《軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗規(guī)程》編制說明征求意見階段

《軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡試

驗規(guī)程》

編制說明

標準編制組

二〇二二年十一月

《軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗規(guī)程》

編制說明

一、任務(wù)來源及工作簡況

1.任務(wù)來源

根據(jù)國家能源局綜合司《關(guān)于下達2019年能源領(lǐng)域行業(yè)標準制

（修）訂計劃及英文版翻譯出版計劃的通知》（國能綜通科技[2019]58

號）的要求，編制《軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗規(guī)程》。

計劃編號：能源20190615。

2.編制單位

中國長江電力股份有限公司

3.編制過程

（1）2019年8月，中國長江電力股份有限公司成立標準編制工

作組，全面啟動了標準編制工作。在資料整理分析的基礎(chǔ)上，初步確

定了標準編制工作的指導(dǎo)思想、工作原則及研究工作的方式，初步提

出了標準框架。

（2）2019年9月至2019年10月，編制組結(jié)合現(xiàn)行國家標準、

總結(jié)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗經(jīng)驗，進行了深入研究與專題

研討，完成技術(shù)標準大綱編制，包括：范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語

和定義、轉(zhuǎn)輪靜平衡方法、靜平衡試驗、相關(guān)附錄。

（3）2019年11月至2020年10月，編制組對現(xiàn)有軸流轉(zhuǎn)槳式水

輪機轉(zhuǎn)輪常用靜平衡的試驗原理、試驗方法和試驗步驟進行了系統(tǒng)的

3

歸納、總結(jié)和篩選等專題研究工作，編制形成《軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)

