在机组设备检修装复过程中，需要应用一些精度较高的测量工具进行基本测量，其中主要有角度尺、平尺、塞尺、卡尺、千分尺、百分表、水平仪和水准仪等，以便准确地度量各零部件的外形尺寸和相对位置，在中小型混流式水轮机检修中，除上述工具外，尚需根据实际情况制定一些特殊的专用工具，例如求心器、中心架、水平梁、测圆架等与精度较高的测量工具配合使用，来完成基本测量工作。

（一）零部件平面平直度测量

把标准平面（或刀口尺、平尺）置于被测量零部件的平面上，其表明的接触情况即为该平面的平直度。

一般来说，平直度的测量方法有以下两种：

（1）在被测量零部件表面涂红丹粉或石墨粉，将零部件平面与标准平面相互接触，并使两者往复相对移动数次，被测量零部件平面上的高点就可以显现出来，根据接触点的多少，就可以知道零部件平面的平直度情况。在检修工作中，推力瓦、主轴法兰面、转轮法兰面的研磨等工作就是用这种方法。

（2）使用平尺（或刀口尺）和塞尺检查零部件平面的平直度。把平尺置于被测量的零部件平面上，然后用塞尺检查平尺和平面之间的间隙；检修中，导叶端部修磨，径向筒式瓦检修检查、主轴法兰及管路精密法兰均采用此法进行测量。

（二）零部件平面的水平测量

对于检修工作中的零部件水平测量，大致有水平尺、框式水平仪和水准仪、胶皮管水平器以及测量特殊面时专用工具与框式水平仪和水准仪等配合使用的几种工具。通常要求精度较粗糙时可用胶皮管水平器测量，一般要求的可用粗水平尺和水准仪测量，精度要求较高时则可采用框式水平仪或框式水平仪与水平梁配合测量。

1.用胶皮管水平器测量零部件水平

胶皮管水平器是运用连通管两端水面处于同一水平面的原理来进行测量的，由两根长度200mm、直径10～20mm，上面刻有刻度的玻璃管与一根套在玻璃管外面的胶皮管组成，胶皮管的长度按两测点的距离而定，一般取两测点距离的1.5倍。使用时先在连通管内灌水，使水面升到玻璃管的1/2处，然后分别上下移动玻璃管多次，以排除管内的空气。测量时，先使胶皮管水平器两端水面位于玻璃管中部，然后将两玻璃管的相同刻度分别靠在要测量零部件平面的两个测点上，若管内水面读数相等，则说明两点在同一水平面上，否则两玻璃管上的读数差，即为两点的高程差，也就是水平误差，此时应上下调整被测零部件，使之达到水平。这种方法测量误差大，一般只用在检查行车导轨、辅助系统管路改造布置等测量方面，适于大距离水平精度不高的粗糙测量。

2.用框式水平仪测量

检修中常用的框式水平仪是由金属方框架、主水准和与主水准垂直的辅助水准组成，如图2-3所示。框式水平仪方框架四边互相垂直，根据规格的不同，边长也不同。检修中常用的是200mm、150mm、100mm三种，根据制造精度不同，同一边长下又分为多种规格，常用的框式水平仪精度为1格=0.02～0.05mm/m。

图2-3　框式水平仪

1—方框架；2—主水准；3—辅助水准；4—主水准气泡；5—辅助水准气泡

框式水平仪在底面和其中一测面开有直角形槽，以方便在圆柱面上测量，主、辅水准都是装在封闭的玻璃管内，装有非常容易流动的液体乙醚。制成的玻璃管内有一气泡，管内表面为一定半径的圆弧，圆弧中心点S称为水准器的零点，过零点与圆弧相切的切线H—H称为水准器的水准轴线，根据气泡在管内占有最高位置的特性，过气泡顶点可作的切线必为水平线。当气泡的中心位于水准器的零点时（称为气泡居中）则水准轴线就处于水平位置了。框式水平仪就是根据方框架的底平面与水准轴线相平行的原理制成的，以零点对称向两侧刻有分划线，两分划线的间距为2mm（1格）。

