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換熱器是石油化工行業(yè)主要設備之一。換熱管的疲勞破壞是引起換熱器失效的主要原因，因此迫切需要對換熱管的疲勞破壞進行深入研究。為此，需要了解換熱管的受力狀態(tài)和各種力學參數(shù)。目前，由于各方面條件有限，現(xiàn)有的理論計算方法算出的有關力學參數(shù)值都只是一種近似值。因此非常有必要對換熱管在工作狀態(tài)下的動應力進行測試，作為研究換熱管疲勞破壞的依據(jù)。本文采用電阻應變法對換熱管進行動應力測試，并對比分析了實驗結(jié)果，驗證方法的有效性。

測試原理與方案

測試方法采用電阻應變測量法，將電阻應變片粘貼在換熱管的被測部位，用電阻應變儀測出應變片中電阻值的變化量，將其轉(zhuǎn)換為相應的應變值，并記錄下來進行分析處理。

在進行測試前，先確定應變片的測點和貼片方向。由于換熱管在正常工作時，受管內(nèi)外的溫差、壓差，上下溫差及結(jié)構自重和結(jié)構約束等因素的影響，使換熱管各點處都處于三向應力狀態(tài)。根據(jù)靜應力分析計算得出，換熱管上部外壁為危險部位，故應選擇該部位為貼片點?？紤]到換熱管的形狀和所受外負荷均是對稱的，其上的σ₁、σ₂、σ₀均為主應力，均必須進行測試。但其中σ₁可通過測試管側(cè)的蒸汽壓力獲得，故應變片只需沿管上部外側(cè)的軸向和周向布置即可。圖1所示為各測點處的布片情況。每一測點貼一個工作片和一個溫度補償片。該兩片間采用半橋連接方式，用三根引出線連接且引線與應變片的接頭處采用環(huán)氧樹脂全密封，以防止腐蝕。應變片的布點數(shù)目按兩方面的因素確定，即（1）至少要保證在冷凝器升溫啟動到正常穩(wěn)定工作的期間內(nèi)，因蒸氣和腐蝕性氣體的強烈沖刷仍有一定數(shù)量的應變片完好無損；（2）通過密封頭的*大引線數(shù)。為此，我們采用了10對強耐腐蝕性的應變片分別布置在兩根換熱管上。每對應變片用三根引線的編號來標示；前一個號為工作片號，中間號為公共引線號，*后一個號表示補償片號。圖中與換熱管軸線成45°方向的貼片（10，11，12）用以預防該部位軸向貼片被損壞后仍可測出軸向和徑向應變，同時還可起到驗證軸向和周向是否為主應力方向的作用。圖中標號為（32，33）和（34，35）兩點為溫度測點。

根據(jù)上述可知，應變片所處環(huán)境十分惡劣，對應變片種類的選擇，粘貼和保護都應有較高的要求。同時還需注意解決應變片引出線的保護、固定和密封等問題。

測量結(jié)果及討論

由于應變片與應變儀的連接線有一定的電阻，該電阻會使應變儀的讀數(shù)偏小于實際值，故測量時必須對應變儀的顯示值進行修正。

試驗結(jié)果見表1，從表中數(shù)據(jù)可知；冷凝器啟動過程中，換熱管的動應力很小，換熱管只有微量的振動，其*大動應力只有4.73MPa。在冷凝器正常工作階段、換熱管的周向動應力變化是隨機的，而軸向動應力較大，可達17-27MPa。測試結(jié)果與換熱管的實際動應力的分布是吻合的，說明測試方法及方案是可行的。