大型發(fā)電機轉軸殘余應力測試方法

大型汽輪發(fā)電機的轉軸是發(fā)電機中最大的轉動部件，運行時轉速一般為3000r/min或3600r/min，對其的力學性能有較高的要求，尤其是殘余應力。殘余應力過高，轉軸在長期運行過程中極有可能出現翹曲變形或者尺寸上的變化，并將有可能影響到轉軸本身的固有頻率，這對服役長達十幾年的發(fā)電機來說具有很大的風險，目前的技術條件一般要求轉軸的殘余應力≤60MPa。

當前，國內對汽輪發(fā)電機轉子鍛件的殘余應力測試大多采用切環(huán)法。由于切環(huán)法需要在轉軸上保留較大的試環(huán)區(qū)，且在測試的時候需要占用大型機床，在時間與成本上不符合現代生產管理的要求。因此，環(huán)芯法就誕生了，其憑借取樣位置小、試驗時間短、效率高、成本低等優(yōu)勢，受到廣泛應用。

環(huán)芯法測試原理

在被測表面上粘貼電阻應變片，以電阻應變片為中心，加工一個直徑為d的環(huán)槽。環(huán)芯邊界上的殘余應力得到釋放，電阻應變片就能夠記錄到應力釋放前后的應變變化，通過胡克定律就可以計算出殘余應力的大小。

環(huán)芯法殘余應力測試過程

采用的儀器

儀器采用聚航科技生產的JHHX環(huán)芯法殘余應力測試系統(tǒng)，是由JHYC靜態(tài)應變儀和JHHX精密開槽裝置組成，全程軟件式操作，自動實時計算殘余應力，并實時顯示和保存應力應變數值，儀器精度高、操作簡單。

前期處理

在試驗前，應在轉軸表面選好測試部位，并對測試部位進行預處理。預處理的主要目的是清潔表面，為粘貼應變片做好準備，并對測試位置進行定位。

首先，在轉軸的表面選取測試部位，一般的原則是兩個測試點之間的距離以及測試點與轉軸端部的距離均大于500MM，避免測試點之間相互影響。另外，由于轉軸的外圓是圓弧面，在選定測試部位之后需要將測試部位盡量打磨平整，主要是為了去除表面的氧化層和取得一個較為平整的平面，以便于更好的粘貼應變片和校調鉆頭的位置。在完成打磨之后，還需用專用的清洗劑對打磨部位進行清洗，為后續(xù)粘貼應變片做好準備。

應變片粘貼

做好前期準備后，首先需用環(huán)芯鉆機的機座進行定位，在測試部位布置好機座后，用專用的刀具對試驗的部位進行定位和劃線。同時根據劃線的情況調整機座的水平，待完成劃線之后，用膠水將機座底部進行固定。

然后進一步清潔測試部位，確保完全干凈之后就可以粘貼應變片，粘貼應變片時需參照相應的使用說明書嚴格進行操作，應變片粘貼的好壞將嚴重影響到試驗的結果。

最后，將粘貼好的應變片的測試線通過導管引出至機座外部，并連接到應變儀上，確保試驗時鉆機的鉆削不會影響到粘貼的應變片及其導線。

具體過程

試驗時，每次鉆削深度為0.5mm，鉆孔完成后，待應變儀讀數穩(wěn)定即可記錄數據。最終參與計算的是0mm、2mm和4mm的應變儀讀數，中間數據的記錄只是為了監(jiān)測試驗的過程是否出現異常。

完成數據記錄之后，可將應變片扯離被測件表面，如果此時應變片仍舊粘貼在被測表面而不隨導線剝離，說明應變片粘貼良好，測試過程可靠。

數據處理

在完成上述測量并記錄數據之后，可對試驗的數據進行處理，將試驗中記錄的應變值代入環(huán)芯法計算公式即可得到相應的殘余應力值。

總結

通過以上的試驗可知，環(huán)芯法可用于大型發(fā)電機轉軸的殘余應力測試，且環(huán)芯法從成本上更加節(jié)省原材料、降低大型機床占用時間和提高工作效率，更重要的是環(huán)芯法能更加可靠的測定大型發(fā)電機轉軸的殘余應力