CN112016223A - 一种涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置及方法，属于航空发动机和燃气轮机技术领域。装置中的驱动主轴带动转接工装旋转，转接工装包括芯轴、涡轮毛坯盘和压紧件，所述芯轴的外侧设有限位保护机构，芯轴的顶部与驱动主轴连接，芯轴的底部设有安装涡轮毛坯盘的法兰座，所述的涡轮毛坯盘由压紧件固定；在试验过程中，转速、振动和涡轮毛坯盘的变形由监测系统实时监测并显示，通过设定目标转速、目标变形量和振动限制值控制预选转升速和降速过程。本发明实现了航空发动机和燃气轮机涡轮毛坯盘残余应力的超速预旋转消除的目的，大大降低了涡轮毛坯盘内部的残余应力，提高了涡轮毛坯盘的机械性能，减小了加工变形，缩短了生产周期。

Description

一种涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于毛坯盘超速预旋转消除残余应力的试验装置及方法，用于航空发动机和燃气轮机涡轮盘生产、加工和应用相关技术领域。

背景技术

航空发动机和燃气轮机的涡轮盘长期工作在高温高应力环境中，对材料性能要求极高，需同时具备耐高温性能和高强度特性，为此需要专门的锻造和热处理工艺。此外，航空发动机对能量转换效率的高要求，使涡轮转子结构必须具有极高的尺寸精度和长时尺寸稳定性。

涡轮盘材料复杂锻造和热处理工艺会在毛坯盘内部产生极大的残余应力。残余应力使盘件在加工过程中不断变形，增大了加工难度、增加了加工工序，延长了加工周期，不利于工业化连续生产。因此，需要通过一定的手段开展毛坯盘残余应力消除工作。

常用的残余应力消除方法包括自然时效、去应力退火、锤击法、拉伸过载法等。自然时效法将工件静置几个月到几年时间，使其尺寸达到稳定，仅适用于高价值、高精度要求的单个关键部件，难以批量化生产。去应力退火将工件由室温缓慢、均匀加热至600℃-800℃左右，保温4-8小时，而后温度缓慢冷却到200℃以下，再出炉冷却至室温。这种方法消除残余应力的效果较好，但效率低，造成环境污染和能源浪费，并且会改变工件的力学性能，不适用于涡轮盘等材料性能要求极高的场合。锤击法主要用于焊接结构残余应力处理。拉伸过载法是将构件进行机械加载，载荷达到或超过屈服应力后再降载，使内部的残余应力重新分布，从而达到消除残余应力的目的。拉伸过载法不仅能够降低残余应力，还可以通过应变强化提高构件的机械性能，工艺简单，流程迅速，适合工业化连续生产。

考虑涡轮盘工作时主要受周向应力作用，因此周向残余应力消除是其关键，但涡轮毛坯盘为圆环形无轴结构，难以开展涡轮毛坯件的周向旋转轴对称拉抻过载夹持工装设计，无法模拟高速旋转下的离心应力分布特征。因此，目前的拉伸过载法难以消除涡轮毛坯件的残余应力。

发明内容

本发明针对现有航空发动机与燃气轮机涡轮毛坯盘件残余应力难以消除的问题，提供了一种涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置及方法，本发明采用预旋转方法达到消除残余应力的目的，首先将待试验的涡轮毛坯盘安装在芯轴的底部，芯轴外围设有限位保护机构，在试验过程中可实时在线监测轮盘总体变形、以及塑性变形分量，能够通过控制转速和保持时间来调控残余应力的消除效果，以满足试验技术要求。本发明提供的试验装置和方法实现了航空发动机和燃气轮机涡轮毛坯盘残余应力的超速预旋转消除的目的，大大降低了涡轮毛坯盘内部的残余应力，提高了涡轮毛坯盘的机械性能，减小了加工变形，可快速大规模应用于涡轮毛坯盘生产工艺流程中。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

一种涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置，包括由腔盖和腔壁围成的密闭试验腔体、电机、增速头、限位保护机构、转接工装和监测系统；

所述的增速头与电机连接，增速头中的驱动主轴穿过腔盖中心的开孔伸入试验腔体中，通过连接件与转接工装相连；所述的转接工装包括芯轴、涡轮毛坯盘和压紧件，所述芯轴的外侧设有限位保护机构，芯轴的顶部与驱动主轴连接，芯轴的底部设有安装涡轮毛坯盘的法兰座，所述的涡轮毛坯盘由压紧件固定；