輪靜平衡試驗規(guī)程》（初稿）。

（4）2022年12月-2023年2月，水輪發(fā)電機及電氣設(shè)備標準化

技術(shù)委員會召開專題會議組織進行了會審，編制組按照會審意見進行

了修改完善，具備征求意見條件。

（5）2023年4月，編制組按照征求意見情況，對標準進行了修

改完善，形成標準送審稿。

（6）2023年11月，中電聯(lián)標準化管理中心組織了審查，編制組

按照審查意見進行了修改完善，形成標準報批稿。

二、主要內(nèi)容

1試驗一般要求

1.1軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪在制造廠內(nèi)初次裝配、檢修更換葉片

或出現(xiàn)其他影響轉(zhuǎn)輪質(zhì)量不平衡的情況時須進行靜平衡試驗。靜平衡

試驗一般可分為初平衡、葉片選配、總平衡三個步驟。

1.2初平衡是針對轉(zhuǎn)輪體和連接體形成的組合體（稱為初平衡組

合體）進行的靜平衡試驗，其作用是檢查初平衡組合體的不平衡量和

偏心方位。

1.3葉片選配是以總平衡時的配重質(zhì)量最小為目標，根據(jù)初平衡

組合體的不平衡量、偏心方位，綜合考慮各葉片的質(zhì)量偏差，確定各

葉片的最優(yōu)安裝位置。

1.4總平衡是針對轉(zhuǎn)輪體、連接體及葉片形成的組合體（稱為總

平衡組合體）進行的靜平衡試驗，通過平衡配重使剩余不平衡量滿足

4

U

許用不平衡量的要求。許用不平衡量per可按照公式（1）進行計算或

遵照合同要求。

eperM

U

per1000（1）

式中：

——許用剩余不平衡量，單位：kg·m；

eper——許用剩余不平衡度，單位：kg·m；

e

per——所選用的平衡品質(zhì)級別的數(shù)值，單位：mm/s，根據(jù)GB/T

9239.1-2006，水輪機選用的平衡品質(zhì)級別為G6.3，對應(yīng)數(shù)值為

6.3mm/s；

M——被測轉(zhuǎn)輪質(zhì)量的數(shù)值，單位：kg；

——轉(zhuǎn)輪最高工作轉(zhuǎn)速（飛逸轉(zhuǎn)速）時的角速度，單位：rad/s，

n/10n

≈p,其中p為飛逸轉(zhuǎn)速，單位：r/min。

2試驗準備及注意事項

2.1靜平衡試驗需具備條件

進行靜平衡試驗前，應(yīng)具備以下條件：

轉(zhuǎn)輪體處于倒置狀態(tài)；

葉片處于倒置狀態(tài)；

靜平衡試驗裝置及輔助工具準備完畢；

轉(zhuǎn)輪同步頂升裝置檢查合格；

試驗相關(guān)的儀器儀表、計量器具及壓力傳感器檢定合格。

2.2靜平衡試驗注意事項

靜平衡試驗應(yīng)特別注意以下事項：

5

靜平衡試驗應(yīng)在專用工位進行；

全試驗過程中，須做好防止轉(zhuǎn)輪傾覆的措施；

裝配靜平衡工具以及試驗過程中，轉(zhuǎn)輪的起吊應(yīng)緩慢，嚴禁沖擊；

作業(yè)區(qū)應(yīng)寬敞、安靜，無振動、風力等外力干擾。

3鋼球鏡板法

3.1試驗裝置

3.1.1鋼球鏡板法靜平衡試驗裝置主要由平衡螺桿、螺套、平衡

球、平衡墊板、平衡底板、底座等組成，見圖1。

1.平衡螺桿2.螺套3.平衡球4.平衡墊板5.平衡底板

6.平衡托架

7.底座8.連接體9.葉片10.轉(zhuǎn)輪體11.水平板12.同

步頂升裝置

圖1鋼球鏡板法靜平衡試驗裝置示意圖

3.1.2試驗平臺和平衡裝置底座的水平度應(yīng)不大于0.02mm/m。

6

3.1.3平衡墊板應(yīng)無裂紋、凹坑等缺陷，在待平衡轉(zhuǎn)輪的重力作

用下，平衡墊板的水平度應(yīng)不大于0.02mm/m。

3.1.4在平衡托架安裝過程中，應(yīng)注意不要碰傷軸瓦。

3.2初平衡

3.2.1穩(wěn)定性檢查

穩(wěn)定性檢查步驟如下：

（a)將裝上平衡工具的初平衡組合體吊放在同步頂升裝置上，并

使平衡球與平衡墊板保持一定距離；

（b)在對稱180°方向安裝2個水平板。安裝時組合面應(yīng)清掃干

凈，使水平板能夠真實反映初平衡組合體的水平；

（c)緩慢下旋平衡螺桿，使平衡球與平衡墊板接觸。緩慢降低同

步頂升裝置，觀察初平衡組合體在平衡球的支撐下是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；

（d)若初平衡組合體有向任一方向傾倒的趨勢（即處于不平衡狀

態(tài)）時，則需用同步頂升裝置將初平衡組合體頂起，調(diào)整平衡螺桿高

度或平衡墊板厚度，然后重復(fù)上述步驟，直至初平衡組合體在平衡球

的支撐下處于穩(wěn)定狀態(tài)為止；

注：穩(wěn)定狀態(tài)驗證：在初平衡組合體外緣任意位置放置一重物，

該處可以下降，當重物拆除后又能回升，此時初平衡組合體處于穩(wěn)定

平衡狀態(tài)。

3.2.2平衡裝置靈敏度檢查調(diào)整

在初平衡組合體處于穩(wěn)定狀態(tài)后，即可以進行靜平衡裝置的靈敏

度檢查。

7

靜平衡裝置的靈敏度可用初平衡組合體的質(zhì)心與平衡球中心之間

的距離來表示，見圖2，可按照公式（2）進行計算

圖2靈敏度檢查受力分析示意圖

PRMR

h

MH(2)

式中：

h——初平衡組合體的質(zhì)心與平衡球中心距離的計算值，單位：mm；

P——初平衡組合體所加試重塊的質(zhì)量，單位：kg；

H——初平衡組合體加試重塊位置的下沉量，單位：mm；

R——下沉量的測點與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)軸線的距離（半徑），單位：mm；

μ——滾動摩擦系數(shù)，單位：mm。對鋼與鋼，一般為0.01～0.02mm；

M——初平衡組合體的質(zhì)量，單位：kg。

調(diào)整初平衡組合體的質(zhì)心與平衡球中心的距離h，使之符合轉(zhuǎn)輪

制造廠家的靜平衡技術(shù)要求，具體方法如下：

8

將質(zhì)量不同的試重塊P1、P2、P3（單位：kg），分別放置在初平衡

組合體的同一位置上；

用百分表分別測出放置試重塊后，加試重塊位置的下沉量H1、H2、

H3（單位：mm）；

將、和、分別帶入公式（2），可計算出初平衡組合體的

質(zhì)心與平衡球中心的距離h，及平衡球與平衡墊板間的滾動摩擦系數(shù)

μ。

PPR2

h12

HHM

12（3）

PHPHR

2112

HHM

12（4）

用和對公式（3）（4）的計算結(jié)果進行校核。

若h符合要求，則認為靜平衡裝置的靈敏度合格。

若h不符合要求，重新調(diào)節(jié)平衡螺桿的高度，或平衡墊板的厚度，

重復(fù)完成上述步驟，直至靜平衡裝置的靈敏度合乎要求為止。

靜平衡裝置的靈敏度調(diào)整合格后，須對平衡螺桿采取防松措施。

3.2.3剩余不平衡量計算

在初平衡組合體處于平衡球和平衡墊板支撐的自由狀態(tài)時，將水

平儀架設(shè)在水平板上，測量X、Y方向的傾斜度，分別為x、y（單位：

mm/m）。計算初平衡組合體剩余傾斜度δ和傾斜方位，計算方法如下：

=22

xy（5）

arctgy

x（6）

計算剩余不平衡量：

9

UM=h106（7）

公式（5）（6）（7）中：

U——初平衡組合體的剩余不平衡量，單位：kg·m；

——初平衡組合體的剩余傾斜度，單位：mm/m；

M——初平衡組合體的質(zhì)量，單位：kg；

h——初平衡組合體的質(zhì)心與平衡球中心的距離，采用公式（3）

計算值，單位：mm；

——傾斜方位與+X軸的夾角，單位：rad。

3.2.4平衡配重

U

若≤per，則初平衡合格，否則應(yīng)進行配重檢查。

平衡配重質(zhì)量按以下公式計算：

hM103

P

R（8）

式中：

P——計算配重質(zhì)量，單位：kg；

M——初平衡組合體的質(zhì)量，單位：kg；

δ——初平衡組合體的剩余傾斜度，單位：mm/m；

μ——平衡球與平衡墊板間的滾動摩擦系數(shù)，采用公式（4）計算

值，單位：mm；

R——所加配重的質(zhì)心與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)軸線的距離，單位：mm；

