某电站机组改造前力特性试验分析_林非.pdf

技术应用TECHNOLOGY AND MAKETVol30，No2，2023某电站机组改造前力特性试验分析林非1，韦正鹏2，张栋林1，林善亮1(1 福建华电福瑞能源有限公司池潭水力发电厂，福建 三明 354400;2 华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310000)摘要:水电站机组运行过程中受力复杂多变，难以通过数值仿真等技术进行准确捕捉与计算预测，因此想了解机组受力情况，进行现场试验是最好、最直接的技术方法。对某电站机组上、下机架与定子机座进行力特性试验分析。通过开机、变负荷、停机试验等数据分析发现，机组各部件的最大应力值均在材料允许值范围之内，机组部件强度满足要求，不会形成安全运行的隐患。关键词:电站机组;力特性;上机架;下机架;定子机座;应力Test and analysis of the force characteristics ofa power station unit before transformationLIN Fei1，WEI Zhengpeng2，ZHANG Donglin1，LIN Shanliang1(1 Fujian Huadian Furui Energy Co，Ltd Chitan Hydropower Plant，Sanming 354400，China;2 Huadian Electric Power esearch Institute Co，Ltd，Hangzhou 310000，China)Abstract:The operation process of the hydropower station unit is complex and changeable，so it is difficult to accurately cap-ture and predict the stress of the unit through numerical simulation and other technologies Therefore，a field test is the bestand most direct technical method to understand the stress of the unit The force characteristics of a power station unit s up-per and lower frames and stator frames are tested and analyzed The data analysis of the startup，variable load and shutdowntest shows that each unit component s maximum stress value is within the material s allowable value range The strength ofthe unit parts meets the requirements and will not form a hidden danger to the safe operationKeywords:power station unit;force characteristics;upper rack;lower frame;stator seat;stressdoi:10 3969/j issn 1006 8554 2023 02 0150引言水电站运行机组的零部件由于形状和受力情况很复杂，在设计过程中，通常只能把模型试验或中间机组试验数据换算成真机的受力情况，或是对其结构和受力状况进行简化处理后计算而得1 3。因此，所得数据和结果都只能是近似的，此外，有些零部件结构模型复杂或中间机组试验耗费人力、财力且得不到准确的结果，受力分析计算亦很难得到准确的结果，故只有依靠现场试验方法才能获得较为可靠的答案4。本文针对某电站机组进行力特性试验，分析机组各个关键部位在不同的运行状态下的受力情况，确认机组关键部位受力情况是否超标，为机组改造可行性与改造范围提供可靠的支撑依据。1分析方法1.1试验原理采用动静态信号测试分析系统，利用电阻应变片测定零部件或结构指定部位的表面应变，再根据应力应变关系式，确定构件表面应力状态5。测量时，将电阻应变片(以下简称应变片)固定在被测构件上，当构件变形时，应变片的电阻值发生相应的变化6。电阻应变法测量可以用下式表示。d=kdLL=1kd(1)式中:为应变仪测得的应变值;d/为应变片阻值随构件变形而发生的相对变化;k 为比例系数(灵敏系数)。85技术与市场技术应用2023年第30卷第2期1.2应力计算公式各测点的应变片沿主应力方向布置，因此各测点的“应力 应变”关系可以按单向应变计算公式或者按照两向变片计算公式进行计算分析7，即:=E(2)1=E1 2(1+2)2=E1 2(2+1)(3)式中:E 为被测材料的弹性模量;为被测材料的泊松比。2试验仪器及测点布置2.1试验仪器1)应变片:本次检测采用的是箔式电阻应变片，双向垂直应变片为 BFH120 3BA Q30 高精度应变片，敏感栅尺寸 3 mm 2 mm，基底尺寸 10 3 mm 10 3 mm，灵敏系数 2 0 1%;单向应变片为 B120 3AA Q30 高精度应变片，敏感栅尺寸 6 mm 4 mm，基底尺寸 11 mm 6 mm，灵敏系数 2 0 1%。2)应变仪:本次试验采用北京必创科技股份有限公司生产的动态信号测试分析系统。数据采集采用无线实时传输，实时显示，实时存储。3)测量导线:由于现场试验存在电磁等干扰，数据采集过程中采用标准的信号采集屏蔽线，减少测量误差。2.2测点布置试验采用电阻应变测量法(即电测法)直接测定机组运行时零部件(下机架、顶盖关键受力部件)的实际受力状态和特性规律，为校核结构的强度和安全可靠性提供试验数据，以确定其实际安全状态。