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        某電站機(jī)組改造前力特性試驗(yàn)分析

        2023-02-15 14:02:34韋正鵬張棟林林善亮
        技術(shù)與市場 2023年2期
        關(guān)鍵詞:機(jī)座機(jī)架定子

        林 非,韋正鵬,張棟林,林善亮

        (1.福建華電福瑞能源有限公司池潭水力發(fā)電廠,福建 三明 354400;2.華電電力科學(xué)研究院有限公司,浙江 杭州 310000)

        0 引言

        水電站運(yùn)行機(jī)組的零部件由于形狀和受力情況很復(fù)雜,在設(shè)計(jì)過程中,通常只能把模型試驗(yàn)或中間機(jī)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)換算成真機(jī)的受力情況,或是對其結(jié)構(gòu)和受力狀況進(jìn)行簡化處理后計(jì)算而得[1-3]。因此,所得數(shù)據(jù)和結(jié)果都只能是近似的,此外,有些零部件結(jié)構(gòu)模型復(fù)雜或中間機(jī)組試驗(yàn)耗費(fèi)人力、財(cái)力且得不到準(zhǔn)確的結(jié)果,受力分析計(jì)算亦很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果,故只有依靠現(xiàn)場試驗(yàn)方法才能獲得較為可靠的答案[4]。

        本文針對某電站機(jī)組進(jìn)行力特性試驗(yàn),分析機(jī)組各個(gè)關(guān)鍵部位在不同的運(yùn)行狀態(tài)下的受力情況,確認(rèn)機(jī)組關(guān)鍵部位受力情況是否超標(biāo),為機(jī)組改造可行性與改造范圍提供可靠的支撐依據(jù)。

        1 分析方法

        1.1 試驗(yàn)原理

        采用動靜態(tài)信號測試分析系統(tǒng),利用電阻應(yīng)變片測定零部件或結(jié)構(gòu)指定部位的表面應(yīng)變,再根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式,確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)[5]。測量時(shí),將電阻應(yīng)變片(以下簡稱應(yīng)變片)固定在被測構(gòu)件上,當(dāng)構(gòu)件變形時(shí),應(yīng)變片的電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化[6]。

        電阻應(yīng)變法測量可以用下式表示。

        (1)

        式中:ε為應(yīng)變儀測得的應(yīng)變值;dR/R為應(yīng)變片阻值隨構(gòu)件變形而發(fā)生的相對變化;k為比例系數(shù)(靈敏系數(shù))。

        1.2 應(yīng)力計(jì)算公式

        各測點(diǎn)的應(yīng)變片沿主應(yīng)力方向布置,因此各測點(diǎn)的“應(yīng)力-應(yīng)變”關(guān)系可以按單向應(yīng)變計(jì)算公式或者按照兩向變片計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算分析[7],即:

        σ=Eε

        (2)

        (3)

        式中:E為被測材料的彈性模量;μ為被測材料的泊松比。

        2 試驗(yàn)儀器及測點(diǎn)布置

        2.1 試驗(yàn)儀器

        1)應(yīng)變片:本次檢測采用的是箔式電阻應(yīng)變片,雙向垂直應(yīng)變片為BFH120-3BA-Q30高精度應(yīng)變片,敏感柵尺寸3 mm×2 mm,基底尺寸10.3 mm×10.3 mm,靈敏系數(shù)2.0±1%;單向應(yīng)變片為B120-3AA-Q30高精度應(yīng)變片,敏感柵尺寸6 mm×4 mm,基底尺寸11 mm×6 mm,靈敏系數(shù)2.0±1%。

        2)應(yīng)變儀:本次試驗(yàn)采用北京必創(chuàng)科技股份有限公司生產(chǎn)的動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集采用無線實(shí)時(shí)傳輸,實(shí)時(shí)顯示,實(shí)時(shí)存儲。

        3)測量導(dǎo)線:由于現(xiàn)場試驗(yàn)存在電磁等干擾,數(shù)據(jù)采集過程中采用標(biāo)準(zhǔn)的信號采集屏蔽線,減少測量誤差。

        2.2 測點(diǎn)布置

        試驗(yàn)采用電阻應(yīng)變測量法(即電測法)直接測定機(jī)組運(yùn)行時(shí)零部件(下機(jī)架、頂蓋關(guān)鍵受力部件)的實(shí)際受力狀態(tài)和特性規(guī)律,為校核結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和安全可靠性提供試驗(yàn)數(shù)據(jù),以確定其實(shí)際安全狀態(tài)。另外,根據(jù)應(yīng)力測試的特性要求,為了消除溫度的影響,在材料與被測結(jié)構(gòu)相同的環(huán)境中布置了溫度補(bǔ)償片[8]。