h——初平衡組合體的中心與平衡球中心的距離，采用公式（3）

計算值，單位：mm。

根據(jù)上述計算結(jié)果，在初平衡組合體輕的一側(cè)放置配重塊，用水

10

U

平儀測量傾斜度δ，并根據(jù)公式（7）計算剩余不平衡量U。若≤per，

則初平衡合格，否則需進行重新配重。測量記錄合格后附加配重的質(zhì)

量Pc、半徑Rc和方位c。

3.3葉片選配

3.3.1葉片質(zhì)量和質(zhì)心位置應(yīng)在葉片出廠前進行測定并有記錄。

3.3.2初平衡組合體不平衡量按初平衡時的合格配重量計算，為

U

PcRc，位于合格配重的對稱位置。將其分解到X、Y方向，分別記為x

U

和y。

3.3.3葉片選配計算。在不同的葉片位置組合下，分別對X軸和

U

Y軸求矩，見圖3，使得計算不平衡量1最小，計算不平衡量的大小和

方位。

圖3葉片選配計算示意圖

計算不平衡量的大小和方位可按以下公式進行計算：

2

UWWYU2XU

1iixiiy（9）

11

WXU

arctgiiy

WYU

iix（10）

公式（9）（10）中：

U

1——計算不平衡量，單位：kg·m；

W

i——某一葉片質(zhì)量，單位：kg；

X

i——某一葉片質(zhì)心的X坐標，單位：m；

Y

i——某一葉片質(zhì)心的Y坐標，單位：m；

U

x——初平衡組合體不平衡量的X軸分量，單位：kg·m；

U

y——初平衡組合體不平衡量的Y軸分量，單位：kg·m；

——計算不平衡量與+X軸的夾角，單位：rad。

計算不平衡量最小時的葉片位置，即為葉片選配的建議位置。

3.4總平衡

3.4.1初平衡完成后，拆除連接體，將轉(zhuǎn)輪體吊起檢查平衡球和

墊板是否有裂紋或凹坑，若有則須及時進行更換處理。

3.4.2將轉(zhuǎn)輪體放置在專用工位，按照選配好的葉片編號吊裝葉

片（葉片在倒置狀態(tài)），用工具螺桿通過連接板將葉片把緊在轉(zhuǎn)輪體上，

葉片的安裝角度應(yīng)相同，一般在全關(guān)位置。

3.4.3安裝連接體后，按照初平衡的方法再次進行靜平衡試驗。

3.4.4總平衡合格后,記錄所加配重塊的質(zhì)量、半徑和方位。并

將此結(jié)果按力矩相等的原理折算至連接體或轉(zhuǎn)輪體的配重塊安裝位

置。

UU

3.4.5配重塊安裝完畢后,進行平衡試驗復(fù)核。若per，則總

平衡合格，否則應(yīng)再次配重，直至符合要求。最終配重質(zhì)量、半徑和

12

PR

方位分別記為pz、pz、pz。

4三支點稱重法

4.1試驗裝置

4.1.1三支點稱重法靜平衡試驗裝置主要由平衡盤、壓力傳感

器、平衡底座等組成，見圖4。

1.連接體2.轉(zhuǎn)輪體3.葉片4.平衡盤5.壓力壓力傳感器6.