用框式水平仪测量时，为消除仪器本身误差，在被测零部件同一测量位置上要调头测量两次，根据所得数值，用式（2-3）计算出来。调头测量可以消除仪器误差，我们可以通过下面例子来说明。

式中 ΔH——水平误差，mm；

A1——第一次测量时框式水平仪内气泡移动格数，格；

A2——第二次调头测量时框式水平仪内气泡移动格数，格；

C——框式水平仪的精度，mm/（m·格）；

D——部件长度或直径，m。

假设被测零部件是水平的，水平仪的误差可使气泡向+X方向移动2格，如图2-4所示。第一次测量，A1=2，第二次调头后测量，水准器的误差可使气泡向第一次相反方向（-X方向）移动2格，故A2=-2，把上面两个得数代入式（2-3）中进行计算得：

与假设相符。

假设被测零部件右侧高，能使气泡向+X方向移动1格，水平仪本身误差可使气泡也向+X方向移动1格，如图2-5所示。

这时测得A1=2，调头后测得A2=0。同样将这两个数代入式（2-3）可得：

与假设也相符合。

图2-4　被测部件水平，仪器本身有误差示意图

（a）调头前测量示意图；（b）调头后测量示意图

图2-5　被测部件、仪器均有误差示意图

（a）调头前测量示意图；（b）调头后测量示意图

从上面两个例子可以看出，水平仪本身误差在采用调头测量后是会自动消除的，不会影响测量精度。这也就是采用调头测量法的原因所在。

此外，对于大型件，通常是用水平梁配合框式水平仪来测量水平，通常检修中用的水平梁如图2-6（a）、（b）所示。

图2-6（a）中水平梁一般由工字钢构成，选好材料后在B段加宽，然后上机床加工B面与水平梁整个平面水平，并在底部C处和D处以顶面加工面为准，加工约200mm长的一段出来配合使用。水平梁的长度L和高度H一般随被测部件的大小而定，部件越大，水平梁强度要求高，L和H随之增大。图2-6（b）中所示的水平梁与图2-6（a）在结构上略有不同，测量时不用等高垫铁，而采取在水平梁的一端焊接一只底脚，另一端在工字钢底部钻两个孔，装两只可调节水平梁高低的精制螺栓，一般上部的螺母点焊在工字钢上。测量时拧动螺柱进行高低调节，并用下端的另一只螺母进行锁紧。

在中小型混流式机组检修中，用图2-6（a）水平梁和框式水平仪测量时通常在被测部件上置一对等高垫铁，直径约超出水平梁底部宽度20～30mm，以便于做记号，然后将水平梁C、D处置于等高垫铁上，即可开始进行测量。在利用水平梁测量时，水平梁一个方向测量中，框式水平仪必须测量两次，即要进行调头测量，消除水平仪本身误差。两次测量完毕后，将水平梁调头并保持垫铁位置不动，再进行两次测量，水平梁调头测量也是要消除水平梁本身存在的误差。利用图2-6（b）所示水平梁测量时，同样要进行框式水平仪和水平梁的调头测量，这样得出来的数据才是部件的真实水平。现举例如下，本例主要以通常不常使用的等高垫铁附加测量为例。

图2-6　水平梁结构图（单位：mm）

如图2-7所示，现在要测量直径为2m的部件水平，则测量方法如下所示。

图2-7　水平梁和框式水平仪配合测量部件水平图

1—框式水平仪；2—水平梁测量面；3—水平梁；4—等高垫铁；5—被测部件

（1）做好被测量基准面A、B处的清洁和等高垫铁、框式水平仪、水平梁测量面的清洁。

（2）将等高垫铁置被测基准面上，再将水平梁置于等高垫铁上，并做好位置标记。

（3）将框式水平仪置测量面上，测量读取第一个数A1，然后将框式水平仪调头得到第二个数A2，如果A1、A2超出读数范围，则可用塞尺配合，将塞尺垫在框式水平仪气泡低的一端进行测量，并做好记录。也可以用和相水平仪测量直接读数。这样就可以代入公式（2-4）。

