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大型汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸是發(fā)電機(jī)中*大的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速一般為3000r/min或3600r/min，對(duì)其的力學(xué)性能有較高的要求，尤其是殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力過高，轉(zhuǎn)軸在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中極有可能出現(xiàn)翹曲變形或者尺寸上的變化，并將有可能影響到轉(zhuǎn)軸本身的固有頻率，這對(duì)服役長(zhǎng)達(dá)十幾年的發(fā)電機(jī)來說具有很大的風(fēng)險(xiǎn)，目前的技術(shù)條件一般要求轉(zhuǎn)軸的殘余應(yīng)力≤60MPa。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件的殘余應(yīng)力測(cè)試大多采用切環(huán)法。由于切環(huán)法需要在轉(zhuǎn)軸上保留較大的試環(huán)區(qū)，且在測(cè)試的時(shí)候需要占用大型機(jī)床，在時(shí)間與成本上不符合現(xiàn)代生產(chǎn)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(yàn)時(shí)間短、效率高、成本低等優(yōu)勢(shì)，受到廣泛應(yīng)用。

環(huán)芯法測(cè)試原理

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

環(huán)芯法殘余應(yīng)力測(cè)試過程

采用的儀器

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHHX環(huán)芯法殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，是由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHHX精密開槽裝置組成，全程軟件式操作，自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算殘余應(yīng)力，并實(shí)時(shí)顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，儀器精度高、操作簡(jiǎn)單。

前期處理

在試驗(yàn)前，應(yīng)在轉(zhuǎn)軸表面選好測(cè)試部位，并對(duì)測(cè)試部位進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的主要目的是清潔表面，為粘貼應(yīng)變片做好準(zhǔn)備，并對(duì)測(cè)試位置進(jìn)行定位。

首先，在轉(zhuǎn)軸的表面選取測(cè)試部位，一般的原則是兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的距離以及測(cè)試點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸端部的距離均大于500MM，避免測(cè)試點(diǎn)之間相互影響。另外，由于轉(zhuǎn)軸的外圓是圓弧面，在選定測(cè)試部位之后需要將測(cè)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(gè)較為平整的平面，以便于更好的粘貼應(yīng)變片和校調(diào)鉆頭的位置。在完成打磨之后，還需用專用的清洗劑對(duì)打磨部位進(jìn)行清洗，為后續(xù)粘貼應(yīng)變片做好準(zhǔn)備。

應(yīng)變片粘貼

做好前期準(zhǔn)備后，首先需用環(huán)芯鉆機(jī)的機(jī)座進(jìn)行定位，在測(cè)試部位布置好機(jī)座后，用專用的刀具對(duì)試驗(yàn)的部位進(jìn)行定位和劃線。同時(shí)根據(jù)劃線的情況調(diào)整機(jī)座的水平，待完成劃線之后，用膠水將機(jī)座底部進(jìn)行固定。

然后進(jìn)一步清潔測(cè)試部位，確保*全干凈之后就可以粘貼應(yīng)變片，粘貼應(yīng)變片時(shí)需參照相應(yīng)的使用說明書嚴(yán)格進(jìn)行操作，應(yīng)變片粘貼的好壞將嚴(yán)重影響到試驗(yàn)的結(jié)果。

最后，將粘貼好的應(yīng)變片的測(cè)試線通過導(dǎo)管引出至機(jī)座外部，并連接到應(yīng)變儀上，確保試驗(yàn)時(shí)鉆機(jī)的鉆削不會(huì)影響到粘貼的應(yīng)變片及其導(dǎo)線。

具體過程

試驗(yàn)時(shí)，每次鉆削深度為0.5mm，鉆孔完成后，待應(yīng)變儀讀數(shù)穩(wěn)定即可記錄數(shù)據(jù)。最終參與計(jì)算的是0mm、2mm和4mm的應(yīng)變儀讀數(shù)，中間數(shù)據(jù)的記錄只是為了監(jiān)測(cè)試驗(yàn)的過程是否出現(xiàn)異常。

完成數(shù)據(jù)記錄之后，可將應(yīng)變片扯離被測(cè)件表面，如果此時(shí)應(yīng)變片仍舊粘貼在被測(cè)表面而不隨導(dǎo)線剝離，說明應(yīng)變片粘貼良好，測(cè)試過程可靠。

數(shù)據(jù)處理

在完成上述測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)之后，可對(duì)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將試驗(yàn)中記錄的應(yīng)變值代入環(huán)芯法計(jì)算公式即可得到相應(yīng)的殘余應(yīng)力值。

總結(jié)

通過以上的試驗(yàn)可知，環(huán)芯法可用于大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的殘余應(yīng)力測(cè)試，且環(huán)芯法從成本上更加節(jié)省原材料、降低大型機(jī)床占用時(shí)間和提高工作效率，更重要的是環(huán)芯法能更加可靠的測(cè)定大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的殘余應(yīng)力。