平衡底座7.同步頂升裝置

圖4三支點稱重法靜平衡試驗裝置示意圖

4.1.2用平衡盤及其專用固定工具將三個稱重式壓力傳感器均

布固定在轉(zhuǎn)輪上，以確保試驗過程中壓力傳感器與轉(zhuǎn)輪的相對位置不

變。

4.1.3三個壓力傳感器的分布圓與轉(zhuǎn)輪的同心是通過平衡盤與

轉(zhuǎn)輪的配合精度來保證的。

4.1.4試驗平臺和平衡底座的水平度應(yīng)不大于0.02mm/m。

13

4.1.5壓力傳感器選型應(yīng)滿足試驗精度要求。

4.2初平衡

4.2.1同步頂升裝置、壓力傳感器、平衡底座等平衡工具全部安

裝到位后，方可開始靜平衡試驗。

4.2.2在初平衡組合體上的三個壓力傳感器位置分別編號為A、

B、C，在各編號對面180°位置分別編號為A、B、C，見圖5。

圖5壓力傳感器編號示意圖

4.2.3試驗開始前，初平衡組合體完全由同步頂升裝置支撐時，

應(yīng)將三個壓力傳感器的讀數(shù)置零。

4.2.4用同步頂升裝置和三個壓力壓力傳感器交替支撐初平衡

組合體，當初平衡組合體完全由壓力傳感器承擔時，三個壓力傳感器

的質(zhì)量數(shù)據(jù)之和即為初平衡組合體的質(zhì)量。反復(fù)用壓力傳感器支撐初

平衡組合體3次，記錄3組質(zhì)量數(shù)據(jù)，分別計算A、B、C位置壓力傳

PPP

感器數(shù)據(jù)的平均值，記為a、b、c（單位：kg）。壓力傳感器處于非

受力狀態(tài)時，靜壓零位變化不得大于基本誤差限絕對值。

4.2.5用同步頂升裝置承載初平衡組合體，將3組壓力傳感器對

14

調(diào)180°，即A、B、C位置的壓力傳感器分別安裝至A、B、C位置。

4.2.6重復(fù)5.4.2.4過程，并記錄3組質(zhì)量數(shù)據(jù)，分別計算、

PPP

、位置壓力傳感器數(shù)據(jù)的平均值，記為a、b、c（單位：kg）。

4.2.7剩余不平衡量計算

壓力傳感器在A、B、C位置時：

PPcos30Pcos30

xbc（11）

PPPsin30Psin30

yabc（12）

壓力傳感器在、、位置時：

PPcos30Pcos30

xcb（13）

PPsin30Psin30P

ybca（14）

公式（11）～（14）中：

P

x——X方向不平衡質(zhì)量，單位：kg；

P

y——Y方向不平衡質(zhì)量，單位：kg。

根據(jù)公式（11）（12）可以計算出壓力傳感器在A、B、C位置進行

試驗時X和Y方向的不平衡質(zhì)量。根據(jù)公式（13）（14）可以計算出壓

力傳感器在、、位置進行試驗時X和Y方向的不平衡質(zhì)量。

P

將兩次試驗的X和Y方向不平衡質(zhì)量分別求平均值，記錄為x和

P

y。

計算初平衡組合體的剩余不平衡量U和方位：

UP22Pr

xy（15）

P

arctgy

P

y（16）

公式（15）（16）中：

15

U——剩余不平衡量，單位：kg·m；

r——壓力傳感器分布圓半徑，單位：m；

——剩余不平衡量方位與+X軸的夾角，單位：rad。

4.2.8平衡配重步驟

UU

若per，則初平衡合格，否則需進行配重。

計算配重質(zhì)量：

U

P

R（17）

式中：

P——計算配重質(zhì)量，單位：kg；

R——所加配重的質(zhì)心與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)軸線的距離，單位：m。

根據(jù)上述計算結(jié)果，在初平衡組合體輕的一側(cè)放置配重塊，重復(fù)

上述步驟，并計算剩余不平衡量。若，則初平衡合格，否則

R

需進行重新配重。測量記錄合格后附加配重的質(zhì)量Pc、半徑c和方位

c。

4.3葉片選配

同3.3。

4.4總平衡

4.4.1初平衡完成后，按照選配好的葉片編號吊裝葉片（葉片在

倒置狀態(tài)），用工具螺桿通過連接板將葉片把緊在轉(zhuǎn)輪體上，葉片的安

裝角度應(yīng)相同，一般在全關(guān)位置。

4.4.2按照初平衡的方法再次進行靜平衡試驗。

4.4.3總平衡合格后,記錄所加配重塊的質(zhì)量、半徑和方位。并

16

將此結(jié)果按力矩相等的原理折算至連接體或轉(zhuǎn)輪體的配重塊安裝位

置。

UU

4.4.4配重塊安裝完畢后,進行平衡試驗復(fù)核。若per，則總

平衡合格，否則應(yīng)再次配重，直至符合要求。最終配重質(zhì)量、半徑和

PR

方位分別記為pz、pz、pz。

5應(yīng)力棒法

5.1試驗裝置

5.1.1應(yīng)力棒法靜平衡試驗裝置主要由平衡托板、應(yīng)力棒、應(yīng)變

片、平衡底座等組成，見圖6。

1.連接體2.轉(zhuǎn)輪體3.葉片4.平衡托板5.應(yīng)變片6.應(yīng)力棒

7.平衡底座8.同步頂升裝置

圖6應(yīng)力棒法靜平衡試驗裝置示意圖

5.1.2轉(zhuǎn)輪的任何不平衡量將傳給應(yīng)力棒一彎曲應(yīng)力，通過貼在

應(yīng)力棒上的應(yīng)變片，由應(yīng)變儀可以準確測量上述應(yīng)力的數(shù)值和方向,

從而計算出轉(zhuǎn)輪的不平衡量及方位。

5.1.3應(yīng)力棒的材料一般采用鍛鋼40CrNiMoA或34CrNiMo，并

17

經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。在應(yīng)力棒的制造過程中，須測定其實際彈性模量E值。

