CN114383764A - 一种水电站机组的应力特性测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水电站机组的应力特性测量方法，包括：第一步：确定机组的测点，并对所述测点进行处理；第二步：所述机组静止时，在各所述测点上设置应变片，所述应变片通过信号采集屏蔽线与应变仪连接，并对所述应变仪进行平衡调零处理；第三步：对所述机组进行多项试验，所述机组运行并造成形变，所述应变片的电阻变化，所述应变仪测量电阻变化并输出应变值，将应变值通过胡克定律计算出应力值，并与所述机组的材料的许用应力比较。本发明的技术方案是通过确定机组的测点并处理，在各测点上设置应变片，应变仪进行平衡调零，最后对机组进行多项试验。本方法可直接对机组进行试验，得到机组真实运行时的试验数据，体现机组的真实应变状态。
Description
技术领域
本发明涉及水电站机组检测领域，特别是涉及一种水电站机组的应力特性测量方法。
背景技术
水电站的机组在运行过程中会承受较大的压力，并发生形变，若机组因受力而损害，则会造成财产损失和人身危险，因此精确的检测机组的受力状态是相当重要的。现有的水电站的机组的检测方法均是对机组的模型进行试验，或是对中间的机组试验数据换算成真机的受力情况，或是对机组结构和受力状况进行简化处理后计算而得的，因此现有的检测方法只能得到近似的试验数据和结果，无法获得机组真实的应变状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水电站机组的应力特性测量方法，所述水电站机组的应力特性测量方法具有准确检测机组应变状态等特点，具有较好的适用性。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种水电站机组的应力特性测量方法，包括：第一步：确定机组的测点，并对所述测点进行处理；第二步：所述机组静止时，在各所述测点上设置应变片，所述应变片通过信号采集屏蔽线与应变仪连接，并对所述应变仪进行平衡调零处理；第三步：对所述机组进行多项试验，所述机组运行并造成形变，所述应变片的电阻变化，所述应变仪测量电阻变化并输出应变值，将应变值通过胡克定律计算出应力值，并与所述机组的材料的许用应力比较。
优选地，所述应变片包括单向应变片和双向垂直应变片；所述应变仪包括惠更斯电桥，并具有放大和滤波功能。
优选地，所述机组包括上机架、下机架和定子机座，在所述上机架腹板下缘结构处呈圆周间隔设置四个所述单向应变片，在所述上机架肘弯上端部呈圆周间隔设置四个所述单向应变片；在所述下机架腹板下缘结构处呈圆周间隔设置四个所述单向应变片；在所述定子机座的圆环上呈90°间隔设置两个所述单向应变片；所述上机架、所述下机架和所述定子机座上的所述测点的单向应力计算公式为σ＝Eε，其中，E为被测材料的弹性模量，ε为所述应变仪测得的应变值。
优选地，所述机组还包括顶盖，在所述顶盖上呈圆周间隔设置四个所述双向垂直应变片，所述顶盖上的所述测点的双向应力计算公式为
其中，E为被测材料的弹性模量，μ为被测材料的泊松比，ε为所述应变仪测得的应变值。
优选地，所述处理包括对所述测点表面进行打磨和清洗，并在所述测点上标注十字交叉线。
优选地，所述应变片和接线端子通过胶水粘接于所述测点上，并将所述应变片上的十字线与所述十字交叉线对齐；在胶水干燥后，通过密封胶对所述应变片密封处理。
优选地，所述试验包括开机试验，所述开机试验为检测并记录所述机组首次开机到空转的过程中，各所述测点的应力变化值。
优选地，所述试验还包括空载试验，所述空载试验检测并记录所述机组从空载转速为40％ne到空载的过程中，各所述测点的应力变化值。
优选地，所述试验还包括变负荷试验，所述变负荷试验检测并记录所述机组从空载到额定负荷的过程中，各所述测点的应力变化值。
优选地，所述试验还包括停机试验，所述停机试验检测并记录所述机组从满负荷到停机的过程中，各所述测点的应力变化值。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
上述技术方案中所提供的一种水电站机组的应力特性测量方法，通过先确定机组的测点，并对测点进行处理，在机组静止时，在各所述测点上设置对应的应变片，应变片通过信号采集屏蔽线与应变仪连接，对应变仪进行平衡调零处理，最后即可对机组进行多项试验。本方法可直接对机组进行试验，得到机组真实运行时的试验数据，体现机组的真实应变状态。
附图说明
图1为本发明实施例提供的上机架和应变片的示意图。
图2为本发明实施例提供的下机架和应变片的示意图。