        試驗(yàn)中考慮到上、下機(jī)架各向同性的特點(diǎn),在6個(gè)上機(jī)架和4個(gè)下機(jī)架中挑選3個(gè)相鄰上機(jī)架和2個(gè)相鄰下機(jī)架,選擇測點(diǎn)位置布置雙向應(yīng)變片(垂直與圓周方向)并進(jìn)行編號。考慮到下機(jī)架與定子機(jī)座在同一工作平面,在定子機(jī)座與下機(jī)架同方向下部圓環(huán)位置布置2個(gè)單向應(yīng)變片,應(yīng)變片沿環(huán)向分布。各部件測點(diǎn)分布如圖1所示。

        圖1 測點(diǎn)布置示意圖

        2.3 材料參數(shù)

        查找電廠提供的圖紙和相關(guān)資料,得到被測各部件材料型號和相關(guān)的材料參數(shù),如表1所示。

        表1 材料參數(shù)

        3 試驗(yàn)內(nèi)容及步驟

        在機(jī)組靜止?fàn)顟B(tài)下布置各測點(diǎn),同時(shí)將各測點(diǎn)接入應(yīng)變儀,調(diào)試設(shè)備(調(diào)零),然后機(jī)組開機(jī),并進(jìn)行空轉(zhuǎn)、空載、帶負(fù)荷等運(yùn)行工況下的數(shù)據(jù)采集分析。

        3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

        試驗(yàn)的準(zhǔn)備主要包括傳感器(應(yīng)變片)的安裝、接線、調(diào)試。

        1)選擇應(yīng)變片位置:根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際條件,選擇好貼片位置。

        2)打磨清洗:對選擇好的構(gòu)件位置表面待測點(diǎn)進(jìn)行除銹、除漆打磨處理,打磨后表面應(yīng)平整光滑,無銹斑等,然后用浸有丙酮或酒精的藥棉清洗預(yù)測部位表面,清除油垢灰塵,保持清潔干凈。

        3)畫線:在被測點(diǎn)精確地用鋼針畫好十字交叉線以便定位。

        4)粘貼:將選好的應(yīng)變片背面均勻地涂上一層膠黏劑(本次試驗(yàn)選用502膠水),膠層厚度要適中,將應(yīng)變片的十字線對準(zhǔn)構(gòu)件預(yù)測部位的十字交叉線,輕輕校正方向,然后蓋上一張玻璃紙,用手指朝一個(gè)方向滾壓應(yīng)變片,擠出氣泡和過量的膠水,保證膠層盡可能薄而均勻,再用同樣的膠粘貼引線端子。

        5)表面密封:由于現(xiàn)場測量環(huán)境濕潤,待貼片自然干燥后,利用專業(yè)的705透明密封膠對應(yīng)變片密封處理。

        6)連接固定導(dǎo)線:將應(yīng)變片的2根導(dǎo)線引出線焊在接線端子上,再將導(dǎo)線由接線端子引出連接帶有相同編號的信號線。

        7)放置1 h后,對貼片構(gòu)件進(jìn)行測試。貼片和連接導(dǎo)線過程中注意對編號后的應(yīng)變片與導(dǎo)線一一對應(yīng),并用萬用表測試應(yīng)變片的連通狀況。

        8)用屏蔽導(dǎo)線連接應(yīng)變片和應(yīng)變測量儀,導(dǎo)線連接后對應(yīng)變儀進(jìn)行平衡調(diào)零。

        3.2 試驗(yàn)步驟

        1)開機(jī)試驗(yàn):記錄機(jī)組開機(jī)、空轉(zhuǎn)、空載過程各個(gè)測點(diǎn)應(yīng)力變化值。

        2)變負(fù)荷試驗(yàn):依次為空載、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%額定負(fù)荷、當(dāng)前條件下最大出力,然后逐步減少到90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%額定負(fù)荷、空載。

        3)停機(jī)試驗(yàn):記錄帶負(fù)荷到停機(jī)過程各個(gè)測點(diǎn)應(yīng)力變化值。

        4 試驗(yàn)結(jié)果

        4.1 開機(jī)試驗(yàn)

        開機(jī)過程對上、下機(jī)架和定子機(jī)座的變形進(jìn)行了監(jiān)測,開機(jī)前對所有測點(diǎn)進(jìn)行清零處理,具體應(yīng)變?nèi)鐖D2~4所示。

        圖2 上機(jī)架開機(jī)應(yīng)變變化曲線

        從監(jiān)測的曲線可以看到,機(jī)組開機(jī)后,上、下機(jī)架和定子機(jī)座受力逐漸增大。如表2所示,上機(jī)架最大應(yīng)變值發(fā)生在2號測點(diǎn)垂直方向,最大應(yīng)變值為35.06 με,此時(shí)的應(yīng)力值為9.3 MPa;下機(jī)架最大應(yīng)變值發(fā)生在1號測點(diǎn)圓周方向,最大應(yīng)變值為-271.29 με,最大主應(yīng)力約-77.13 MPa;定子機(jī)座最大應(yīng)變值發(fā)生在1號測點(diǎn)圓周方向,最大應(yīng)變值為-242.84 με,最大主應(yīng)力約-50.03 MPa。