另外，根据应力测试的特性要求，为了消除温度的影响，在材料与被测结构相同的环境中布置了温度补偿片8。试验中考虑到上、下机架各向同性的特点，在 6个上机架和 4 个下机架中挑选 3 个相邻上机架和 2个相邻下机架，选择测点位置布置双向应变片(垂直与圆周方向)并进行编号。考虑到下机架与定子机座在同一工作平面，在定子机座与下机架同方向下部圆环位置布置 2 个单向应变片，应变片沿环向分布。各部件测点分布如图 1 所示。2.3材料参数查找电厂提供的图纸和相关资料，得到被测各部件材料型号和相关的材料参数，如表 1 所示。测点2测点1测点3测点2测点1测点1测点2+x+y+y+x+x+y图 1测点布置示意图表 1材料参数部件名称钢材弹性模量/GPa泊松比许用应力/MPa上机架Q235B2060 29143下机架Q235B2060 29143定子机座Q235B2060 2914395技术应用TECHNOLOGY AND MAKETVol30，No2，20233试验内容及步骤在机组静止状态下布置各测点，同时将各测点接入应变仪，调试设备(调零)，然后机组开机，并进行空转、空载、带负荷等运行工况下的数据采集分析。3.1试验准备试验的准备主要包括传感器(应变片)的安装、接线、调试。1)选择应变片位置:根据现场设备的实际条件，选择好贴片位置。2)打磨清洗:对选择好的构件位置表面待测点进行除锈、除漆打磨处理，打磨后表面应平整光滑，无锈斑等，然后用浸有丙酮或酒精的药棉清洗预测部位表面，清除油垢灰尘，保持清洁干净。3)画线:在被测点精确地用钢针画好十字交叉线以便定位。4)粘贴:将选好的应变片背面均匀地涂上一层胶黏剂(本次试验选用 502 胶水)，胶层厚度要适中，将应变片的十字线对准构件预测部位的十字交叉线，轻轻校正方向，然后盖上一张玻璃纸，用手指朝一个方向滚压应变片，挤出气泡和过量的胶水，保证胶层尽可能薄而均匀，再用同样的胶粘贴引线端子。5)表面密封:由于现场测量环境湿润，待贴片自然干燥后，利用专业的 705 透明密封胶对应变片密封处理。6)连接固定导线:将应变片的2 根导线引出线焊在接线端子上，再将导线由接线端子引出连接带有相同编号的信号线。7)放置 1 h 后，对贴片构件进行测试。贴片和连接导线过程中注意对编号后的应变片与导线一一对应，并用万用表测试应变片的连通状况。8)用屏蔽导线连接应变片和应变测量仪，导线连接后对应变仪进行平衡调零。3.2试验步骤1)开机试验:记录机组开机、空转、空载过程各个测点应力变化值。2)变负荷试验:依次为空载、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%额定负荷、当前条件下最大出力，然后逐步减少到 90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%额定负荷、空载。3)停机试验:记录带负荷到停机过程各个测点应力变化值。4试验结果4.1开机试验开机过程对上、下机架和定子机座的变形进行了监测，开机前对所有测点进行清零处理，具体应变如图 2 4 所示。从监测的曲线可以看到，机组开机后，上、下机架和定子机座受力逐渐增大。如表 2 所示，上机架最大应变值发生在 2 号测点垂直方向，最大应变值为35.06，此时的应力值为 9 3 MPa;下机架最大应变值发生在 1 号测点圆周方向，最大应变值为271.29，最大主应力约 77 13 MPa;定子机座最大应变值发生在 1 号测点圆周方向，最大应变值为242 84，最大主应力约 50.03 MPa。上机架1号测点垂直方向.sts上机架1号测点圆周方向.sts上机架2号测点垂直方向.sts上机架2号测点圆周方向.sts上机架3号测点垂直方向.sts上机架3号测点圆周方向.sts9.000E+2 1.000E+31.1000E+31.2000E+31.3000E+31.4000E+31.5000E+31.6000E+31.7000E+31.8000E+31.9000E+32.0000E+32.1000E+32.2000E+32.3000E+32.4000E+32.5000E+31.000.800.600.400.200.00-0.20-0.40-0.60102图 2上机架开机应变变化曲线06技术与市场技术应用2023年第30卷第2期1.0000E+30.800.400.00-0.40-0.80-1.20-1.60-2.00-2.40-2.80-3.20-3.60-4.001021.2000E+3 1.4000E+3 1.6000E+3 1.8000E+3 2.0000E+3 2.2000E+3 2.4000E+3下机架1号测点垂直方向.sts下机架1号测点圆周方向.sts下机架2号测点垂直方向.sts下机架2号测点圆周方向.sts图 3下机架开机应变变化曲线9.000E+2 1.000E+31.1000E+31.2000E+31.3000E+31.4000E+31.5000E+31.6000E+31.7000E+31.8000E+31.9000E+32.0000E+32.1000E+32.2000E+32.3000E+32.4000E+32.5000E+38.000E+20.800.400.00-0.40-0.80-1.20-1.60-2.00-2.40-2.80-3.20-3.60102定子机座1号测点.sts定子机座2号测点.sts图 4定子机座开机应变变化曲线表 2开机试验过程中各测点最大应力应变值部位测点方向最大应变/最大应力/MPa第一主应力/MPa上机架123垂直圆周垂直圆周垂直圆周27 566 1035 0621 7015 556 706 63 179 307 173 060 499 30下机架12垂直圆周垂直圆周247 03271 29116 2294 4873 2677 1333 3028 8377 13定子机座12圆周圆周242 8491 0650 0318 7650 034.2变负荷试验机组开机变负荷，同步记录机组从空载到变负荷过程各测点应力应变变化情况。