所述的监测系统包括转速传感器、振动传感器、激光位移传感器和控制器，所述的转速传感器和振动传感器安装在增速头上，所述的激光位移传感器通过支架固定在涡轮毛坯盘的外侧，所述的转速传感器、振动传感器、激光位移传感器均与试验腔体外部的控制器相连。

作为本发明的优选，所述的限位保护机构包括支座、轴承和吸能环，所述支座安装在腔盖下表面上，支座侧壁加工开孔便于操作，支座的底部设有安装轴承的通孔，轴承的内侧安装有吸能环，所述芯轴穿过吸能环与驱动主轴连接。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果：

1)本发明设计了一种可以实现毛坯盘超速旋转的装置，且可以实时在线监测旋转过程中的毛坯盘变形情况，实现了航空发动机和燃气轮机涡轮毛坯盘残余应力的超速预旋转消除的目的，大大降低了涡轮毛坯盘内部的残余应力，提高了涡轮毛坯盘的机械性能，减小了涡轮盘的加工变形，克服了传统的拉伸过载法难以消除涡轮毛坯件的残余应力的问题。

具体的，设计了底部带有法兰盘的芯轴结构，待试验的涡轮盘通过压紧件紧固于芯轴底部，通过芯轴的旋转带动涡轮盘转动，通过超速旋转过程中的离心力使得涡轮盘内部的残余应力重新分布，且离心力均匀，能够达到消除残余应力的目的，在整体过程中不需要对涡轮盘设计对称拉抻过载夹持工装机构。芯轴外围还设置有限位保护机构，当动力轴故障或者转速超速情况下引起芯轴晃动时，能够通过吸能环吸收部分摆动能量，之后被限位保护轴承限制在特定摆动幅度之内，保证芯轴不因弯曲太大而折断，从而防止涡轮毛坯盘飞脱掉落，保证了试验稳定性和安全性。

设计了实时在线监测系统，通过多传感器组合采集数据，并将其转换为总变形值、塑性变形值进行实时显示，得到涡轮毛坯盘在旋转过程中随时间的变形曲线以及随速度变化的变形曲线，保证了预旋转过程中能够精确控制轮盘塑性变形量，为后续的残余应力消除试验提供了重要的参考数据。

2)本发明通过将毛坯盘的总变形值与转速关系进行建模，通过模型系数进一步得到塑性变形值随转速的关系模型，由于塑性变形值是可以通过测量得到的，因此试验结束后测量得到的塑性变形值可用于对实时显示的塑性变形曲线进行反馈修正，保证了试验数据的准确性。

3)本发明设计的预旋转系统适用于各种形状和大小的涡轮毛坯盘，传感器位置可随毛坯盘的结构和大小进行位置调整，可根据不同应用场合的要求获得到控制参数，通用性强，可快速大规模应用于涡轮毛坯盘生产工艺流程中，缩短了涡轮盘的生产周期。

附图说明

图1发动机涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力试验装置主要系统构成示意图；

图2为发动机涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力试验装置结构示意图；

图3为限位保护装置局部细节图；

图4为发动机涡轮毛坯盘超速工装装配后三维剖切示意图；

图5为发动机涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力试验流程图；

图6为预旋转试验过程中转速-振动实时曲线图；

图7为预旋转试验过程中变形随转速平方的实时曲线图；

图8(a)为预旋转试验前涡轮毛坯盘残余应力分布图；

图8(b)为预旋转试验后涡轮毛坯盘残余应力分布图。

图中，1、驱动主轴，2、转速传感器，3、增速头，4、转速-振动传感器信号线，5、试验腔盖，6、穿线法兰，7、激光位移传感器信号线，8、支座，9、轴承，10、吸能环，11、锁紧螺母，12、压紧套筒，13、上盖板，14、涡轮毛坯盘、15、超速芯轴，16、下盖板，17、激光位移传感器，18、激光位移传感器固定支架，19、试验腔壁，20、显示器，21、转速-振动控制器，22、轮盘变形在线监测控制器，23、振动传感器，24、紧固螺母，25、固定环板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

如图1～2所示，一种发动机涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力试验装置，主要包括由腔盖和腔壁围成的密闭试验腔体、动力机构、用于装配涡轮毛坯盘的超速转接工装、轮盘变形在线监测系统、限位保护机构、监控系统等。

