發(fā)布時間：2021-01-16 17:01

　　水輪機(jī)頂蓋聯(lián)接螺栓在運(yùn)行過程中長期承受交變荷載,由此導(dǎo)致的疲勞損傷造成了多次重大事故,因而有必要對其疲勞壽命計算方法進(jìn)行深入研究,以提高頂蓋聯(lián)接螺栓疲勞壽命計算的準(zhǔn)確性。針對以上問題,提出了一種基于功率密度與短時傅里葉分析（PD-STFA）相結(jié)合的水輪機(jī)頂蓋聯(lián)接螺栓疲勞壽命計算方法,重點研究加載頻率和變幅荷載的耦合作用對頂蓋聯(lián)接螺栓疲勞壽命影響。首先采用有限元法計算出聯(lián)接螺栓的危險截面位置和應(yīng)力;其次采用基于應(yīng)變的中空壓力傳感器測得螺栓頭部接觸面平均應(yīng)力,并根據(jù)廣義胡克定律將實測得到的螺栓頭部接觸面平均應(yīng)力轉(zhuǎn)換為危險截面的受力;最后基于線性損傷累積理論,采用基于PD-STFA方法與傳統(tǒng)雨流計數(shù)法分別計算頂蓋聯(lián)接螺栓疲勞壽命。計算結(jié)果表明,基于PD-STFA方法計算頂蓋聯(lián)接螺栓疲勞壽命為1.966×105h,傳統(tǒng)雨流計數(shù)法為4.113×105h。根據(jù)對電站用戶調(diào)研,基于PD-STFA方法計算結(jié)果更接近螺栓實際工作壽命30 a左右,能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測水輪機(jī)頂蓋聯(lián)接螺栓的疲勞壽命,為水輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供理論保障。 

【文章來源】：機(jī)械強(qiáng)度. 2020,42(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

有限元模型

為了更好地捕捉水輪機(jī)頂蓋聯(lián)接螺栓應(yīng)力分布，對頂蓋與座環(huán)接觸面和連接螺栓網(wǎng)格均進(jìn)行了局部加密，數(shù)值計算采用四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，其最終的網(wǎng)格單元總數(shù)約為130萬個，網(wǎng)格單元節(jié)點數(shù)約為430萬個。與此同時，在數(shù)值計算過程中曾將節(jié)點數(shù)量增加至2倍左右，計算結(jié)果偏差在1.5%以內(nèi)，滿足有限元計算網(wǎng)格無關(guān)性要求，其網(wǎng)格劃分情況如圖2所示。在進(jìn)行計算載荷設(shè)置時，將水輪機(jī)頂蓋與座環(huán)間的接觸設(shè)置為摩擦接觸，水輪機(jī)頂蓋螺栓與螺母間的接觸為綁定接觸，水輪機(jī)頂蓋螺栓與座環(huán)螺紋孔間的接觸為綁定接觸，其裝配體受到的荷載示意如圖3所示。

考慮到水輪機(jī)頂蓋、座環(huán)可能受到的最大荷載，根據(jù)電站典型工況下的水力-機(jī)械過渡過程計算結(jié)果，選取蝸殼最大內(nèi)水壓力對應(yīng)的工況作為水輪機(jī)頂蓋及水輪機(jī)頂蓋與座環(huán)聯(lián)接螺栓的計算工況。因此，圖3所示的各載荷:導(dǎo)葉和套筒重量G0為33.54 k N，頂蓋與座環(huán)組合體自重G1為324.58 k N，水輪機(jī)導(dǎo)軸承重量G2為42.48 k N，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)控制環(huán)、連桿轉(zhuǎn)臂重量之和G4=81.21 k N，緊急停機(jī)而產(chǎn)生的水壓力P2=3.63MPa、緊急停機(jī)時頂蓋上放入真空壓力q=0.1 MPa，導(dǎo)葉浮力F浮=1.21 k N，頂蓋與座環(huán)連接螺栓F預(yù)緊力=1 234.70 k N。1.2 計算結(jié)果及分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]隨機(jī)振動荷載下結(jié)構(gòu)的疲勞壽命研究[D]. 葉菲.天津大學(xué) 2017



本文編號：2981192