一个可选的例子中，发电机组为立式水轮发电机组，步骤A1还包括通过水平传感器130调整基准底座111、测量底座121的位置，使基准底座111的轴线和测量底座121的轴线均与重锤线重合。从而保证第一激光测距仪112向基准部件200的内环面发射的测距激光垂直于基准部件200的内环面；第二激光测距仪122向待测量部件300的内环面发射的测距激光垂直于待测量部件300的内环面；使得第一激光测距仪112发射的测距激光旋转所形成平面平行于基准底座111，第二激光测距仪122发射的测距激光旋转所形成的平面平行于测量底座121。

在本发明一个可选的例子中，基准底座111上和测量底座121上均设置有调整机构140，调整机构140能够对基准底座111、测量底座121的水平位置进行快速调整，每个调整机构140均包括基座141和四个调整螺栓142，基座141呈圆筒状并套设在基准底座111或测量底座121外，每个调整螺栓142均贯穿基座141的侧壁并顶抵在基准底座111上或测量底座121上，每个调整螺栓142均与基座141螺纹配合，四个调整螺栓142沿基座141的周向均布。当需要对基准底座111、测量底座121的位置进行微调时，只需要转动与其对应配合的调整机构140上的调整螺栓142，改变调整螺栓142伸入基座141内的长度，即可改变基准底座111、测量底座121的位置，方便快捷。

在本发明一个可选的例子中，测量底座121的下表面设有铟钢尺123，刻度线设置在铟钢尺123上。具体的铟钢尺123应与测量底座121保持相对水平，刻度线设置在铟钢尺123的下表面且刻度线的零点设置在测量底座121的轴线上。

在本发明一个可选的例子中，基准单元110设置在基准支架上；测量单元120设置在测量支架上(图中未示出)。

在一个可选的例子中，基准支架和测量支架均为三脚架，三角架的顶端设置有支撑平台，支撑平台的上表面为水平面，圆筒状的基座141竖直设置在支撑平台的上表面。

本发明提出的轴线测量装置及轴线测量方法的工作原理如下：

例如，发电机组的上机架是一个具有同轴度安装要求的部件(即待测量部件300)，而水轮机下迷宫环中轴线一般作为机组的轴线(即水轮机下迷宫环为基准部件200)，安装机组时，要求机组各个部件的轴线在一条轴线上(即上机架的轴线和水轮机下迷宫环的轴线在一条轴线上)，即有一定的同轴度要求。此时便可以使用本发明提出的轴线测量装置及轴线测量方法，对水轮机下迷宫(基准部件200)的轴线及上机架(待测量部件300)的轴线进行测量，并调整上机架的位置，使得上机架轴线与迷宫环轴线满足同轴度要求。

首先，将基准单元110设置在水轮机下迷宫环(基准部件200)的中心处，将测量单元120设置在上机架(待测量部件300)的中心处，并使基准单元110的数字望远镜113和测量单元120的刻度线相对设置；

之后，第一激光测距仪112在水轮机下迷宫环(基准部件200)中心处向水轮机下迷宫环(基准部件200)内环面发射一束测距激光，第一激光测距仪112可以测得基准底座111到基准部件200内环面的距离(圆中心到圆周的距离)，通过旋转测距激光、调整基准底座111位置使上述距离达到将基准底座111的中心与水轮机下迷宫环(基准部件200)中心保持一致即得到中心位置，进而确定水轮机下迷宫环(基准部件200)的轴线；

然后，第二激光测距仪122在上机架(待测量部件300)中心处发射测距激光，测得上机架(待测量部件300)的轴线(中心)位置，具体发生和步骤与基准单元110基本相同，在此不进行赘述；此时，第一激光测距仪112、第二激光测距仪122均达到的各自对应部件的中心；

再然后，在水轮机下迷宫环(基准部件200)中心位置处使用数字望远镜113(电子探测器)朝上观测，读取上机架(待测量部件300)中心处的测量底座121下表面铟钢尺的读数得到两个中心的偏差(即同轴度偏差)；

最后，保持水轮机下迷宫环(基准部件200)不动，调整上机架(待测量部件300)的水平方向的安装位置，再利用测量单元120确定上机架(待测量部件300)的轴线位置，并通过数字望远镜113读取同轴度偏差，重复本步骤直至同轴度偏差值降低至规定范围内(满足同轴度要求)，使得上机架(待测量部件300)的中心和水轮机下迷宫环(基准部件200)的中心在同一条轴线上。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (10)

