蜗壳是水轮机重要的过流部件，它不仅承受电站运行期间的水压力，还承受厂房上部结构传递的载荷。因此，必须要有足够的强度和刚度才能确保电站的安全运行。

某电站1-6号水轮发电机单机容量650MW，蜗壳材料B610CF，板厚从鼻端到进口段从36-75mm逐渐加厚，进口直径7.2m，*大设计内水压力为2.8MPa。通过设计计算和优化分析，将蜗壳设计为充水保压型。为检验蜗壳的整体结构强度和焊缝的焊接质量，按照设计要求，对蜗壳进行了水压试验。为了解蜗壳结构在水压试验过程中的实际受力情况，选取1台6号蜗壳，在蜗壳进行水压试验时对其进行结构应力测试。

水压试验应力测试成果及分析

测试仪器选择聚航科技生产的JHYC静态应变仪，仪器设置全软件操作，多通道应变值实时显示，数据实时保存，自动生成报表。

电阻应变片选择

所采用的应变片为两向直角应变片，电阻为119.5±0.1Ω，栅长*栅宽为3mm*3mm，灵敏度系数为2.08±1%。

应变片粘贴技术

将需要贴片的金属表面打磨平整，看到金属光泽后，用0号纱布沿应变片粘贴方向轻轻打磨成45°的交叉条纹，用脱脂棉球擦洗表面，直至脱脂棉球无污渍，表明粘贴表面符合要求。

根据受力方向在金属表面划线，一般采用粘贴绝缘胶布的方法，这样既实现划线的目的，还可以避免应变片的连接金属丝与金属表面接触。

在应变片上涂一层薄薄胶水，按设定方向粘贴在金属表面上，用拇指隔一层塑料薄膜，均匀地按压应变片，挤出多余的胶水。

将应变片的连接金属丝焊接在连接端子上，然后通过连接端子引出导线。测试其绝缘电阻达500MΩ以上后方可使用，否则应查找原因重新粘贴。

采用静态应变仪进行测试，引出导线有20cm即可，导线越短，受外界的干扰越小。将引出导线连接到应变仪上，用软件进行调试。

应力测点布置

为了解电站蜗壳结构在水压试验过程中实际受力情况，选取1台6号蜗壳进行结构应力测试。根据蜗壳设计计算结果，选取2个断面进行应力测试，均为结构有限元分析结果中的应力相对较大的断面，分别为第2节进水管断面（I-I断面）和第1节蜗壳断面（Ⅱ-Ⅱ断面）。在每个断面的顶部、腰部、过渡板上各布置1个测点，共计6个测试点，均布置在外壁上。I-I断面测点号为1、2、3，Ⅱ-Ⅱ断面测点号为4、5、6，其中1和4测点位于过渡板上，2、3、5、6测点位于蜗壳管节部位上。

每个测试点布置1个两向直角应变片，分别粘贴在管壁的环向受力和水流向受力方向上，用来测试应力的变化情况。本次实验中，粘贴应变片角度规定水流方向为0°，环向为90°。

应力测试过程

水压试验前的所有准备工作完成后，开始充水，当蜗壳内注满水，并排除蜗壳内的空气且水压力为0bar时，仪器调零，然后进行升压。升压过程：10bar→14bar→18bar→23bar→28bar→32bar→37bar→42bar，降压过程：42bar→37bar→32bar→28bar→23bar→18bar→14bar→10bar，每当达到规定的压力值时，保压5min，当达到*大压力42bar时，保压30min。在水压达到每个规定的压力值时，仪器进行读数，分析数值，并与计算值相比较，如应力值出现异常变化，应分析原因，采取相应措施，以达到应力测试的目的。

应力测试成果及分析

根据各断面测点实测应力值和各测点的数据可得出以下结果：

1.当水压力从10bar→42bar→10bar进行变化时，测点1*大主应力从22MPa→133MPa→28MPa变化，测点2*大主应力从55MPa→263MPa→58MPa变化，测点3*大主应力从59MPa→270MPa→65MPa变化，测点4*大主应力从21MPa→92MPa→17MPa变化，测点5*大主应力从61MPa→269MPa→62MPa变化，测点6*大主应力从50MPa→246MPa→53MPa变化。

以上说明，断面各测点随水压力的增大而增大，应力变化与水压力变化呈线性关系。

2.水压力达到42bar时，测点1*大主应力为133MPa，最小主应力为69MPa，测点2*大主应力为263MPa，最小主应力为125MPa，测点3*大主应力为270MPa，最小主应力为145MPa，测点4*大主应力为92MPa，最小主应力为60MPa，测点5*大主应力为269MPa，最小主应力为133MPa，测点6*大主应力为246MPa，最小主应力为133MPa。

以上说明：内水压增加时，管壁环向承受拉应力，为*大主应力方向，但水流向也承受拉应力，其数值相对较小。当水压力达到42bar时，断面各测点所受*大主应力范围为92-270MPa，*大应力位于第2节进水管断面腰部测点（测点3），各测点*大应力均在安全范围以内。

3.当水压力从10bar上升到42bar时，测点1应力的变化量为+111MPa，测点2应力的变化量为+208MPa，测点3应力的变化量为+211MPa，测点4应力的变化量为+71MPa，测点5应力的变化量为+208MPa，测点6应力的变化量为+196MPa。

当水压力从42bar降低到10bar时，测点1应力的变化量为-105MPa，测点2应力的变化量为-205MPa，测点3应力的变化量为-205MPa，测点4应力的变化量为-75MPa，测点5应力的变化量为-207MPa，测点6应力的变化量为-193MPa。

以上说明：在断面上的同一测点，水压从10bar→42bar→10bar，应力变化量的*对值基本相等，说明在水压试验过程中，应力数值的重现性较好，管壁所受应力无异常变化。

应力测试成果与有限元计算成果比较分析

应力测试结果中*大主应力方向为环向，因此对有限元计算的环向应力与应力测试结果中的*大主应力进行比较具有实际意义。这里仅以水压力为42bar为例，对应力测试结果与有限元计算结果进行了比较。

假设以应力测试结果为基准，比较结果表明：当内水压为42bar时，实测值与计算值相对误差范围为5.7%-6.8%。考虑到实测过程中的测量误差，有限元计算模型中单元划分的多少，网格的细密程度以及约束的不同，都是导致实测值与计算值产生差别的因素，因此，应力测试结果与有限元计算结果基本吻合。

结语

1.在升压过程中，蜗壳管壁膨胀，各测点均承受拉应力。

2.在水压试验过程中，各测点随水压力的增大而增大，随水压力的降低而减小，所受应力与水压力基本呈线性关系。

3.当内水压增加时，蜗壳管壁环向承受拉应力，为*大主应力方向，但水流向也承受拉应力，其数值相对较小。

4.在水压试验过程中，应力数值的重现性较好，管壁所受应力无异常变化。

5.实测应力结果与有限元计算结果基本吻合。

6.当水压力为42bar时，蜗壳所受应力在安全范围以内。