求得水平梁在一个方向上的读数。

（4）将水平梁和等高垫铁一起调头，然后重复第（3）步，即可得出A3、A4，代入公式（2-5）。

求出水平梁调头后的又一个数值。

将两个数值代数相加，除以2即可得到被测基准的水平。即：

当垫塞尺时，框式水平仪所读格数和所垫塞尺的数值应分别计算后相加，例如上例；如果用边长为200mm，精度为0.02mm/（m·格）来测量2m的基准面。

此时水平仪读取格数后在部件上每偏差一格则部件上的偏差为：

0.02mm/（m·格）×2m=0.04mm/格

当垫塞尺时，每垫0.01mm的塞尺，则部件上的偏差为：

2m/框式水平仪边长200mm×0.01mm=0.10mm

假设现在A1的读数为：框式水平仪读数为3格，塞尺垫的数目为0.15mm。

则被测部件的偏差为：

3×0.04+0.15/0.01×0.10=1.62(mm)

通过测量A1、A2、A3、A4，并仿照A1混算方法得出A2、A3、A4测量数值，代入公式计算即可得出上例的实际结果。

3.水平尺的测量

水平尺也叫条形水平仪，其测量原理与框式水平仪基本相同，根据长度和制造精度的不同分为多种规格，目前一般检修常用的是200mm、2mm/m，300mm、2mm/m和400mm、2mm/m的三种，主要用于要求不高的小型零部件水平测量。

4.水准仪测量

水准仪测量在中小型混流式机组检修中不常用，只有在进行长距离等水平度差测量或者水平梁不能测量时才用。一般用于安装要求不高的零部件水平测量。其测量方法简介如下。(www.daowen.com)

在测量前，把水准仪三脚架安装在已知点和可求点附近的适当位置上，如图2-8所示。

测量的基本程序如下：

（1）将水准仪安装在初步调好水平的三角架上，调节脚螺旋，使水准仪圆水准器中的气泡居中；旋转180°再次检查圆水准器中的气泡是否居中，若不居中则应查找原因进行处理居中，并进行180°旋转校验。

（2）松开制动螺旋，用望远镜照准被测部件点1上的标尺，如果要求测量结果较高，可以在标尺上绑一把钢直尺，钢直尺必须绑扎牢固不松动，不位移，或者每次测量时钢直尺每次都将0位对准标尺上同一个刻度。

（3）调节微动螺旋，使十字丝竖线照准该标尺。

（4）调节物镜对光螺旋，消除视差。

（5）调节微倾螺旋，使符合水准气泡居中（气泡两端符合成一个圆弧）。

（6）气泡居中后，用十字丝内的中丝迅速而准确地在标尺上读出读数A。

（7）将标尺移至被测部件点5上，旋动目镜，对准被测点5，按照上述方法读出读数B，根据下式进行计算。

ΔH=∣A-B∣

式中 ΔH——被测部件的实际水平偏差；

A——被测量部件1处的测量数值；

B——被测量部件5处的测量数值。

计算即可得出部件1点和5点之间的水平差；A、B两个数值中，数值小的为高点，数值大的为低点。用此种方法既可测出1、5处相差的水平偏差，也可用来测量部件的安装高程是否符合设计要求，若是用来测量安装高程则应事先知道一个基准高程，然后用标尺测出基准高程处的读数。再测出被测量部件处的高程读数，将两个读数进行代数相减取绝对值，通过高程基准混算即可得出高程是否符合要求。假设在图2-8中，1为被测部件，5为基准高程点，高程为▽。水准仪安装调整完毕后，在被测部件处测出读数A为1260mm。在测量基准处测出读数B为1258mm。则被测部件的高程▽1为：

图2-8　水准仪测量部件水平示意图

1、5—被测部件点；2—标尺；3—水准仪；4—水准仪三角支架；6—测量等高视线

▽1=(▽+B)-A

即

▽1=(▽+1258)-1260

=▽-2(mm)