1.一种轴线测量装置，其特征在于，所述轴线测量装置包括沿轴向间隔设置的：

基准单元，具有基准底座、第一激光测距仪和数字望远镜，所述第一激光测距仪和所述数字望远镜均安装在所述基准底座上，所述第一激光测距仪能绕所述基准底座的轴线转动，并且所述第一激光测距仪发射的激光垂直于所述基准底座的轴线，所述数字望远镜的视准轴线与所述基准底座的轴线重合；

测量单元，具有测量底座和第二激光测距仪，所述第二激光测距仪安装在所述测量底座上且能绕所述测量底座的轴线转动，所述第二激光测距仪发射的激光垂直于所述测量底座的轴线，所述测量底座朝向所述基准单元一端的端面上设有刻度线，所述刻度线的零点与所述测量底座的轴线重合。

2.如权利要求1所述的轴线测量装置，其特征在于，所述基准底座具有沿其轴线凸出的第一安装轴，所述第一激光测距仪安装在所述第一安装轴上且能绕所述第一安装轴转动，所述数字望远镜安装在所述第一安装轴的端部，所述测量底座背向所述刻度线的另一端的端面上设有沿所述测量底座的轴线凸出的第二安装轴，所述第二激光测距仪安装在所述第二安装轴上且能绕所述第二安装轴转动。

3.如权利要求2所述的轴线测量装置，其特征在于，所述基准底座和所述测量底座均呈圆盘形，所述测量底座间隔设置在所述基准底座的上方，所述第一安装轴设置在所述基准底座的上表面，所述第二安装轴设置在所述测量底座的上表面，所述刻度线设置在所述测量底座的下表面。

4.如权利要求3所述的轴线测量装置，其特征在于，所述测量底座的下表面安装有水平设置的铟钢尺，所述刻度线设置在所述铟钢尺上。

5.如权利要求1所述的轴线测量装置，其特征在于，所述基准底座上和所述测量底座上均设置有水平传感器。

6.如权利要求5所述的轴线测量装置，其特征在于，所述水平传感器为电子水平仪。

7.如权利要求1所述的轴线测量装置，其特征在于，所述基准底座上和所述测量底座上均设置有调整机构，每个所述调整机构均包括基座和四个调整螺栓，所述基座呈圆筒状并套设在所述基准底座外或所述测量底座外，每个所述调整螺栓均贯穿所述基座的侧壁并顶抵在所述基准底座或所述测量底座上，每个所述调整螺栓均与所述基座螺纹配合，四个所述调整螺栓沿所述基座的周向均布。

8.一种轴线测量方法，使用如权利要求1至7中任意一项所述的轴线测量装置，其特征在于，所述轴线测量方法包括：

步骤A1，将所述基准单元设置在发电机组基准部件的中心处，将所述测量单元设置在发电机组待测量部件的中心处；

步骤A2，通过所述基准单元确定所述基准部件的轴线，并使所述基准底座的轴线与所述基准部件的轴线重合；

步骤A3，通过所述测量单元确定所述待测量部件的轴线，并使所述测量底座的轴线与所述待测量部件的轴线重合；

步骤A4，通过所述数字望远镜观测所述刻度线，所述数字望远镜的视准轴线与所述刻度线其零度的差值即为所述基准部件与所述待测量部件的同轴度偏差值。

9.如权利要求8所述的轴线测量方法，其特征在于，所述步骤A2包括：所述第一激光测距仪向所述基准部件的内环面发射测距激光且该测距激光垂直于所述基准部件的内环面，所述第一激光测距仪绕所述基准底座的轴线转动，调整所述基准底座的位置，使第一激光测距仪转动至不同位置处的测量结果均相同，确定所述基准部件的轴线；

所述步骤A3包括：所述第二激光测距仪向所述待测量部件的内环面发射测距激光且该测距激光垂直于所述待测量部件的内环面，所述第二激光测距仪绕所述测量底座的轴线转动，调整所述待测量底座的位置，使所述第二激光测距仪转动至不同位置处的测量结果均相同，进而确定所述待测量部件的轴线。

10.如权利要求8所述的轴线测量方法，其特征在于，发电机组为立式水轮发电机组，所述基准底座和所述待测量底座上均设置有水平传感器，所述步骤A1还包括通过所述水平传感器调整所述基准底座和所述测量底座的位置，使所述基准底座的轴线和所述测量底座的轴线分别与对应的重锤线重合。