大型发电机转轴残余应力测试方法

大型汽轮发电机的转轴是发电机中最大的转动部件，运行时转速一般为3000r/min或3600r/min，对其的力学性能有较高的要求，尤其是残余应力。残余应力过高，转轴在长期运行过程中极有可能出现翘曲变形或者尺寸上的变化，并将有可能影响到转轴本身的固有频率，这对服役长达十几年的发电机来说具有很大的风险，目前的技术条件一般要求转轴的残余应力≤60MPa。

当前，国内对汽轮发电机转子锻件的残余应力测试大多采用切环法。由于切环法需要在转轴上保留较大的试环区，且在测试的时候需要占用大型机床，在时间与成本上不符合现代生产管理的要求。因此，环芯法就诞生了，其凭借取样位置小、试验时间短、效率高、成本低等优势，受到广泛应用。

环芯法测试原理

在被测表面上粘贴电阻应变片，以电阻应变片为中心，加工一个直径为d的环槽。环芯边界上的残余应力得到释放，电阻应变片就能够记录到应力释放前后的应变变化，通过胡克定律就可以计算出残余应力的大小。

环芯法残余应力测试过程

采用的仪器

仪器采用聚航科技生产的JHHX环芯法残余应力测试系统，是由JHYC静态应变仪和JHHX精密开槽装置组成，全程软件式操作，自动实时计算残余应力，并实时显示和保存应力应变数值，仪器精度高、操作简单。

前期处理

在试验前，应在转轴表面选好测试部位，并对测试部位进行预处理。预处理的主要目的是清洁表面，为粘贴应变片做好准备，并对测试位置进行定位。

首先，在转轴的表面选取测试部位，一般的原则是两个测试点之间的距离以及测试点与转轴端部的距离均大于500MM，避免测试点之间相互影响。另外，由于转轴的外圆是圆弧面，在选定测试部位之后需要将测试部位尽量打磨平整，主要是为了去除表面的氧化层和取得一个较为平整的平面，以便于更好的粘贴应变片和校调钻头的位置。在完成打磨之后，还需用专用的清洗剂对打磨部位进行清洗，为后续粘贴应变片做好准备。

应变片粘贴

做好前期准备后，首先需用环芯钻机的机座进行定位，在测试部位布置好机座后，用专用的刀具对试验的部位进行定位和划线。同时根据划线的情况调整机座的水平，待完成划线之后，用胶水将机座底部进行固定。

然后进一步清洁测试部位，确保完全干净之后就可以粘贴应变片，粘贴应变片时需参照相应的使用说明书严格进行操作，应变片粘贴的好坏将严重影响到试验的结果。

最后，将粘贴好的应变片的测试线通过导管引出至机座外部，并连接到应变仪上，确保试验时钻机的钻削不会影响到粘贴的应变片及其导线。

具体过程

试验时，每次钻削深度为0.5mm，钻孔完成后，待应变仪读数稳定即可记录数据。最终参与计算的是0mm、2mm和4mm的应变仪读数，中间数据的记录只是为了监测试验的过程是否出现异常。

完成数据记录之后，可将应变片扯离被测件表面，如果此时应变片仍旧粘贴在被测表面而不随导线剥离，说明应变片粘贴良好，测试过程可靠。

数据处理

在完成上述测量并记录数据之后，可对试验的数据进行处理，将试验中记录的应变值代入环芯法计算公式即可得到相应的残余应力值。

总结

通过以上的试验可知，环芯法可用于大型发电机转轴的残余应力测试，且环芯法从成本上更加节省原材料、降低大型机床占用时间和提高工作效率，更重要的是环芯法能更加可靠的测定大型发电机转轴的残余应力