Выполняемые работы

Выверка положения элементов основного оборудования гидротехнических сооружений

Специалисты ООО «Промышленная геодезия» разрабатывают и внедряют новые технологии выверки основного оборудования гидротехнических сооружений, которые гарантируют требуемую точность и высокую эффективность. Предлагаемые решения базируются на последних разработках в областях прикладной геодезии, информационных и компьютерных технологий. Мобильные промышленно-геодезические координатоопределяющие системы от фирмы Leica позволяют обмерять такие крупногабаритные конструкции как затворы водо и судопропускных сооружений, статоры гидроагрегатов, рабочие колеса гидротурбин др. с точностью до десятых долей миллиметра в реальных производственных условиях.

Контроль положения клиньев статора крупного гидрогенератора

Одним из условий эффективной работы крупных гидрогенераторов является соблюдение проектных геометрических характеристик сердечника статора и ротора. Учитывая высокие точностные требования (0.05 мм) и значительные габариты (Ø 10÷20 м при высоте до 3 м) этих механизмов решение такой задачи, требует разработки более точных и технологичных методов измерений, регулировки и фиксации конструктивно важных элементов статора учета и минимизации воздействия на результаты измерений значительного количества источников ошибок.

Традиционная технология разгонки клиньев предусматривает использование составных штихмасов, закрепленных на вертикальной колонне, установленной в центре статора (рис. 1 справа) и двух типов кондукторов. На полках корпуса статора при помощи временной фиксации устанавливаются базовые клинья. С помощью верхнего и нижнего шаблонов-кондукторов (рис. 1 слева) от первого вертикально установленного клина устанавливается тангенциальное положение следующего базового клина, а штихмасом определяется его радиальное положение. Шаблоны-кондукторы последовательно перемещают по всей длине окружности полок корпуса статора, фиксируя положение базовых клиньев, до замыкания на первый базовый клин. Для крупных статоров необходимо произвести 40÷60 перестановок кондуктора. Такая методика чрезвычайно чувствительна к ошибкам монтажников и требует изготовления шаблона-кондуктора с очень высокой точностью. Даже самые незначительные погрешности при 50 перестановках будут накапливаться и после замыкания приведут к недопустимой невязке смещению базовых клиньев. Величину невязки делят на количество перестановок и пропорционально смещают клинья в обратном направлении, закладывая на базовые поверхности шаблона щупы соответствующей толщины, распределяя (разгоняя) таким образом, невязку. Этот итерационный процесс может быть весьма длительным, а после фиксации планок клиньев точечной сваркой результаты кропотливой работы могут быть уничтожены сварочными деформациями, приводящими к недопустимым смещениям и разворотам клиньев.

После установки базовых клиньев переходят к монтажу промежуточных клиньев с теми же точностными требованиями.

Рис. 1. Разгонка клиньев с применением штихмаса и кондуктора — это искусство, а не технология

К сожалению, несоответствие размеров шаблона конструкторской документации — не единственная сложность применения традиционной технологии: шаблон базируется на внутренние грани клина, они в свою очередь изготовлены с различным качеством. На них налипают капли металла — от сварки. Геометрические характеристики клиньев часто не соответствуют требованиям ТД. Кроме того, шаблон необходимо устанавливать без перекоса в продольном и поперечном направлениях. Весь комплекс этих трудностей приводит к неоднозначной установке шаблона и размытию ошибок, вносимых несоответствием размеров кондуктора.

На современном этапе развития инженерной геодезии наиболее технологичным и универсальным методом определения положения и реальной формы поверхности крупногабаритного объекта сложной формы является координатоопределяющая технология [1]: на исследуемой поверхности объекта с помощью координатоопределяющей системы определяют пространственные координаты характерных точек (или значительного количества точек – облака точек), что позволяет вычислить необходимые геометрические характеристики обмеряемого объекта.

Подобная схема обмера обладает высокой гибкостью [2], позволяя однообразно определять такие геометрические параметры (рис. 2) сложных поверхностей, как длина, ширина, радиус кривизны, ориентация в пространстве, перемещение, соответствие заданной форме и др.

Рис. 2. Определение соосности элементов

Благодаря широкому применению автоматизированных высокоточных координатоопределяющих систем возможно применение этой технологии в реальном режиме времени — непосредственно контролируя перемещение выверяемого элемента конструкции.

Рис. 3. Полярный метод определения координат

Одним из наиболее популярных методов определения координат является полярный метод — пространственная полярная засечка. В этом случае высокоточным электронным тахеометром, лазерным трекером, лазерным сканером, лазерным радаром измеряются горизонтальные β, вертикальные углы ν и наклонные расстояния S до отражателя, установленного на поверхности обмеряемого объекта.

В большинстве измерительных систем, реализующих полярный метод, точность измерения расстояния (погрешность вдоль визирного луча) и угла (погрешность поперек визирного луча) различна и различается порой на один-два порядка. Выбирая наиболее рациональное расположение прибора относительно обмеряемого объекта, приходится анализировать множество факторов: точностные, полноты обзора, учитывать реальные условия измерений и особенности конструкции объекта. Наиболее рациональным с точки зрения равенства точности измерений и полноты обзора внутренней поверхности статора является расположение прибора в его центре. В этом случае точность определения радиальных расстояний будет целиком зависеть от погрешности светодальномера применяемого прибора. Для лазерного трекера Leica AT401 точность измерения расстояния 0.01 мм, что полностью соответствует требованиям конструкторской документации.