图3为本发明实施例提供的定子机座和应变片的示意图。
图4为本发明实施例提供的顶盖和应变片的示意图。
图5为本发明实施例提供的惠斯通电桥的示意图。
图6为本发明实施例提供的惠斯通电桥的另一种示意图。
1、应变片；2、上机架；3、下机架；4、定子机座；5、顶盖。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
请参阅图1-4，本发明实施例中提供了一种水电站机组的应力特性测量方法，包括：
第一步：确定机组的测点，并对所述测点进行处理；
第二步：所述机组静止时，在各所述测点上设置应变片1，所述应变片1通过信号采集屏蔽线与应变仪连接，并对所述应变仪进行平衡调零处理；
第三步：对所述机组进行多项试验，所述机组运行并造成形变，所述应变片1的电阻变化，所述应变仪测量电阻变化并输出模拟信号。
在优选的实施例中，先在所述机组上确定测点，所述测点的位置需要在所述机组的关键受力部位，关键受力部位处测得的试验数据更具有代表性。
所述机组包括上机架2、下机架3、定子机座4和顶盖5。其中，所述上机架2设有八个所述测点，其中四个所述测点位于所述上机架2的腹板下缘结构处，四个所述测点呈圆周间隔排布。另四个所述测点位于所述上机架2的肘弯上端部处，四个所述测点呈圆周间隔排布。所述上机架2的腹板下缘结构和肘弯上端部均会受到较大的剪切应力，是所述上机架2较易发生剪切变形的部位。
所述下机架3设有四个所述测点，四个所述测点位于所述下机架3的腹板下缘结构处，并呈圆周间隔排布。所述下机架3的腹板下缘结构会受到较大的剪切应力，较易发生剪切变形。
所述定子机座4设有两个所述测点，两个所述测点位于所述定子机座4的圆环上，且两个所述测点之间的夹角为90°。
值得注意的是，所述上机架2、所述下机架3和所述定子机座4具有各向同性的特点，因此在所述上机架2、所述下机架3和所述定子机座4的各所述侧点上设置的应变片1均为单向应变片。且所述单向应变片的位置方向需与对应所述测点的受力方向一致。
所述上机架2、所述下机架3和所述定子机座4上的各所述测点的应力-应变关系可通过单向应力计算公式计算得出，单向应力计算公式为σ＝Eε，其中，E为被测材料的弹性模量，ε为所述应变仪测得的应变值。在弹性范围内，将应变值通过胡克定律即可得到应力值。
所述顶盖5上设有四个所述测点，各所述测点位于所述顶盖5外侧面受力处，四个所述测点呈圆周间隔排布，相邻所述测点之间的夹角为90°。由于所述顶盖5上的所述测点会受到轴径向、切向两个方向的应力，因此在所述顶盖5上的各所述测点设置的应变片1为双向垂直应变片。所述双向垂直应变片采用BX120-3BA高精度应变片，敏感栅尺寸3×2mm，基底尺寸10.3×10.3mm，灵敏系数2.08±1％。且所述双向垂直应变片的位置方向需与对应所述测点的受力方向一致。
所述顶盖5上的各所述测点的应力-应变关系可通过双向应力计算公式计算得出，双向应力计算公式为
其中，E为被测材料的弹性模量，μ为被测材料的泊松比，ε为所述应变仪测得的应变值。
由于所述机组具有热膨胀系数，温度改变也会造成所述机组发生应变，因此为了减少由于温度造成的采样数据的误差，需要在所述机组的不受力的部位上设置温度补偿片。
确定好所述测点的具体位置后，需要对所述测点进行处理。具体步骤为：先对所述测点表面进行打磨清洗。将所述测点表面打磨光滑平整，无锈点，并用浸有丙酮或酒精的药棉清洗所述侧点的表面，清除油垢灰尘，保持清洁干净。再在所述测点上用钢针精确地标注十字交叉线，以便所述应变片1的安装定位。
对所述测点处理完成后，需在每个所述测点上均设置一个应变片1。设置方式具体步骤为：在所述应变片1的背面均匀地涂上一层粘接剂，具体可为胶水，胶层厚度要适中，然后将所述应变片1的十字线对准所述测点的十字交叉线，并盖上一张玻璃纸，用手指朝一个方向滚压所述应变片1，挤出气泡和过量的胶水，保证胶层尽可能薄而均匀，再用同样的胶水粘贴引线端子。接着为了防止湿润的测量环境影响测量结果的准确性，在胶水自然干燥后，使用705透明密封胶对所述应变片1进行密封处理。然后将所述应变片1的两根导线引出线通过焊接与接线端子连接，并使接线端子引出带有相同编号的信号线，所述信号线并与应变仪连接。为了减少因电磁等因素造成的误差，所述信号线采用信号采集屏蔽线。
设有所述应变片1的所述机组在一个小时后即可进行试验。在试验之前，需将设有编号的所述应变片1和设有编号的所述信号线一一对应，防止出错。并且需对所述应变仪进行平衡调零处理。
完成上述准备工作后，即可对所述机组进行试验。所述试验包括开机试验、空载试验、变负荷试验和停机试验。