动力机构由电机、增速头3构成；所述的增速头3与电机连接，增速头中的驱动主轴1穿过腔盖5中心的开孔伸入试验腔体中，通过连接件与转接工装相连；所述的转接工装包括芯轴15、涡轮毛坯盘14和压紧件，所述芯轴的外侧设有限位保护机构，芯轴的顶部与驱动主轴1连接，芯轴的底部设有安装涡轮毛坯盘14的法兰座，所述的涡轮毛坯盘14由压紧件固定；

所述的监测系统包括转速传感器2、振动传感器23、激光位移传感器17和控制器，所述的转速传感器2和振动传感器23安装在增速头3上，所述的激光位移传感器17通过支架固定在涡轮毛坯盘14的外侧，所述的转速传感器、振动传感器、激光位移传感器均与试验腔体外部的控制器相连。

在本发明的一个具体实施中，试验腔盖5和试验腔壁19围成试验腔体，在试验过程中将试验腔体抽真空形成真空腔，试验腔盖与试验腔壁之间安装橡胶圈保证密封效果；

如图3所示，限位保护机构包括限位保护支座8，限位保护轴承9和吸能环10三层结构，所述支座安装在腔盖下表面上，支座侧壁加工开孔便于操作，支座的底部设有安装轴承的通孔，轴承的内侧安装有吸能环，所述芯轴穿过吸能环与驱动主轴连接。

所述限位保护支座8采用柱体结构，其横截面为圆环，其顶面加工成带孔法兰边通过螺母安装在试验腔盖5上，限位保护轴承9通过紧固螺母安装在限位保护支座8的底面，可拆卸更换；限位保护支座局部加工成T型槽用于安装限位保护轴承，上面安装固定环板25，固定环板通过紧固螺母24安装在限位保护支座上；限位保住轴承内侧安装吸能环10；吸能环材料为铜或铝合金，为双层片状结构，双层之间留有间隙，下端开口上端连接，与限位保护轴承和超速芯轴间隙配合安装，并于超速芯轴保持间隙径向间距为5-10mm，以同时满足容许超速芯轴正常振动并起到保护作用的效果。预旋转过程中由于轮盘变形不均匀导致超速芯轴振动过大发生剧烈摆动，碰到吸能环时首先被吸能环吸收部分摆动能量，之后被限位保护轴承限制在特定摆动幅度之内，保证芯轴不因弯曲太大而折断，从而防止涡轮毛坯盘飞脱掉落。

在本发明的一个具体实施中，所述转接工装中的压紧件包括套设在芯轴上的上盖板、下盖板、压紧套筒和锁紧螺母，所述的下盖板安装在芯轴底部的法兰座上，通过螺母固定。下盖板的边缘设置加工止口，作为供安装涡轮毛坯盘的定位槽实现中心定位，上盖板位于涡轮毛坯盘的上表面，上盖板13和下盖板16共同作用压紧涡轮毛坯盘；压紧套筒12抵接在上盖板上，由锁紧螺母11固定，压紧力由锁紧螺母11提供，并通过压紧套筒12传递到上盖板上，上盖板下压距离应该大于3mm，以保证涡轮毛坯盘压紧力。高速旋转时，超速芯轴通过螺钉将扭矩传递给下盖板，下盖板和上盖板通过摩擦力带动涡轮毛坯盘高速旋转。

如图4所示，装配后的涡轮转子工装包括超速芯轴、上下盖板、压紧套筒、锁紧螺母、涡轮毛坯盘，所述超速芯轴直径应大于80mm，所述上、下盖板直径为D，厚度为t，应满足t≥D/40，所述工装装配时应上下压紧盖板超过3mm，以提供足够大的涡轮毛坯盘压紧力，保证预旋转稳定性。

在本发明的一个具体实施中，设计了实时在线监测系统，通过多传感器组合采集数据，并将其转换为总变形值、塑性变形值进行实时显示，得到涡轮毛坯盘在旋转过程中随时间的变形曲线以及随速度变化的变形曲线，保证了预旋转过程中能够精确控制轮盘塑性变形量，为后续的残余应力消除试验提供了重要的参考数据。