5.1.4不同質(zhì)量轉(zhuǎn)輪的推薦應(yīng)力棒直徑及應(yīng)力范圍，見表1。

表1不同質(zhì)量轉(zhuǎn)輪推薦應(yīng)力棒直徑及應(yīng)力范圍

承受應(yīng)力范圍

轉(zhuǎn)輪質(zhì)量（kg）應(yīng)力棒直徑（mm）

（MPa）

0～3000051mm0～145.05

30000～6500076mm65.78～142.53

65000～130000102mm80.17～160.35

130000～250000140mm84.81～163.10

250000～500000178mm100.69～201.38

500000～190mm175.42～

5.1.5應(yīng)力棒與轉(zhuǎn)輪的同軸度是通過平衡托板與轉(zhuǎn)輪的配合精

度來保證的。

5.1.6試驗平臺和平衡底座的水平度應(yīng)不大于0.02mm/m。

5.1.7應(yīng)變儀及應(yīng)變片選型應(yīng)滿足試驗精度要求。

5.2初平衡

5.2.1同步頂升裝置、平衡底座、應(yīng)力棒等平衡工具全部安裝到

位后，方可開始靜平衡試驗。

5.2.2在應(yīng)力棒同一橫截面對稱方向貼4個相同的應(yīng)變片，見圖

7。

18

圖7應(yīng)變片布置示意圖（俯視）

RR

5.2.3采用半橋接法進行測量，應(yīng)變片1、3連成一個惠斯登電

RR

橋（見圖8），應(yīng)變片2、4連成一個惠斯登電橋，并分別接入應(yīng)變儀

的輸入端。應(yīng)變片、通過應(yīng)變儀測量的應(yīng)變記為13，應(yīng)變片、

通過應(yīng)變儀測量的應(yīng)變記為24。

圖8惠斯登電橋原理圖

5.2.4試驗開始前，初平衡組合體完全由同步頂升裝置支撐時，

應(yīng)將應(yīng)變儀的讀數(shù)置零。

19

5.2.5用同步頂升裝置緩慢落下初平衡組合體，直至完全由應(yīng)力

棒進行支撐。檢查穩(wěn)定狀態(tài)時初平衡組合體的水平度≤0.05mm/m。記

錄穩(wěn)定狀態(tài)下的13和24。再次用同步頂升裝置將初平衡組合體頂起，

使應(yīng)力棒不受力，應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)回零。

5.2.6重復(fù)5.5.2.5過程3次，記錄3組數(shù)據(jù)，并分別求得平均

值為13和24。

5.2.7根據(jù)公式（18）（19），計算剩余不平衡量及方位。

22ER3

U1324103

4g（18）

式中：

U——剩余不平衡量，單位：kg·m；

λ——惠斯登電橋結(jié)構(gòu)補償系數(shù)，λ=0.5；

E——應(yīng)力棒的彈性模量，單位：MPa；

R——應(yīng)力棒半徑，單位：mm；

g——重力加速度，單位：N/kg。

剩余不平衡量方位計算：

arctg13

24（19）

式中：

——剩余不平衡量方位與+X軸的夾角，單位：rad。

5.2.8平衡配重步驟

UU

若per，則初平衡合格，否則需進行配重。

按照公式（17）計算配重質(zhì)量，在初平衡組合體輕的一側(cè)放置配

20

UU

重塊，重復(fù)上述步驟，并計算剩余不平衡量U。若per，則初平衡

合格，否則需進行重新配重。測量記錄合格后附加配重的質(zhì)量Pc、半

徑Rc和方位c。

5.3葉片選配

同3.3。

5.4總平衡

5.4.1初平衡完成后，按照選配好的葉片編號吊裝葉片（葉片在

倒置狀態(tài)），用工具螺桿通過連接板將葉片把緊在轉(zhuǎn)輪體上，葉片的安

裝角度應(yīng)相同，一般在全關(guān)位置。

5.4.2按照初平衡的方法再次進行靜平衡試驗。

5.4.3總平衡合格后,記錄所加配重塊的質(zhì)量、半徑和方位。并

將此結(jié)果按力矩相等的原理折算至連接體或轉(zhuǎn)輪體的配重塊安裝位

置。

5.4.4配重塊安裝完畢后,進行平衡試驗復(fù)核。若，則總

平衡合格，否則應(yīng)再次配重，直至符合要求。最終配重質(zhì)量、半徑和

PR

方位分別記為pz、pz、pz。

三、征求意見及送審稿編制情況

征求意見階段，X家單位共提出意見X條修改建議，均采納。

處理意

標準章提出單

序號意見內(nèi)容見及理

條編號位（人）

由

21

四、送審稿審查情況

送審稿審查，審查專家共提出X條修改意見，均已經(jīng)完成修改，

主要修改意見如下：

五、標準預(yù)期的社會經(jīng)濟效果

標準發(fā)布后對軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡的試驗方法、平衡品

質(zhì)等級以及相應(yīng)的檢驗方法進行規(guī)范，旨在提升水電站轉(zhuǎn)輪靜平衡試

驗精度及效率。

六、與現(xiàn)行有關(guān)法律、法規(guī)和標準的關(guān)系

本標準與現(xiàn)行法律、法規(guī)和相關(guān)標準相互協(xié)調(diào)，無沖突。

七、貫徹該標準的要求和措施建議

建議本標準自批準發(fā)布之日起實施，并由中國電力企業(yè)聯(lián)合會適

時組織對其進行宣貫。

22

八、其他應(yīng)予說明的事項

無。

23

目次

一、任務(wù)來源及工作簡況.............................................................................................................3

