东方汽轮机有限公司 四川德阳 618000
摘要： 通常在隔板生产制造过程中，需要通过试验研究隔板在最大挠度工况下，中分面叶根处及汽封处的挠度值，以及隔板在试验载荷作用后的残余变形量，同时依据隔板的挠度值和残余变形量，对隔板进行检验和判别。本文简要讲述在某项目汽轮机隔板挠度试验施加轴向载荷时，对隔板进行应力测试的工艺研究。
关键词：隔板、载荷、应力
中文分类号：TK266 文献标识码：B 文章编号：
Research on stress testing technology of steam turbine diaphragm in a project
Fang Bao Yu,Luo Xia, Yang Da Wei, Li Xu,Wang feng
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）
Abstract:Generally, in the manufacturing process of diaphragms, it is necessary to study the deflection values at the blade root and steam seal of the diaphragm under the maximum deflection condition, and the residual deformation of the diaphragm after the test load. At the same time, according to the deflection value and residual deformation of the diaphragm, the diaphragm is inspected and identified. In this paper, the test of diaphragm axial deflection is introduced.
Key words:Diaphragm、 load、stress
0 引言
隔板是汽轮机产品中重要的透平构成部件，其由隔板内环、隔板外环、外围带、内围带、静叶栅组成，运行时隔板需要承受一定的蒸汽冲击，通常在隔板生产制造过程中，需要通过试验研究隔板在最大挠度工况下，中分面叶根处及汽封处的挠度值，以及隔板在试验载荷作用后的残余变形量，同时依据隔板的挠度值和残余变形量，对隔板进行检验和判别。本文以某项目汽轮机高压隔板为例，研究对隔板施加轴向载荷时，应力检测的一种工艺方法，以及静叶栅内外圆位置应力变化情况，模拟隔板真实工况下的工作状态，为汽轮机隔板设计制造提供宝贵经验。
1 隔板结构
汽轮机隔板分为上、下半结构，以某项目汽轮机隔板为例，结构如图1所示，由隔板内环、隔板外环、外围带、内围带、静叶栅、导流环体组成，回转直径约φ1200，上下半总重约500Kg，真实工况下该副隔板受蒸汽冲击满载荷时约4.4MPa，为更好的研究超载荷工况下的应力，本文在125%满载荷即5.5MPa工况下，对隔板的应力情况进行分析研究。
.png)
图1 某项目隔板结构示意图 图2载荷施加点
2 隔板应力测试工艺研究方案
2.1 应力测试工艺选择
应力测试工艺手段大概有电阻式应变片测量法、小孔松弛法、X射线法、机械引伸仪法、超声波、光弹性复膜法等，结合该项目汽轮机隔板结构及工艺成本考虑，采取最经济适用的电阻式应变片测量法进行应力测试。其基本原理是将电阻应变片贴附在隔板待测位置，当工件受到载荷冲击发生应变而伸长或缩短时，就会引起应变片电阻的变化，通过应变仪将电阻变化可以转化成与应变呈正比的电压变化，然后通过计算机按预定的通道信号进行数据采集分析，输出受载荷过程中产生的应力变化，得到所需要的应变值。
2.2 应力测试对象
为研究隔板在最大挠度工况下，中分面叶根处及汽封处的挠度值，以及隔板在试验载荷作用后的残余变形量，对静叶栅内外圆位置进行应力测试。如图1绿色部分分别为静叶栅内、外围带，形状为圆环形板，通过激光切割出叶片型孔与静叶装焊成一体，材料为12Cr12Mo。
2.3 应力测试时机