Более детальные исследования планируемых геодезических сетей могут быть выполнены с применением специализированного модуля универсального программного комплекса Spatial Analyzer — модуля SA USMN. Предрасчёт точности выполняется на основе априорно заданных геометрических связей, точности применяемых приборов, выбранных режимов измерений и др.

Рис. 4. Пример предрасчёта точности комбинированной сети двух лазерных трекеров и тахеометра Leica TCA1800

В нашей стране наиболее широкое применение для разгонки клиньев получили лазерные трекеры фирмы Leica. Они надежны, обладают высокой точностью и защищенностью.

Рис. 5. Контроль положения клиньев статора гидрогенератора BГСМ 1525/135-120 лазерным трекером Leica LTD800

Хорошую эффективность показал трекер новой серии Leica AT901. Функция динамического захвата цели и уменьшенное время прогрева после включения существенно увеличили скорость проведения разгонки.

Рис. 6. Разгонка клиньев статора гидрогенератора СВ 783/105-40УХЛ4 с применением лазерного трекера Leica AT901

Для проведения разгонки непосредственно в машинном зале, в условиях монтажа, наиболее рационально применение именно этого трекера. Он трекер мобилен, имеет малый вес (7 кг), защищен по стандарту IP54, может работать до 6÷8 часов от одного комплекта аккумуляторов, а при разряде допускает их смену без выключения трекера. У него повышена точность угловых датчиков горизонтального и вертикального круга — она составляет 0.5". Увеличена дальность и точность абсолютного дальномера до 160 м, при точности измерения 0.01 мм (если возможно обеспечить стабильность атмосферы на такой дистанции) т.е. с одной стоянки с его помощью можно обмерять объект размерами до 320 метров и решать задачи мониторинга деформаций. Поскольку ручка прибора съемная, трекер Leica AT901 не имеет ограничений по вертикальному углу в верхней полусфере (что ценно при работе в шахте гидроагрегата), а благодаря абсолютным датчикам угла нет ограничения по вращению в горизонтальной плоскости. Встроенная камера обзора позволяет оператору контролировать процесс наведения трекера на визирную цель. Для привязки трекера к отвесной линии в нем установлен высокоточный электронный уровень. В реальных производственных условиях наибольшее влияние на увеличение производительности оказывает наличие расширенной системы поиска визирной цели Power Lock установленной в Leica AT901 — мгновенное восстановление прерванного луча в диапазоне ±5º от визирной оси прибора. Для введения всех необходимых поправок Leica AT901 имеет встроенную метеостанцию. Удаленное управление автономно установленным трекером возможно без кабельного соединения с компьютером с передачей информации по WiFi.

Рис. 7. Разгонка клиньев статора гидрогенератора СВ 448/140-18TB4 с применением лазерного трекера Leica AT901

С применением новой методики контроля положения и ориентации клина устранен основной недостаток прежней методики — накопление ошибок. Координатоопределяющая технология позволяет каждый клин устанавливать независимо от остальных. Таким образом, возможные ошибки при монтаже отдельного клина не приведут к искажению результатов измерений большого числа элементов. Разделение на базовые и промежуточные клинья теряет смысл. Благодаря заранее подготовленной CAD модели измерительная система может определять отклонения в положении любого клина. Название операции, «разгонка клиньев», предполагало распределение накапливаемой ошибки. С применением координатоопредляющей технологии это установка клиньев в проектное положение.

Высокая степень автоматизации и скорость измерений позволяет проводить выверку в режиме реального времени — наблюдая за отклонением от проектного положения по данным на экране компьютера. Минимизировав отклонения, сразу фиксировать его планки клина точечной сваркой. При необходимости Leica AT401 может контролировать величину сварочных деформаций непосредственно во время фиксации. Из нашего опыта, несмотря на систему временной фиксации, до 40% клиньев недопустимо (более 0.1÷0.2 мм) смещаются после проведения точечной сварки. Их приходится срезать и повторять для них процедуру установки в проектное положение. Лазерный трекер позволяет контролировать величину сварочных деформаций и оперативно реагировать при обнаружении недопустимого смещения клиньев. Благодаря этому удается снизить количество повторно устанавливаемых клиньев до 10%.

Применение лазерного трекера Leica AT901 позволяет одним комплектом оборудования выполнять широкий круг измерительных задач  возникающих при создании, монтаже и дальнейшем сервисном обслуживании статоров крупных гидрогенераторов и гидроагрегатов в целом.

Рис. 8. Контроль формы сердечника статора после опресовки
Рис. 9. Векторная картограмма отклонений фактической поверхности сердечника статора от поверхности проектного цилиндра

[1] Обмер объектов крупного машиностроения в пространственных высотно-угловых сетях. Санкт-Петербургский государственный горный институт Тезисы докладов научной конференции «Полезные ископаемые России и их освоение». Санкт-Петербург, 1996

[2] Применение прецизионного электронного тахеометра для исследования взаимного расположения валов и механизмов бумагоделательных машин. Записки горного института, том 146  (маркшейдерское дело и геодезия) / Санкт-Петербургский горный институт, СПб., 2001