离心泵叶轮残余应力测试试验分析

离心泵多用于油田、冶金、化工等行业，叶轮是其主要*件，叶轮的安*可*性是需要非常高的要求。因此，对离心泵叶轮的疲劳寿命、尺寸稳定性、腐蚀开裂等方面的研究成为了*点。

残余应力是叶轮使用寿命的主要影响因素之一，本文通过对新、旧叶轮残余应力的大小、分布情况和变化，从而对新叶轮加工过程控制、可*性的提高能够起到指导作用。

叶轮残余应力在一定范围内呈离散分布，其稳定性不好，故残余应力的研究和测量具有难度。本次试验采用盲孔法测试残余应力，这是目前国际上应用*广泛的方法。参照标准ASME E837-99、CB 3395-92残余应力测试方法钻孔应变释放法。

盲孔法测试残余应力原理

盲孔法的测试原理：假定各向同性的材料本身具有残余应力，且在某一区域存在的残余应力是均匀分布的，然后在此区域钻一个孔，材料的连续性被破坏，孔周围的径向应力变为0，从而引起孔附近区域应力场的重新分布。具体过程如下：在具有二维应力状态的无限平板上粘贴电阻应变片，分别在0°、45°、90°三个方向的释放应变ε1、ε2、ε3，计算出工件的残余应力。

试验检测设备及测试点分布

JH-30残余应力测试仪，JH应变片，灵敏度系数为2.08±0.5%，阻值为120±0.5Ω。

根据叶轮损坏的位置和盲孔法测量的局限性，*终确定在叶轮的前后盖板同一半径（距离口环15~20mm圆周上）处进行检测。

结果分析

叶轮残余应力的分布如表所示，铸钢材料叶轮的残余应力主要集中在200MPa以下，所占比例约为65%。所测新叶轮检测点的结果大多小于100MPa，而旧叶轮检测点主要分布在100~200MPa范围内。

叶轮残余应力算术平均值μ的分布如表2所示，结果表明：4号叶轮的残余应力平均值*高。

结合以上两个表分析发现：不是所有新叶轮的残余应力均高于或低于旧叶轮，但是旧叶轮中残余应力值集中分布的数值（100~200MPa）高于新叶轮（<100MPa）。此外，以300MPa<μ<400MPa为例，其中旧叶轮有1个，新叶轮为0个，此范围内旧叶轮数量比新叶轮多。这与叶轮残余应力产生机理相关，旧叶轮比新叶轮多了拆装和平衡试验时对叶轮盖板表面的打磨过程，以及泵运行时设备振动、工作介质冲刷叶轮表面时产生的残余应力或是残余应力的松弛。

总结

新旧叶轮的残余应力均有高有低，没有明显的规律可循，但是统计后发现旧叶轮中残余应力值（算术平均值）较高的叶轮数量比新叶轮多，新叶轮残余应力值集中分布在<100MPa范围内，旧叶轮集中分布在100~200MPa范围内。

叶轮残余应力测试与分析对新叶轮加工过程控制、可*性的提高能够起到指导作用，为旧叶轮的再制造提供支持。