挠度试验时，每次测试半副隔板组合结构（图1显示的结构），加载完成后再测试另一半组合结构，试验时在隔板体上平均分布六个施压点，如图2所示，六个点同时施加轴向载荷，逐步增加载荷值直至达到设定压力值，本次试验时单个油缸最大施压为5.5MPa，应力测试则选择覆盖载荷施加全过程，随着载荷的增加，监测各测点的应变值变化情况，载荷每升高0.5MPa时，读取读数一次，直至载荷升高到5.5MPa。
2.4 应变片测点布置
该项目隔板上的应力测点布置如图3所示。因为载荷施加区域均布在隔板体上，轴向载荷的加载对整圈叶片来说是比较均匀的，所以选择了静叶栅内外圆共6个区域同时测试应力。
.png)
图3 隔板测点布置 图4测点连接图
隔板下半测试时，在叶片出汽侧的外圈端部增加了一个测点7，了解隔板横截面上应力变化情况。应力测试过程中使用了90°应变片，其中两片应变感应栅呈90°分布，可同时测试互相垂直的两个方向应变值。定义X方向为切向，与之垂直的为Y方向为轴向。Y方向为挠度试验时的载荷施加方向。测点连接应变仪如图4所示。
3 隔板应力测试实例应用
3.1 应力测试基本步骤
（1）应力测试区域进行清洁和预处理，划线确定测试位置，粘贴应变片。
（2）将所有测试区域的应变片与电阻应变仪进行连接，调试并清零。
（3）加载，在此过程中按设定的压力间隔读取各位置应变片所测到的应变数据。
（4）卸载过程数据记录，过程与加载过程相同。
（5）根据材料属性，利用胡克定律计算相应应力值，进行数据分析。
3.2 应力测试实例应用
设备调试完毕后开始加载，加载过程从0加载到设计载荷的125%即5.5MPa，每隔0.5MPa记录一次测试结果直到加载完成。
4 隔板应力测试结果分析
4.1 应力测试结果
根据隔板挠度试验时的应变测试结果进行应力计算，获得隔板测得应力值如表1所示，表中正值为拉应力，负值为压应力。
表1隔板下半应力计算结果（MPa）
4.1 应力测试结果分析
根据表1中的应力值，绘制图7和图8，分别直观显示了各个测点在加载过程中的切向应力和轴向应力变化情况。
.png)
图5 隔板应力测试结果—切向 图6 隔板应力测试结果—轴向
从图5和图6中可以看到，隔板加载过程中，随着载荷的增加，应力值相应增加，各点应力变化情况也同样呈现了较好的线性关系。图6中的轴向应力还可看到，位于外圈的4、6两个测点为明显的受拉状态，测点2应力值在零值附近波动，位于内圈的1、3、5三个测点为压应力状态。测点7的位置比较特殊，因其处于自由端，所以不论其径向应力和轴向应力都很低，数值在1MPa左右。当加载达到5.5MPa时，各测点应力也相应达到最大值：切向应力中，测点1达到最大拉应力7.2MPa，测点2达到最大压应力-12.1MPa；轴向应力中，测点6达到最大拉应力12.1MPa，测点5达到最大压应力-10.3MPa，隔板下半的整体应力分布趋势与隔板上半是非常接近的。
4.3 应力测试工艺研究结论
根据上述应力测试的结果及分析，隔板受载荷冲击时，汽道外圆受拉应力，内圆受压应力，应力大小与受载荷大小基本呈线性关系。根据该项目汽轮机机组隔板所受蒸汽压力，模拟了隔板真实工况下的应力变化，为汽轮机隔板设计制造提供了宝贵的实例经验。
4 结束语
针对残余应力的检测，除了本文所述的电阻式应变片测量手段，还有小孔松弛法、X射线法、机械引伸仪法、超声波、光弹性复膜法等，在诸多测定残余应力方法中，除超声波方法外，其他方法的共同点都是测定应力作用下产生的应变，再按胡克定律计算应力。小孔松弛法需要在工件上钻小孔，会对工件造成一定的破坏，不适合隔板汽道圆的应力测试，X射线法测试设备昂贵，受穿透深度有限，大型零件不能测试，相对来说，电阻式应变片测量设备便携易带、成本低，针对汽轮机隔板的应力测试最为经济适用。
目前针对隔板的应力分析大多处于利用软件、算法等理论研究分析阶段，本文基于某项目汽轮机隔板生产制造，实际测量隔板受载时应力变化情况，简要讲述了应力测试的工艺研究过程，并提供了应力测试实例结果分析，模拟了隔板真实工况受载荷下的应力状态，为汽轮机隔板设计及运行提供了参考，同时积累了隔板应力测试工艺研究的宝贵经验。
参考文献
[1] 马骏，赵海峰，孙伟，等.汽轮机隔板强度计算方法的比较[J].东方电气评论，2015，(2).29-32
[2] 罗勇，徐晓康，孙伟等.汽轮机大小冠隔板对比分析[J].东方汽轮机，2019，(3).20-22