具体的，在涡轮毛坯盘外侧安装激光位移传感器固定支架17，固定支架上端面通过螺母安装在试验腔盖上，下端为L型连杆，连杆末端为安装平板，用于安装激光位移传感器17，激光位移传感器用于测量轮盘径向尺寸变化，数据采集频率大于10kHz，尺寸分辨率小于0.01mm，激光位移传感器初始安装位置与涡轮毛坯盘外缘距离大于50mm，量程大于10mm，且激光位移传感器安装位置与涡轮毛坯盘的高度保持一致，所配激光位移传感器应可在真空下长时间工作，同时具有供电能力。试验腔盖上设有信号线穿接法兰6，穿接处填塞绝缘胶，防止漏气，保证试验过程中试验腔内的真空度。信号线通过穿接法兰6穿过试验腔盖与变形监测控制器相连，控制器具有数据临时快速存储功能，通过24V电压供电，控制器数据传递给显示器20，通过软件处理后实时显示总变形量。

转速传感器2安装于增速头3上，用于检测驱动主轴1转速，振动传感器23安装于增速头3下部，用于检测驱动主轴1振动，转速传感器2和振动传感器23通过转速-振动传感器信号线4将数据传递给转速-振动控制器21，转速-振动控制器将数据传递给显示器20，通过软件处理后实时显示转速值和振动值。转速传感器和振动传感器具有很高的刚度以防止试验过程中发生振动，影响测量精度。

在窗口数据的实时显示中，转速、振动、总变形值右传感器数据直接读出，塑性变形值由下式计算得出：

ε_p＝ε-(a*x^2+b)

其中，ε_p为塑性变形值，ε为总变形值，x为转速，a和b由总变形-转速平方上升曲线上的直线段拟合得到(以转速平方为横坐标，轮盘总变形为纵坐标，显示变形实时曲线)。

如图5所示，通过上述装置实现基于超转塑性变形的涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验方法，包括以下步骤：

1)使用标准千分尺周向均布测量涡轮毛坯盘内孔直径、外缘直径尺寸并取均值，测试数据不少于8个，并记录；采用X射线应力分析仪测试轮盘表面残余应力分布并记录，然后将涡轮毛坯盘安装在芯轴底部的法兰座上，并由压紧件固定；

2)装配涡轮毛坯盘到转接工装上，超速芯轴穿出上盖板的长度为430mm，芯轴上端直径为110mm；

3)将限位保护轴承安装于限位保护支座上，用螺母锁紧，将吸能环安装于限位保护轴承上，将限位保护支座通过螺栓安装于试验腔盖上；

4)将装配好的涡轮毛坯盘与转接工装组成的试验转子连接到驱动主轴1下端，调节限位保护支座位置，使吸能铜圈与超速芯轴间距为5mm；

5)安装激光位移传感器固定支架，安装激光位移传感器，调节传感器位置，使激光位移传感器正对轮盘，与轮缘距离以激光能够聚焦的位置为准，激光位移传感器初始安装位置与涡轮毛坯盘外缘距离大于50mm，量程大于10mm，最大偏离小于±1mm，高度与涡轮毛坯盘相同，将位移传感器的信号线通过穿接法兰穿过试验腔盖，穿接处使用密封胶密封，保证试验时腔内真空度；

6)考虑到动力系统及传感器组等的产品精度问题，设定转速超调不大于20r/min，变形值超限不大于0.1mm，防止转速过高或变形量过大引起产品的损坏；

7)闭合试验腔盖，预设试验控制参数，包括目标转速值、最大振动值、最大总变形值、最大塑性变形值、升/降速加速度范围和稳定保持时间，其中：

升/降速加速度：3-10r/min/s，升速优选5r/min/s，降速优选10r/min/s；稳定保持时间：0.5-30min，优选10min；最大振动值：150-200μm；目标转速值：即允许的最高转速，根据有限元软件计算得到不同转速值下的毛坯盘屈服体积比(屈服范围)，将毛坯盘屈服体积比(屈服范围)达到50％-75％时的转速作为目标转速值；在仿真试验中，由于涡轮毛坯盘中的局部材料应力分布不同，当局部材料达到屈服极限后发生屈服，随着转速的增大，屈服范围逐渐扩大。本实施例采用的有限元软件为ANSYS软件。