        圖3 下機(jī)架開機(jī)應(yīng)變變化曲線

        圖4 定子機(jī)座開機(jī)應(yīng)變變化曲線

        表2 開機(jī)試驗(yàn)過程中各測點(diǎn)最大應(yīng)力應(yīng)變值

        4.2 變負(fù)荷試驗(yàn)

        機(jī)組開機(jī)變負(fù)荷,同步記錄機(jī)組從空載到變負(fù)荷過程各測點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變變化情況。變化過程中,上、下機(jī)架和定子機(jī)座各測點(diǎn)具體應(yīng)變?nèi)鐖D5~7所示。

        圖5 上機(jī)架變負(fù)荷應(yīng)變變化曲線

        從監(jiān)測的曲線圖可以看到,隨著負(fù)荷的增加,機(jī)組上機(jī)架受力逐漸增大,隨著負(fù)荷的減小,受力也逐漸減?。欢聶C(jī)架與定子機(jī)座受力變化較為平緩,與不帶負(fù)荷時(shí)基本保持一致。上機(jī)架最大應(yīng)變值發(fā)生在3號測點(diǎn)垂直方向,最大應(yīng)變值為93.12 με,此時(shí)的應(yīng)力值為22.01 MPa;下機(jī)架最大應(yīng)變值發(fā)生在1號測點(diǎn)圓周方向,最大應(yīng)變值為-276.86 με,最大主應(yīng)力約-79.49 MPa;定子機(jī)座最大應(yīng)變值發(fā)生在1號測點(diǎn)圓周方向,最大應(yīng)變值為-234.16 με,最大主應(yīng)力約-48.24 MPa。上、下機(jī)架和定子機(jī)座各個(gè)測點(diǎn)分別的最大應(yīng)變值及對應(yīng)的應(yīng)力值如表3所示。

        圖6 下機(jī)架變負(fù)荷應(yīng)變變化曲線

        圖7 定子機(jī)座變負(fù)荷應(yīng)變變化曲線

        表3 變負(fù)荷試驗(yàn)過程中各測點(diǎn)最大應(yīng)力應(yīng)變值

        4.3 停機(jī)試驗(yàn)

        機(jī)組由帶負(fù)荷到停機(jī),同步記錄機(jī)組停機(jī)過程各測點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變變化情況。變化過程中上、下機(jī)架和定子機(jī)座各測點(diǎn)具體應(yīng)變曲線如圖8~10所示。

        圖8 上機(jī)架過程應(yīng)變變化曲線

        圖9 下機(jī)架過程應(yīng)變變化曲線

        圖10 定子機(jī)座過程應(yīng)變變化

        從監(jiān)測的曲線圖可以看到,機(jī)組在停機(jī)過程中上機(jī)架各測點(diǎn)值逐漸減小,說明上機(jī)架受力也逐漸減小,而下機(jī)架與定子機(jī)座各測點(diǎn)值先逐漸增大后減小,說明受力也是先增后減。上機(jī)架最大應(yīng)變值發(fā)生在2號測點(diǎn)垂直方向,最大應(yīng)變值為46.37 με,此時(shí)的應(yīng)力值為13.02 MPa;下機(jī)架最大應(yīng)變值發(fā)生在1號測點(diǎn)圓周方向,最大應(yīng)變值為-335.73 με,最大主應(yīng)力約-95.27 MPa;定子機(jī)座最大應(yīng)變值發(fā)生在1號測點(diǎn)圓周方向,最大應(yīng)變值為-282.28 με,最大主應(yīng)力約-58.15 MPa。上、下機(jī)架和定子機(jī)座各個(gè)測點(diǎn)分別的最大應(yīng)變值及對應(yīng)的應(yīng)力值如表4所示。

        表4 停機(jī)試驗(yàn)過程中各測點(diǎn)最大應(yīng)力應(yīng)變值

        5 結(jié)論

        1)從各試驗(yàn)的結(jié)果來看,各個(gè)試驗(yàn)工況下,上下機(jī)架各測點(diǎn)所測得的應(yīng)力應(yīng)變值均較小。其中,上機(jī)架最大應(yīng)力應(yīng)變變化值發(fā)生在變負(fù)荷試驗(yàn)過程中,發(fā)生部位為下機(jī)架3號測點(diǎn)垂直方向,下機(jī)架最大應(yīng)力應(yīng)變變化值發(fā)生在停機(jī)試驗(yàn)過程中,發(fā)生部位為1號測點(diǎn)圓周方向,定子機(jī)座最大應(yīng)力應(yīng)變變化值發(fā)生在停機(jī)試驗(yàn)過程中,發(fā)生部位為1號測點(diǎn)圓周方向。

        2)在本次試驗(yàn)檢測過程中,上、下機(jī)架和定子機(jī)座在各個(gè)試驗(yàn)工況下,發(fā)生的應(yīng)力變化最大值均小于材料的許用應(yīng)力,強(qiáng)度滿足工況要求,未有超出材料許用應(yīng)力143 MPa強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的情況。

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