大型汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸是發(fā)電機(jī)中最大的轉(zhuǎn)動部件，運(yùn)行時轉(zhuǎn)速一般為3000r/min或3600r/min，對其的力學(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，這對服役長達(dá)十幾年的發(fā)電機(jī)來說具有很大的風(fēng)險，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，國內(nèi)對汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件的殘余應(yīng)力測試大多采用切環(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)，且在測試的時候需要占用大型機(jī)床，在時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、試驗時間短、效率高、成本低等優(yōu)勢，受到廣泛應(yīng)用。

環(huán)芯法測試原理

在被測表面上粘貼電阻應(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算出殘余應(yīng)力的大小。

環(huán)芯法殘余應(yīng)力測試過程

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，自動實(shí)時計算殘余應(yīng)力，并實(shí)時顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，儀器精度高、操作簡單。

前期處理

在試驗前，應(yīng)在轉(zhuǎn)軸表面選好測試部位，并對測試部位進(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，并對測試位置進(jìn)行定位。

首先，在轉(zhuǎn)軸的表面選取測試部位，一般的原則是兩個測試點(diǎn)之間的距離以及測試點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸端部的距離均大于500MM，避免測試點(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(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，在測試部位布置好機(jī)座后，用專用的刀具對試驗的部位進(jìn)行定位和劃線。同時根據(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)一步清潔測試部位，確保完全干凈之后就可以粘貼應(yīng)變片，粘貼應(yīng)變片時需參照相應(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)重影響到試驗的結(jié)果。

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

具體過程

試驗時，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)測試驗的過程是否出現(xiàn)異常。

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

數(shù)據(jù)處理

在完成上述測量并記錄數(shù)據(jù)之后，可對試驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將試驗中記錄的應(yīng)變值代入環(huán)芯法計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(jī)轉(zhuǎn)軸的殘余應(yīng)力