二、主要內(nèi)容..................................................................................................................................4

三、征求意見及送審稿編制情況...............................................................................................21

四、送審稿審查情況....................................................................................................................22

五、與現(xiàn)行有關(guān)法律、法規(guī)和標準的關(guān)系...............................................................................22

六、貫徹該標準的要求和措施建議...........................................................................................22

七、其他應(yīng)予說明的事項...........................................................................................................23

《軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗規(guī)程》

編制說明

一、任務(wù)來源及工作簡況

1.任務(wù)來源

根據(jù)國家能源局綜合司《關(guān)于下達2019年能源領(lǐng)域行業(yè)標準制

（修）訂計劃及英文版翻譯出版計劃的通知》（國能綜通科技[2019]58

號）的要求，編制《軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗規(guī)程》。

計劃編號：能源20190615。

2.編制單位

中國長江電力股份有限公司

3.編制過程

（1）2019年8月，中國長江電力股份有限公司成立標準編制工

作組，全面啟動了標準編制工作。在資料整理分析的基礎(chǔ)上，初步確

定了標準編制工作的指導(dǎo)思想、工作原則及研究工作的方式，初步提

出了標準框架。

（2）2019年9月至2019年10月，編制組結(jié)合現(xiàn)行國家標準、

總結(jié)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗經(jīng)驗，進行了深入研究與專題

研討，完成技術(shù)標準大綱編制，包括：范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語

和定義、轉(zhuǎn)輪靜平衡方法、靜平衡試驗、相關(guān)附錄。

（3）2019年11月至2020年10月，編制組對現(xiàn)有軸流轉(zhuǎn)槳式水

輪機轉(zhuǎn)輪常用靜平衡的試驗原理、試驗方法和試驗步驟進行了系統(tǒng)的

3

歸納、總結(jié)和篩選等專題研究工作，編制形成《軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)

