水電站引水鋼岔管振動時效工藝應(yīng)用

某水電站設(shè)計庫容1.5億m³，正常蓄水位1305m，總裝機容量100MW，年平均發(fā)電量3.50億KW.H。該工程由瀝青混凝土心墻壩、表孔溢洪洞、導(dǎo)流兼泄洪洞、發(fā)電引水洞、地面廠房等建筑物組成。引水系統(tǒng)鋼岔管共3臺，在安裝現(xiàn)場采用振動時效工藝消除殘余應(yīng)力，采用盲孔法對振動時效前后岔管的焊接殘余應(yīng)力進行測試，定量判斷振動時效效果。

設(shè)備采用JH-700A交流振動時效設(shè)備，采用高速變頻伺服電機，激振力大、壽命長、時效效果好。激振電機的額定功率為2.2KW，轉(zhuǎn)速為1000-10000r/min。激振器通過夾具固定在工件上，拾振器通過磁鐵吸住工件。

振動時效準(zhǔn)備

在鋼岔管主管上離兩端各一段距離的部位設(shè)置馬鞍形支座。在對岔管時效處理前，必須用橡膠墊與鋼支撐隔開，以防止振動能量傳入地面或洞壁。

振動時效過程

一般情況下，做振動時效處理時，首先通過時效系統(tǒng)掃描出的數(shù)個共振點。選出一個共振頻率作為主振頻率，另選1、2個共振頻率作為附振頻率進行時效處理。時效處理的振動頻率選在共振頻率前加速度約為共振點加速度的1/3-2/3處，振動時間為20min左右。振動過程中，注意觀察主要部位的振動情況，如果有些主要部位未能充分時效，則更換激振器的安裝部位，重新掃描，根據(jù)掃描出的共振點進行時效處理。

對引水鋼岔管而言，如果既有彎曲振動，又有扭曲振動，時效處理的效果會更好一些。所以振動時效處理時必須考慮振型。這就要求試振，找出產(chǎn)生彎曲振動和扭曲振動的共振頻率來。然后，分別進行振動時效處理。以1號鋼岔管為例，其振動時效的主要參數(shù)為：掃頻時電機偏心角為30°時，第一、二、三、四共振頻率分別為82.2、90.8、102.5、122.7HZ，加速度分別為5.1g，8.6g，5.6g，2.2g；主振頻率為81.7Hz，加速度7.6-11.5g；附振1頻率為90HZ，加速度8.3g-14.7g，附振2頻率為100HZ，加速度為2.6g-5.5g。

鋼岔管振動時效效果判定

目前振動時效判定方法有兩種，一類是定量測試，如：盲孔法、磁測法、切割法等。一類是定性測試，如振動參數(shù)曲線法、尺寸精度穩(wěn)定性法等。本文采用殘余應(yīng)力測試方法來定量判定振動時效效果。

本次測試采用盲孔法，儀器采用JHMK殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。軟件進行設(shè)置后，自動實時計算殘余應(yīng)力，并實時顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，測量直觀明了，精度高。

選擇10個典型部位進行應(yīng)力測試，保證時效處理前后的測試位置盡量一致，同時以滿足盲孔法的測試要求為前提。在每個測試部位，原始應(yīng)力測1個點，時效處理后測1個點。

測試數(shù)據(jù)分析

測試數(shù)據(jù)表明，鋼岔管內(nèi)壁焊縫的原始?xì)堄鄳?yīng)力數(shù)值較高，普遍達到或接近材料的屈服強度，并呈典型的雙軸拉伸狀態(tài)。鋼岔管外壁焊縫的原始?xì)堄鄳?yīng)力數(shù)值較低。經(jīng)振動時效處理后，原始應(yīng)力高的測點消除應(yīng)力效果比較理想，初始應(yīng)力較低的測點時效前后應(yīng)力測試值變化不大。簡單統(tǒng)計表明，1號鋼岔管平均消除效果達到60%，峰值消除效果達到80%，時效處理效果良好。

通過振動時效處理，水電站引水鋼岔管的焊接殘余應(yīng)力峰值明顯降低，各部分應(yīng)力得到均化。振動時效與傳統(tǒng)的熱時效對比，操作簡單方便，適用性強，節(jié)省能源和費用。