在实际工作中，各种水准仪都有自己的特点，水准仪不同，使用方法也会有所不同。需要在使用时注意其使用方法。

（三）零部件外圆柱面的圆度测量

在机组的检修中，有时要进行零部件的圆度测量，对于中小型混流式水轮机来说，目前主要是转轮止漏密封环圆度测量，在特殊要求时有发电机转子的圆度测量。

对于转轮止漏环处的圆度，目前中小型转轮主要在机床上进行，找正转轮上冠法兰处与主轴止口处的圆度，以此为基准，利用百分表在立车上对外圆和各迷宫环内圆进行找正工作。只有在机床上不能检查时才采用测圆架进行检查测量。

对于不常用的发电机转子圆度测量，则需要制作特殊的工具测圆架进行测圆，通常测圆架基本结构如图2-9所示。

图2-9　发电机转子测圆架

1—中心支柱；2—支架构件；3—测量爪；4—百分表；5—调整垫；6—摩擦瓦；7—配重

测圆架一般用角钢焊接而成，支架与轴之间垫有由铜或铝根据主轴直径加工而成的摩擦瓦，利用卡环紧固于轴上，且支架上有时还有滚轮支承于被测部件的端面上，作为轴向测圆架的支承，在支架的端部测量爪（悬垂臂）上装设有百分表（一般用0～10mm量程的百分表），其测杆与被测圆柱面相接触，支架绕轴旋转时，从表上读出数值就能直接反映被测表面的圆度。

测量时，根据被测零部件的大小调整测量爪在支架调节结构件2上的位置即可测量直径大小不一的各类圆柱面圆度。安装时在摩擦瓦表面要涂黄油或其他润滑效果较好的润滑脂，并卡紧在轴上，这样才能精确测量出被测部件的真实偏差。

（四）环形零部件中心位置测量

在中小型混流式水轮发电机组的检修中，环形零部件中心测量应用很广泛，也是检修机组的关键工序，通常在环形零部件内部对称取4点进行测量（有必要时取8点进行测量），根据检修中的应用，一般中心位置的测量有两类。

1.部件与部件间相对中心位置的测量

这类测量是以一个部件为基准，来测量另一个部件在其中心的位置情况。

当位置距离很小时，采用塞尺、塞规测量。检修中塞尺常用于测量转轮在底环中的中心位置，转轮在顶盖中的中心位置，主轴在各导轴瓦密封盖的中心位置。塞规常用于测量发电机空气间隙等。当位置稍大时，直接用内径千分尺测量部件在基准件中的中心位置，检修中常用于测量主轴与导轴瓦油盆之间的中心位置，卧式机组中主轴与顶盖内环面之间的中心位置等。

这种测量读数直接相减即可得出其相对中心位置偏差，当距离较大时需要2～3人测量。

2.基准中心线的测量

基准中心线的测量是机组检修装复的基准，它测量的精度高低，直接影响机组的装复质量，因此对基准中心线的测量主要介绍如下：

（1）测量工具。基准中心线的测量，一般采用一根与机组中心线相重合的钢琴线为基准，利用内径千分尺测量，为了悬挂和调整钢琴线与基准中心重合，常需要中心架和求心器配合使用。因此基准中心线测量工具主要包括中心架、求心器、油桶、重锤、钢琴线、电池、耳机、百分表等。

中心架通常用槽钢和角钢焊制而成，如图2-10所示。为减轻重量和方便使用，中小型混流式水轮机的中心架全部采用角钢焊制。其长度可以根据需要确定，一般情况下，中小型机组的中心架与定子直径基本相当即可。中心架的制作必须保证其足够的刚度，以免在测量中晃动引起测量误差过大。在中心架的中间设有螺孔，以固定求心器。为不使测量中心用的电气回路接地，在求心器的底部和中心架的两端点垫有绝缘垫。确定中心线的钢琴线绕在求心器的圈筒上，钢琴线的一端拴在卷筒轮缘的小孔上，另一端面过求心器底座的圆孔垂下，并挂有一个8～16kg的重锤，重锤位于一个油黏度较大的油桶中，四周和桶壁留有适当的间隙，一般不小于50mm，并使重锤在桶中处于自由的悬吊状态。油桶放在事先搭好的工作平台上，为了增加稳定性，一般重锤上设有4～8个稳定翼板。