輪靜平衡試驗規(guī)程》（初稿）。

（4）2022年12月-2023年2月，水輪發(fā)電機及電氣設(shè)備標準化

技術(shù)委員會召開專題會議組織進行了會審，編制組按照會審意見進行

了修改完善，具備征求意見條件。

（5）2023年4月，編制組按照征求意見情況，對標準進行了修

改完善，形成標準送審稿。

（6）2023年11月，中電聯(lián)標準化管理中心組織了審查，編制組

按照審查意見進行了修改完善，形成標準報批稿。

二、主要內(nèi)容

1試驗一般要求

1.1軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪在制造廠內(nèi)初次裝配、檢修更換葉片

或出現(xiàn)其他影響轉(zhuǎn)輪質(zhì)量不平衡的情況時須進行靜平衡試驗。靜平衡

試驗一般可分為初平衡、葉片選配、總平衡三個步驟。

1.2初平衡是針對轉(zhuǎn)輪體和連接體形成的組合體（稱為初平衡組

合體）進行的靜平衡試驗，其作用是檢查初平衡組合體的不平衡量和

偏心方位。

1.3葉片選配是以總平衡時的配重質(zhì)量最小為目標，根據(jù)初平衡

組合體的不平衡量、偏心方位，綜合考慮各葉片的質(zhì)量偏差，確定各

葉片的最優(yōu)安裝位置。

1.4總平衡是針對轉(zhuǎn)輪體、連接體及葉片形成的組合體（稱為總

平衡組合體）進行的靜平衡試驗，通過平衡配重使剩余不平衡量滿足

4

U

許用不平衡量的要求。許用不平衡量per可按照公式（1）進行計算或

遵照合同要求。

eperM

U

per1000（1）

式中：

——許用剩余不平衡量，單位：kg·m；

eper——許用剩余不平衡度，單位：kg·m；

e

per——所選用的平衡品質(zhì)級別的數(shù)值，單位：mm/s，根據(jù)GB/T

9239.1-2006，水輪機選用的平衡品質(zhì)級別為G6.3，對應(yīng)數(shù)值為

6.3mm/s；

M——被測轉(zhuǎn)輪質(zhì)量的數(shù)值，單位：kg；

——轉(zhuǎn)輪最高工作轉(zhuǎn)速（飛逸轉(zhuǎn)速）時的角速度，單位：rad/s，

n/10n

≈p,其中p為飛逸轉(zhuǎn)速，單位：r/min。

2試驗準備及注意事項

2.1靜平衡試驗需具備條件

進行靜平衡試驗前，應(yīng)具備以下條件：

轉(zhuǎn)輪體處于倒置狀態(tài)；

葉片處于倒置狀態(tài)；

靜平衡試驗裝置及輔助工具準備完畢；

轉(zhuǎn)輪同步頂升裝置檢查合格；

試驗相關(guān)的儀器儀表、計量器具及壓力傳感器檢定合格。

2.2靜平衡試驗注意事項

靜平衡試驗應(yīng)特別注意以下事項：

5

靜平衡試驗應(yīng)在專用工位進行；

全試驗過程中，須做好防止轉(zhuǎn)輪傾覆的措施；

裝配靜平衡工具以及試驗過程中，轉(zhuǎn)輪的起吊應(yīng)緩慢，嚴禁沖擊；

作業(yè)區(qū)應(yīng)寬敞、安靜，無振動、風力等外力干擾。

3鋼球鏡板法

3.1試驗裝置

3.1.1鋼球鏡板法靜平衡試驗裝置主要由平衡螺桿、螺套、平衡

球、平衡墊板、平衡底板、底座等組成，見圖1。

1.平衡螺桿2.螺套3.平衡球4.平衡墊板5.平衡底板

6.平衡托架

7.底座8.連接體9.葉片10.轉(zhuǎn)輪體11.水平板12.同

步頂升裝置

圖1鋼球鏡板法靜平衡試驗裝置示意圖

3.1.2試驗平臺和平衡裝置底座的水平度應(yīng)不大于0.02mm/m。

6

3.1.3平衡墊板應(yīng)無裂紋、凹坑等缺陷，在待平衡轉(zhuǎn)輪的重力作

用下，平衡墊板的水平度應(yīng)不大于0.02mm/m。

3.1.4在平衡托架安裝過程中，應(yīng)注意不要碰傷軸瓦。

3.2初平衡

3.2.1穩(wěn)定性檢查

穩(wěn)定性檢查步驟如下：

（a)將裝上平衡工具的初平衡組合體吊放在同步頂升裝置上，并

使平衡球與平衡墊板保持一定距離；

（b)在對稱180°方向安裝2個水平板。安裝時組合面應(yīng)清掃干

凈，使水平板能夠真實反映初平衡組合體的水平；

（c)緩慢下旋平衡螺桿，使平衡球與平衡墊板接觸。緩慢降低同

步頂升裝置，觀察初平衡組合體在平衡球的支撐下是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；

（d)若初平衡組合體有向任一方向傾倒的趨勢（即處于不平衡狀

態(tài)）時，則需用同步頂升裝置將初平衡組合體頂起，調(diào)整平衡螺桿高

度或平衡墊板厚度，然后重復(fù)上述步驟，直至初平衡組合體在平衡球

的支撐下處于穩(wěn)定狀態(tài)為止；

注：穩(wěn)定狀態(tài)驗證：在初平衡組合體外緣任意位置放置一重物，

該處可以下降，當重物拆除后又能回升，此時初平衡組合體處于穩(wěn)定

平衡狀態(tài)。

3.2.2平衡裝置靈敏度檢查調(diào)整

在初平衡組合體處于穩(wěn)定狀態(tài)后，即可以進行靜平衡裝置的靈敏

度檢查。

7

靜平衡裝置的靈敏度可用初平衡組合體的質(zhì)心與平衡球中心之間

的距離來表示，見圖2，可按照公式（2）進行計算

圖2靈敏度檢查受力分析示意圖

PRMR

h

MH(2)

式中：

h——初平衡組合體的質(zhì)心與平衡球中心距離的計算值，單位：mm；

P——初平衡組合體所加試重塊的質(zhì)量，單位：kg；

H——初平衡組合體加試重塊位置的下沉量，單位：mm；

R——下沉量的測點與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)軸線的距離（半徑），單位：mm；

μ——滾動摩擦系數(shù)，單位：mm。對鋼與鋼，一般為0.01～0.02mm；

M——初平衡組合體的質(zhì)量，單位：kg。

調(diào)整初平衡組合體的質(zhì)心與平衡球中心的距離h，使之符合轉(zhuǎn)輪

制造廠家的靜平衡技術(shù)要求，具體方法如下：

8

將質(zhì)量不同的試重塊P1、P2、P3（單位：kg），分別放置在初平衡

組合體的同一位置上；

用百分表分別測出放置試重塊后，加試重塊位置的下沉量H1、H2、

H3（單位：mm）；

將、和、分別帶入公式（2），可計算出初平衡組合體的

質(zhì)心與平衡球中心的距離h，及平衡球與平衡墊板間的滾動摩擦系數(shù)