所述开机试验为检测并记录所述机组首次开机到空转的过程中，各所述测点的应力变化值。
所述空载试验检测并记录所述机组从空载转速为40％ne到空载的过程中，各所述测点的应力变化值。
所述变负荷试验检测并记录所述机组从空载到额定负荷的过程中，各所述测点的应力变化值。
所述停机试验检测并记录所述机组从满负荷到停机的过程中，各所述测点的应力变化值。
其中，本方法采用的动静态信号测试分析系统，是利用所述应变片1测定所述机组的表面应变，再根据应力应变关系式，确定所述机组表面应力状态的一种应力分析方法。测量时，将所述应变片1固定在所述机组上，当所述机组变形时，所述应变片1随之变形，且所述应变片1的电阻值发生相应的变化，通过所述应变仪可以将所述应变片1中的阻值变化测量出来，并输出相应的应变值，应变值可通过胡克定律换算为应力值，该应力值可与所述机组的材料的许用应力比较，若应力值小于许用应力，则所述机组的强度满足工况要求；若应力值大于许用应力，则所述机组的强度不满足工况要求，需要更换所述机组或加强所述机组的强度。
请参阅图5-6，并且由于试验时，所述应变片1变化的电阻值非常微小，因此本方法采用具有惠更斯电桥、放大和滤波作用的应变仪进行测量。所述应变仪的测量原理为：惠更斯电桥由四个等阻值的电阻组合而成，因此不论输入电压的大小，输出电压一定为零，该状态称为平衡状态。现将其中一个电阻与所述应变片1连接，所述应变片1的电阻发生变化，惠更斯电桥的输出电压也会发生变化。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种水电站机组的应力特性测量方法，其特征在于，包括：
第一步：确定机组的测点，并对所述测点进行处理；
第二步：所述机组静止时，在各所述测点上设置应变片(1)，所述应变片(1)通过信号采集屏蔽线与应变仪连接，并对所述应变仪进行平衡调零处理；
第三步：对所述机组进行多项试验，所述机组运行并造成形变，所述应变片(1)的电阻变化，所述应变仪测量电阻变化并输出应变值，将应变值通过胡克定律计算出应力值，并与所述机组的材料的许用应力比较。
2.如权利要求1所述的应力特性测量方法，其特征在于，所述应变片(1)包括单向应变片和双向垂直应变片；所述应变仪包括惠更斯电桥，并具有放大和滤波功能。
3.如权利要求2所述的应力特性测量方法，其特征在于，所述机组包括上机架(2)、下机架(3)和定子机座(4)，在所述上机架(2)腹板下缘结构处呈圆周间隔设置四个所述单向应变片，在所述上机架(2)肘弯上端部呈圆周间隔设置四个所述单向应变片；在所述下机架(3)腹板下缘结构处呈圆周间隔设置四个所述单向应变片；在所述定子机座(4)的圆环上呈90°间隔设置两个所述单向应变片；所述上机架(2)、所述下机架(3)和所述定子机座(4)上的所述测点的单向应力计算公式为σ＝Eε，其中，E为被测材料的弹性模量，ε为所述应变仪测得的应变值。
4.如权利要求3所述的应力特性测量方法，其特征在于，所述机组还包括顶盖(5)，在所述顶盖(5)上呈圆周间隔设置四个所述双向垂直应变片，所述顶盖(5)上的所述测点的双向应力计算公式为
其中，E为被测材料的弹性模量，μ为被测材料的泊松比，ε为所述应变仪测得的应变值。
5.如权利要求1所述的应力特性测量方法，其特征在于，所述处理包括对所述测点表面进行打磨和清洗，并在所述测点上标注十字交叉线。
6.如权利要求5所述的应力特性测量方法，其特征在于，所述应变片(1)和接线端子通过胶水粘接于所述测点上，并将所述应变片(1)上的十字线与所述十字交叉线对齐；在胶水干燥后，通过密封胶对所述应变片(1)密封处理。
7.如权利要求1所述的应力特性测量方法，其特征在于，所述试验包括开机试验，所述开机试验为检测并记录所述机组首次开机到空转的过程中，各所述测点的应力变化值。
8.如权利要求1所述的应力特性测量方法，其特征在于，所述试验还包括空载试验，所述空载试验检测并记录所述机组从空载转速为40％ne到空载的过程中，各所述测点的应力变化值。
9.如权利要求1所述的应力特性测量方法，其特征在于，所述试验还包括变负荷试验，所述变负荷试验检测并记录所述机组从空载到额定工况的过程中，各所述测点的应力变化值。
10.如权利要求1所述的应力特性测量方法，其特征在于，所述试验还包括停机试验，所述停机试验检测并记录所述机组从满负荷到停机的过程中，各所述测点的应力变化值。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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