磁极抱箍试件的应力测试与计算分析

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技术交流 SMALL HYDRO POWER 2013No4，Total No172磁极抱箍试件的应力测试与计算分析张盛明 张 瑜 (浙江富春江水电设备股份有限公司 浙江杭州 310013)摘 要通过自主设计的磁极抱箍试件应力检测实验，测试了试件在等效工作载荷15 kN作用下9个点的动态应变值，记录了载荷恒定阶段的应变数值；同时利用商业有限元软件 ANSYS对试件进行应力分析，计算 了l5 kN拉力作用下下的试件的应力应变，并将测量结果与有限元结果做对比分析，结果吻合得比较好，为下-步计算磁极抱箍的疲劳强度提供了依据。图5幅，表4个。

关键词水电站机组 磁极抱箍 有限元分析 应力测量 应力分析1 概 述转子旋转时磁极线圈会产生离心力 F，它可以分解为 2个相互垂直的分力 FR和 FQ，力 FR由磁极铁芯的极靴承受，力 F。由线圈本身承受。为了防止在侧向分力 F。的作用下线圈沿侧向产生有害变形，常使用磁极抱箍结构对线圈进行侧 向加固[ 。

抽水蓄能机组工况复杂，开停机次数多，相较于常规机组更容易发生疲劳破坏，因此许多部件在设计时都需要进行疲劳寿命评估。例如，磁极抱箍在开停机时会受到交变的侧向力 F ，会对磁极抱箍本身或者抱箍与铁芯的连接焊缝产生疲劳破坏，在设计时能否比较准确地预测抱箍的疲劳寿命，比较重要的-步就是要准确计算抱箍的应力，然后才能通过疲劳理论进行寿命预测。

在某抽水蓄能项目改造中，业主要求对转子磁极抱箍的焊缝疲劳给出实验评估，为此笔者所在公司根据实际情况和设备条件，设计了 1个疲劳试件，并在疲劳实验之前进行静态应力测量，用来验证有限元分析的准确度 (见图 1)。

收稿日期：2013-03-27作者简介：张盛明 (1984-)，男 ，助理工程师，主要从事水轮发电机结构设计工作。

Email：zsmgclx###163.corn· 34 ·图 1 试验 总装及试件照片1-Instron8850--3型试验机 2-试验夹具3-磁极抱箍 4-应变片 5-应变片电线2 试验方案本试验采用 Instron8850---O03型电液伺服拉扭组合疲劳试验机，通过单调拉伸试验测试磁极抱箍以及焊缝的动态应变，试验工况加载过程如下所示(见图2)。试样承受的轴向拉伸载荷经过120 s由0匀速增加到15 kN；然后保持载荷不变 (持续时间为180 S)，记录此时各应变片测量的数据；最后将载荷在60 s内匀速卸载到0。

磁极抱箍动应力测试使用 ASMB2-24型应变检测采集箱，本次测量点-共有 9个，其中 1、6、7共 3个点采用单向应变片，另外 6个点用应变花测试。应变花为0。、45。、90。共 3个方向，贴片时要求0o方向与测点的主要受力方向-致 (见图3)。

小水电 2013年第4期 (总第172期) 技术交流4 轴承加工焊接装配和拆卸推力头为锻造结构，是通过螺栓固定在转子中心体上，由止口定位。转子中心体与推力头在厂内进行预装，采用销钉传递扭矩。推力头和镜板面的配合加工精度较高，镜板和推力头间用螺栓和销子固定。通过销和螺栓将推力头固定在转子支架上，以确保发生轴抬升时的稳定性。

推力头外缘用于导轴承滑转子的加工面，加工精度较高，采取锻件可避免出现类似铸件有铸造砂眼的问题。

镜板是整体锻钢件，经过足够的时效，并保证有足够的刚度。镜板与推力头采用刚性连接，且可更换。通过设置密封可防止推力头和镜板面的接触腐蚀使机组轴线偏摆，使轴的摆度增大。镜板硬度、粗糙度、平面度和平行度完全符合规范要求。

硬度和表面加工符合以下要求：· 镜板硬度平均值： ≥200· 镜板硬度差值： ≤3O· 镜面粗糙度： ≤0.4· 镜板与推力头结合面粗糙度： ≤1.6，t.m· 内外圆粗糙度： ≤3.2· 镜板平面度 ： ≤0.02 mlTl·两平面平行度： ≤0.03 ITln(上接第36页)通过表 4的对比分析可以发现，除 5号应变花外，其余各点的绝对误差都比较小，相对误差也在20%以内，测量值与计算值吻合得比较好。5号应变花的误差较大，可能有以下两点原因：-是试件工艺水平较差，造成试件与有限元模型有差别；二是个别应变片所在区域的应力梯度较大，造成有限元读数与测量值产生较大偏差。

5 结 论应变时间历程曲线与载荷加载曲线相-致，表明在工作载荷作用下试件各部分均在线弹性变化范围，工作过程未发生材料屈服现象。试件有限元计镜板加工工艺：· 粗加工与精加工，初步精车并留2 3咖 揖。

瓦面材料牢固地锚结在瓦坯上，经超声波检查以保证接触面积大于 96%。瓦面无夹渣、气孔和缩孑L，金相组织及硬度均匀，硬度差不大于平均值 的10%。推力轴承和导轴承瓦都作 100%超声波检查。

所有的盖板、法兰均采用耐油橡胶或其他耐油的密封。油槽底部与轴接触的密封将采用非导电材料以防止轴电流。

5 安装说明推力瓦安装时，不需现场刮瓦。镜板和主轴经校直后的精度应能保证将所有推力负荷均匀分配在所有推力瓦上。推力瓦具有互换性，设计上能使推力瓦承受均匀荷载。

责任编辑 吴 昊舢 .；l上 . .；也 驰 L .；t算结果与试验值趋于吻合，偏差很小，说明模型的等效和加载合理，以后的疲劳评估中可使用该等效模型的有限元计算结果，以降低疲劳试验成本。