μ。

PPR2

h12

HHM

12（3）

PHPHR

2112

HHM

12（4）

用和對公式（3）（4）的計算結(jié)果進行校核。

若h符合要求，則認為靜平衡裝置的靈敏度合格。

若h不符合要求，重新調(diào)節(jié)平衡螺桿的高度，或平衡墊板的厚度，

重復(fù)完成上述步驟，直至靜平衡裝置的靈敏度合乎要求為止。

靜平衡裝置的靈敏度調(diào)整合格后，須對平衡螺桿采取防松措施。

3.2.3剩余不平衡量計算

在初平衡組合體處于平衡球和平衡墊板支撐的自由狀態(tài)時，將水

平儀架設(shè)在水平板上，測量X、Y方向的傾斜度，分別為x、y（單位：

mm/m）。計算初平衡組合體剩余傾斜度δ和傾斜方位，計算方法如下：

=22

xy（5）

arctgy

x（6）

計算剩余不平衡量：

9

UM=h106（7）

公式（5）（6）（7）中：

U——初平衡組合體的剩余不平衡量，單位：kg·m；

——初平衡組合體的剩余傾斜度，單位：mm/m；

M——初平衡組合體的質(zhì)量，單位：kg；

h——初平衡組合體的質(zhì)心與平衡球中心的距離，采用公式（3）

計算值，單位：mm；

——傾斜方位與+X軸的夾角，單位：rad。

3.2.4平衡配重

U

若≤per，則初平衡合格，否則應(yīng)進行配重檢查。

平衡配重質(zhì)量按以下公式計算：

hM103

P

R（8）

式中：

P——計算配重質(zhì)量，單位：kg；

M——初平衡組合體的質(zhì)量，單位：kg；

δ——初平衡組合體的剩余傾斜度，單位：mm/m；

μ——平衡球與平衡墊板間的滾動摩擦系數(shù)，采用公式（4）計算

值，單位：mm；

R——所加配重的質(zhì)心與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)軸線的距離，單位：mm；

h——初平衡組合體的中心與平衡球中心的距離，采用公式（3）

計算值，單位：mm。

根據(jù)上述計算結(jié)果，在初平衡組合體輕的一側(cè)放置配重塊，用水

10

U

平儀測量傾斜度δ，并根據(jù)公式（7）計算剩余不平衡量U。若≤per，

則初平衡合格，否則需進行重新配重。測量記錄合格后附加配重的質(zhì)

量Pc、半徑Rc和方位c。

3.3葉片選配

3.3.1葉片質(zhì)量和質(zhì)心位置應(yīng)在葉片出廠前進行測定并有記錄。

3.3.2初平衡組合體不平衡量按初平衡時的合格配重量計算，為

U

PcRc，位于合格配重的對稱位置。將其分解到X、Y方向，分別記為x

U

和y。

3.3.3葉片選配計算。在不同的葉片位置組合下，分別對X軸和

U

Y軸求矩，見圖3，使得計算不平衡量1最小，計算不平衡量的大小和

方位。

圖3葉片選配計算示意圖

計算不平衡量的大小和方位可按以下公式進行計算：

2

UWWYU2XU

1iixiiy（9）

11

WXU

arctgiiy

WYU

iix（10）

公式（9）（10）中：

U

1——計算不平衡量，單位：kg·m；

W

i——某一葉片質(zhì)量，單位：kg；

X

i——某一葉片質(zhì)心的X坐標，單位：m；

Y

i——某一葉片質(zhì)心的Y坐標，單位：m；

U

x——初平衡組合體不平衡量的X軸分量，單位：kg·m；

U

y——初平衡組合體不平衡量的Y軸分量，單位：kg·m；

——計算不平衡量與+X軸的夾角，單位：rad。

計算不平衡量最小時的葉片位置，即為葉片選配的建議位置。

3.4總平衡

3.4.1初平衡完成后，拆除連接體，將轉(zhuǎn)輪體吊起檢查平衡球和

墊板是否有裂紋或凹坑，若有則須及時進行更換處理。

3.4.2將轉(zhuǎn)輪體放置在專用工位，按照選配好的葉片編號吊裝葉

片（葉片在倒置狀態(tài)），用工具螺桿通過連接板將葉片把緊在轉(zhuǎn)輪體上，

葉片的安裝角度應(yīng)相同，一般在全關(guān)位置。

3.4.3安裝連接體后，按照初平衡的方法再次進行靜平衡試驗。

3.4.4總平衡合格后,記錄所加配重塊的質(zhì)量、半徑和方位。并

將此結(jié)果按力矩相等的原理折算至連接體或轉(zhuǎn)輪體的配重塊安裝位

置。

UU

3.4.5配重塊安裝完畢后,進行平衡試驗復(fù)核。若per，則總

平衡合格，否則應(yīng)再次配重，直至符合要求。最終配重質(zhì)量、半徑和

12

PR

方位分別記為pz、pz、pz。

4三支點稱重法

4.1試驗裝置

4.1.1三支點稱重法靜平衡試驗裝置主要由平衡盤、壓力傳感

器、平衡底座等組成，見圖4。

1.連接體2.轉(zhuǎn)輪體3.葉片4.平衡盤5.壓力壓力傳感器6.

平衡底座7.同步頂升裝置

圖4三支點稱重法靜平衡試驗裝置示意圖

4.1.2用平衡盤及其專用固定工具將三個稱重式壓力傳感器均

布固定在轉(zhuǎn)輪上，以確保試驗過程中壓力傳感器與轉(zhuǎn)輪的相對位置不

變。

4.1.3三個壓力傳感器的分布圓與轉(zhuǎn)輪的同心是通過平衡盤與

轉(zhuǎn)輪的配合精度來保證的。

4.1.4