Page 110 - 无损检测2023年第九期

项兴华, 等:

水轮机涡轮螺栓多通道超声波应力智能监测系统

表3 螺栓超声横波声时与纵波声时比
横波和纵波的声时比
试件编号
0 50 100 150 200 250 300

#
1 1.80924 1.80710 1.80505 1.80309 1.80097 1.79887 1.79653

#
2 1.80936 1.80588 1.80380 1.80057 1.79937 1.79690 1.79430

#
3 1.81095 1.80830 1.80620 1.80449 1.80295 1.80021 1.79819

#
4 1.81006 1.80833 1.80629 1.80435 1.80228 1.80035 1.79792

#
5 1.81104 1.80802 1.80568 1.80321 1.80063 1.79883 1.79582
所示。利用表3中的数据和对应的拉力, 进行单组 小, 进行实际应力测定和超声波应力测定, 并计算相
数据和取平均值后的超声波横波和纵波声时比 - 应 对误差, 结果如表4所示。可知, 利用超声波纵波与
力关系拟合, 拟合结果如图8所示。由图8可知, 在 横波测定的应力值与实际应力值之间的误差在
弹性变形范围内, 35CrMo钢的超声波声时比值会 0.04%~2.08% , 其误差完全可以满足工程要求。
随着弹性应力的增加而下降。同一个试件所受到的 表4 试件应力检测值及误差
轴向弹性应力与声时比值满足式( 1 ) 中的线性关系; 试件编号 实际应力值 / MPa 检测应力值 / MPa 误差 / %
图中每一条直线的斜率和截距都有所差异, 这与螺 124 125.3 1.04
栓材料内部晶粒度大小有关 [ 6 ] 。取平均值后, 得到 168 170.8 1.67
1 #
35CrMo钢声时比 - 应力关系曲线, 为 231 231.9 0.04
289 285.9 1.07

/
σ=- 49943.118 S l S t+90393.469 ( 4 )
124 124.2 0.16
/ 为纵波与横波声时
式中: σ 为轴向弹性应力; S l S t 168 169.2 0.71
; # 231 230.0 0.43
比; 曲线斜率表示声速比声弹性系数的倒数1 / C R 2
截距表示未受轴向应力时超声纵波与横波的声速比 289 283.0 2.07
134 131.3 2.01
/ 。
与声速比声弹性系数的比值R 0 C R
173 169.4 2.08
#
3 212 207.9 1.93
277 270.9 1.70
134 133.1 0.07
173 170.4 1.50
#
4 212 207.7 2.03
277 271.5 1.62
4 现场测定结果

利用该螺栓应力智能检测系统, 对水轮机涡轮

12根螺栓进行实际轴向应力测定, 结果如表5所示。
表5 水轮机涡轮螺栓轴向应力值测定值

螺栓部位 实际测量值 / MPa 螺栓部位 实际测量值 / MPa
顶盖1 315 顶盖7 328
顶盖2 322 顶盖8 409
顶盖3 387 顶盖9 332
顶盖4 317 顶盖10 403
顶盖5 389 顶盖11 289
顶盖6 372 顶盖12 321

图8 35CrMo钢声时比 - 应力关系拟合结果 GB / T15468-2020标准
217MPa<σ<435MPa
《 水轮机基本技术条件》
3.4 实际螺栓验证及误差分析

为了验证所得出的弹性应力-声时关系模型的 根据 GB / T15468-2020 《 水轮机基本技术条
准确性, 选取同一批次4组试件, 随机选择试验力大 件》, 正常工作和开停机时螺栓所受的综合应力一
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2023年 第45卷 第9期
无损检测