图2-10　中心架

1—端部角钢；2—边支架；3—加强筋；4—求心器支座；5—求心器固定螺孔

在中小型混流式机组检修中，常用的求心器如图2-11所示。油桶及重锤结构如图2-12、图2-13所示（一般重锤常用10kg左右的重量）。

图2-11　求心器

1—中心调节螺钉；2—固定调节螺母；3—支承；4—钢琴线卷筒；5—棘轮；6—卷筒调整轴；7—中心滑动板；8—底板；9—棘轮爪；10—支承固定螺钉；11—求心器固定孔

图2-12　油桶

1—提耳；2—补强块；3—桶体；4—桶底

图2-13　重锤

1—穿线耳；2—稳定翼板；3—心锥；4—锤筒；5—堵板

（2）基准中心线的测量。中小型立式水轮发电机组检修中，基准中心线的测量按图2-14布置（此布置图是以底环做装复基准的布置型式）。

图2-14　立式机组基准中心线测量示意图

1—甲电池；2—求心器；3—中心架；4—上机架；5—定子；6—钢琴线；7—下机架；8—顶盖；9—座环；10—底环；11—耳机；12—千分尺（棍）；13—导线连接；14—重锤；15—油桶；16—尾水管

用绝缘良好的传导线上端接在求心器上，下端接在内径千分尺上，中间串有3～6V的干电池和耳机。测量工作一般由3个人进行，一人头戴耳机手拿内径千分尺，第二个人在求心器处等待调整，第三个人认真做好测量记录。测量时，内径千分尺的一端对准底环上已经做好的测量标记点，另一端不断调整其长度和钢琴线接触。通过耳机听到“嚓嚓”声，判断接触情况。要一边调整内径千分尺的量度一边对着钢琴线从大到小，由外而内画圈，并渐缩小到一点，如图2-15所示。当从耳机中发出微小的“嚓嚓”声时，测得的距离是垂直距离，这时即可进行读数。读数时，为防止碰动，引起测量数值不准确，可先将测头锁紧，再读数。用同样的方法测量其他3个对称测点的中心数值，即可完成一次基准中心位置的测量，根据测量结果，进行计算。可得出钢琴线需要调整的位置。根据测得的调整值，在求心器上调整好百分表，松紧求心器调节螺钉，拖动中心滑板，移动钢琴线中心。当两个方向百分表的读数和计算需要移动的数值一致时，即可再次进行测量工作，边测量边调整，直到钢琴线中心误差符合要求为止。

图2-15　基准中心线测量千分尺移动轨迹示意图

卧式混流式机组中心线的测量一般在检修中不常用，只是在更换新机或特别要求时才会使用，其测量方法与立式机组一样，但在布置上不一样，其钢琴线张紧一般通过悬挂重物解决或者用花篮螺丝拉紧。而不采用油桶和重锤来张紧，如图2-16所示。

图2-16　卧式机组基准中心线测量示意图

1—求心器；2—千分尺（棍）；3—水机后盖；4—蜗壳；5—耳机、电池、导线等；6—水机前盖；7—水平仪；8—高度尺；9—钢琴线；10—车床小拖板；11—支架；12—张紧重块；13—机架

在检修工作中，卧式机组中心线一般采用原来安装时的机组中心线，主要由主轴确定。部件在中心测量的过程中，主要通过在主轴轴头安装百分表通过盘车来测量其位置是否处于中心位置或者检测主轴是否处于部件中心，如图2-17所示。通过盘车旋转主轴来使百分表旋转至事先做好记号的位置，从而得出部件在轴线中心的位置偏差。

图2-17　卧式机组部件中心测量示意图

1—被测部件；2—百分表；3—百分表架；4—主轴；5—主轴端面；6—泄水锥座