[发明专利]一种机载测动应力的装置和方法

说明书

本发明涉及一种机载测动应力装置和方法，其特征在于：1)对转轮叶片进行固有频率测试，得到转轮叶片的固有频率；2)确定进行转轮叶片应力测试的机载测动应力装置，并将其安装到转轮叶片上的预定测点位置；3)确定进行机组稳定性测试的试验工况点和测点位置，将位移传感器、加速度传感器安装到待检测机组的预定测点位置；4)同时进行转轮叶片应力和机组稳定性测试，测试过程中同步采集数据；5)对得到的旋转叶片的应力测试数据以及机组稳定性测试数据进行分析处理，得到机组稳定性与旋转叶片的应力测试对应关系，并以转轮叶片的固有频率测试结果为参考，对转轮叶片的应力进行分析。本发明可以广泛应用于水轮机的开发和安全稳定运行中。

技术领域

本发明涉及现场测试技术领域，特别是关于一种机载测动应力的装置和方法。

背景技术

随着水力机组尺寸和容量的不断增大，由水轮机水力稳定性引起的机组稳定性和转轮裂纹问题也愈来愈突出。转轮裂纹是水电机组安全稳定运行的重大问题，是关系到水电机组是否能正常运行的核心，已经引起行业界的普遍关注，也是水利水电建设中亟待解决的关键课题。

国内外已建电站中有许多机组都曾发生过转轮裂纹问题，如国外的大古力(700MW机组)、塔贝拉、萨阳，国内的岩滩、二滩、五强溪、隔河岩、小浪底、大朝山、李家峡、天生桥一级、东江、潘家口电站等，有的电站在经过72小时试运行后检查就发现了叶片裂纹，如大朝山、小浪底、棉花滩电站等，有的电站转轮叶片出现重复性裂纹，如岩滩电站，每年都需要花费大量的时间和人力物力对其进行补焊修复，有的电站在运行过程中产生叶片断裂掉落，机组被迫停机，如陆水轴流式水轮机叶片断裂掉落，红林电站2号机17个叶片中完全断落4个叶片，严重断落2个叶片。

叶片振动问题可简单归结为两个方面：一是诱发叶片振动的激振力，另一是叶片的动力特性及其对振动的响应，因此，研究叶片振动裂纹问题也就必须首先解决这两个问题。但是，由于诱发叶片振动的激振力的激振源很多，既有共性的激振源，如导叶和叶片后的卡门涡列、偏离最优工况时产生的尾水管涡带、叶片进口脱流及野道涡、蜗壳和导叶后的不均匀流以及机械旋转不对称力等；也有个性激振源，如转轮进口水流撞击、叶片脱流以及其它机械、电气和水力方面的未知偶然因素等，导致水力机组的动力特性及其振动特性也各不一样且极为复杂。

随着计算机技术的飞速发展和广泛应用，各种行之有效的数值计算方法得到了巨大的发展，特别是近几年来，许多大型通用和专用有限元分析(FEA)软件如ANSYS 等商业性大型结构分析软件的问世和发展，为计算工程科学领域提供了快速和方便的计算分析手段，但由于水轮机转轮部件的形状和荷载十分复杂，造成计算结果与实测结果有一定的差异，特别是在水轮机偏离最优运行区如空载和部分负荷运行工况时差异更加明显。另外，目前的计算手段还无法准确计算动态应力，特别是在机组运行过程中发生的各类水力共振等现象。

引起转轮叶片振动产生裂纹的原因是多方面的，它既受机组设计、制造、安装及维护质量的影响，也与机组运行工况、进出水轮机的水流条件等有关。对某一水轮机而言，叶片振动的原因，可能是多种振源综合作用的结果，但哪些振源起主导作用，需要通过现场测试分析，才能搞清楚。

研究水轮机转轮部件的应力测试是一个非常复杂的课题，研究它首先要解决水轮机转轮应力的测试技术，虽然国内外早在二十世纪六十年代就已经开始进行，但限于当时的软、硬件技术，进展较为缓慢，这主要是因为水力机组运行时转轮部件处于旋转状态，试验时应变片输出信号从旋转部件向固定的测试仪器的传送的引电器大多采用接触式刷环、拉线式集流环等，90年代初期，在一些实测中开始采用非接触式电容或电感发射机、电磁波发射机等传送装置，由于这些传送装置的噪声，限制了整个测量系统的测量精度，影响了试验数据的可靠性。

发明内容