最大塑性变形值：D₀*0.2％，其中D₀为毛坯盘外径；

最大总变形值：D₀*(σ_y/E+0.2％)，其中σ_y为毛坯盘屈服强度，E为毛坯盘弹性模量；

抽真空并设置好试验控制参数后，对激光位移传感器初始值清零，设定旋转升速加速度为5r/min/s，开启预旋转试验；

8)涡轮毛坯盘开始旋转升速，通过在线监测系统实时显示转速、主轴振动、轮盘总变形值和轮盘塑性变形值，转速-时间实时曲线、振动-时间实时曲线如图6所示，首先线性升速至目标转速，维持一段时间后进行线性降速，振动-时间实时曲线呈现相同的趋势，当转速越大时，振动值越大，其最大值不能超过预设的振动限制值。

变形-转速平方实时曲线如图7所示，随着转速增大，总变形值增加，塑性变形值由下式计算得出：ε_p＝ε-(a*x^2+b)，ε_p为塑性变形值，ε为总变形值，x为转速；a和b为系数，由总变形-转速平方上升曲线上的直线段拟合得到；

9)根据转速和变形数据，实时判断预旋转试验过程中涡轮毛坯盘旋转转速和变形状态；若转速、主轴振动、毛坯盘总变形和塑性变形未达到设定值，则继续试验，若转速或变形达到设定值，则试验进入转速保持状态，稳定保载时间为10min，时间越长变形越充分，保载结束后，以10r/min/s加速度降速至零，若振动超限，则直接降速至零，以保护试验机；

10)监控系统及时进行数据存储，试验结束放气后打开腔盖，使用标准千分尺测量涡轮毛坯盘周向均布8个位置的内孔直径、外缘直径尺寸，并记录，比较试验前后涡轮毛坯盘的内孔、外径尺寸比值，将监控系统存储的变形数据乘以该比值进行修正。

11)采用X射线应力分析仪测试轮盘各表面中心位置残余应力分布，并与试验前对比，若残余应力幅值下降超过50％，则完成预旋转消除残余应力试验，并确定试验参数，开展批量试验，若残余应力幅值下降未超过50％，则将试验控制参数中的转速、总变形和塑性变形分别提高1％、2％和10％，重复步骤8-11，直至测试残余应力幅值下降超过50％，并确定批量试验的控制参数。

作为本发明的一个具体应用，以GH4065A材料的涡轮毛坯盘为例，轮盘最大直径为D₀＝800mm，采用X射线应力分析仪测试结合有限元计算获得预旋转前其内部分布不均匀的原始残余应力最大可达700～900MPa，如图8(a)所示，采用本发明试验装置和方法进行预旋转消除残余应力试验，最终采用的最高试验转速为10800r/min，涡轮毛坯盘高速旋转状态下的测试的实时径向总变形量超过5.2mm，塑性变形量超过1.8mm，上述实际塑性变形量已超过材料屈服所定义的0.2％的标准塑性变形量(对实施例而言就是1.6mm)，预旋转试验后采用X射线应力分析仪测试结合有限元计算获得预选转后轮盘残余应力分布，大部分仅为100～300MPa，如图8(b)所示，大大降低了残余应力分布，满足产品要求。

以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置，其特征在于，包括由腔盖和腔壁围成的密闭试验腔体、电机、增速头、限位保护机构、转接工装和监测系统；

所述的增速头与电机连接，增速头(3)中的驱动主轴(1)穿过腔盖(5)中心的开孔伸入试验腔体中，通过连接件与转接工装相连；所述的转接工装包括芯轴(15)、涡轮毛坯盘(14)和压紧件，所述芯轴的外侧设有限位保护机构，芯轴的顶部与驱动主轴(1)连接，芯轴的底部设有安装涡轮毛坯盘的法兰座，所述的涡轮毛坯盘由压紧件固定；

所述的监测系统包括转速传感器(2)、振动传感器(23)、激光位移传感器(17)和控制器，所述的转速传感器和振动传感器安装在增速头(3)上，所述的激光位移传感器(17)通过支架固定在涡轮毛坯盘(14)的外侧，所述的转速传感器、振动传感器、激光位移传感器均与试验腔体外部的控制器相连。

2.如权利要求1所述的涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置，其特征在于，所述的限位保护机构包括支座(8)、轴承(9)和吸能环(10)，所述支座安装在腔盖(5)下表面上，支座的底部设有安装轴承的通孔，轴承的内侧安装有吸能环，所述芯轴穿过吸能环与驱动主轴连接。

3.如权利要求2所述的涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置，其特征在于，所述芯轴(15)与吸能环(10)同轴，且两者之间的径向间隙距离为5-10mm。

4.如权利要求2所述的涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置，其特征在于，所述吸能环(10)由双层铜环或者双层铝合金环上端面相连构成，双层之间留有间隙。

5.如权利要求1所述的涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置，其特征在于，所述转接工装中的压紧件包括套设在芯轴上的上盖板(13)、下盖板(16)、压紧套筒(12)和锁紧螺母(11)，所述的下盖板安装在芯轴底部的法兰座上，下盖板的边缘设有供安装涡轮毛坯盘的定位槽，上盖板位于涡轮毛坯盘的上表面；压紧套筒抵接在上盖板上，由锁紧螺母固定。

6.如权利要求5所述的涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置，其特征在于，所述压紧件中的上、下盖板厚度≥D/40，D为上、下盖板的直径。

7.如权利要求1所述的涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置，其特征在于，所述芯轴的直径大于80mm。

8.如权利要求1所述的涡轮毛坯盘预旋转消除残余应力的试验装置，其特征在于，所述芯轴的底部设有中心定位孔。

9.一种采用权利要求2所述的试验装置对涡轮毛坯盘进行预旋转消除残余应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用千分尺周向均布测量涡轮毛坯盘的内孔直径、外缘直径尺寸并取均值记录，采用X射线应力分析仪测试轮盘表面残余应力分布并记录，然后将涡轮毛坯盘安装在芯轴底部的法兰座上，并由压紧件固定；

2)将芯轴(15)顶部穿过限位保护机构中的吸能环(10)后与驱动主轴(1)相连，控制芯轴(15)与吸能环(10)之间的径向间隙距离为5mm-10mm；调整激光位移传感器(17)的高度与涡轮毛坯盘(14)高度相同，且激光位移传感器初始安装位置与涡轮毛坯盘外缘距离大于50mm，量程大于10mm；

3)密封腔盖(5)和腔壁(19)，将试验腔体抽真空；启动试验装置，预设试验控制参数，包括目标转速值、最大振动值、最大总变形值、最大塑性变形值、升/降速加速度范围和稳定保持时间；

4)在升速旋转过程，转速传感器(2)、振动传感器(23)和激光位移传感器(17)将采集到的数据传输至控制器，并进行实时处理和计算，同步显示转速、振动、总变形值和塑性变形值随时间的变化曲线；其中，转速、振动和总变形值可直接读出，塑性变形值由下式计算得出：

ε_p＝ε-(a*x^2+b)

其中，ε_p为塑性变形值，ε为总变形值，x为转速；a和b为系数，由总变形-转速平方上升曲线上的直线段拟合得到；

5)若在升速过程中振动超限，则立即进入降速过程，若振动始终未超限，则当达到目标转速值、最大总变形值或者最大塑性变形值后，稳定保持0.5-30min，然后进入降速过程；

6)试验结束后，打开腔壁，并卸下涡轮毛坯盘，测量试验后的涡轮毛坯盘内孔直径、外缘直径尺寸，对比试验前的测量结果，直接相减即可得到轮盘残余塑性变形，通过与监测系统输出的最后时刻的塑性变形值比较，校正监测系统输出的塑性变形值和总变形值；

7)采用X射线应力分析仪测试轮盘表面残余应力分布，并与试验前对比，若残余应力幅值下降超过预设百分比，则完成预旋转消除残余应力试验，并确定试验参数，开展批量试验；若残余应力幅值下降未超过预设百分比，则将试验控制参数中的目标转速值、最大总变形值和最大塑性变形值分别提高1％、2％和10％，重复步骤4-7，直至测试残余应力幅值下降超过预设百分比，确定试验参数，开展批量试验。

10.如权利要求9所述的对涡轮毛坯盘进行预旋转消除残余应力的方法，其特征在于，步骤3)预设的试验控制参数具体为：

升/降速加速度：3-10r/min/s；稳定保持时间：0.5-30min；最大振动值：150-200μm；

目标转速值：根据有限元软件得到不同转速值下的毛坯盘屈服体积比，将毛坯盘屈服体积比达到50％-75％时的转速作为目标转速值；

最大塑性变形值：D₀*0.2％，其中D₀为毛坯盘外径；

最大总变形值：D₀*(σ_y/E+0.2％)，其中σ_y为毛坯盘屈服强度，E为毛坯盘弹性模量。

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