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水泵水轮机顶盖螺栓应力实测分析

水力发电学报 2023年第9期42卷 79-87页

作者：赵强曹佳丽陈柳罗永要任绍成刘扬国网新源控股有限公司抽水蓄能技术经济研究院北京100053 中国水利水电科学研究院北京100048 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学能源与动力工程系北京100084

水泵水轮机启停频繁、工况多变,内部流态复杂,顶盖在运行过程中受到复杂的水推力作用。连接顶盖和座环的高强度螺栓在不同工况下,应力水平和变化具有较大差别。螺栓的受力特性直接关系到机组的运行安全,因此,有必要全面了解顶盖螺栓在... 详细信息

水泵水轮机启停频繁、工况多变,内部流态复杂,顶盖在运行过程中受到复杂的水推力作用。连接顶盖和座环的高强度螺栓在不同工况下,应力水平和变化具有较大差别。螺栓的受力特性直接关系到机组的运行安全,因此,有必要全面了解顶盖螺栓在典型工况下的应力水平。本文依托宝泉蓄能电站水泵水轮机组开展顶盖螺栓应力实测工作。采用电阻应变法,选取螺柱中间截面上均布的4个应力测点,通过测量螺栓表面微应变得到螺栓应力。测试得到了螺栓在预紧、水轮机满负荷、甩负荷、水泵零流量及水泵正常运行工况下的应力结果,为顶盖螺栓和机组安全评估提供了基础数据,也为后续顶盖螺栓的设计提供参考。

关键词：抽水蓄能水泵水轮机顶盖螺栓应力测试电阻应变法

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基于原型振动测试的水轮机顶盖螺栓疲劳分析

排灌机械工程学报 2020年第3期38卷 248-253页

作者：练继建王婷杰王海军王鸿振天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

以国内一大型高水头水电站为例,对水轮机顶盖振动展开变负荷稳定工况、开停机工况以及甩负荷极端工况下的原型测试和分析;建立顶盖及螺栓的有限元模型,结合实测振动数据与有限元动力分析,反演了顶盖水压脉动荷载;运用线性疲劳累积损伤... 详细信息

以国内一大型高水头水电站为例,对水轮机顶盖振动展开变负荷稳定工况、开停机工况以及甩负荷极端工况下的原型测试和分析;建立顶盖及螺栓的有限元模型,结合实测振动数据与有限元动力分析,反演了顶盖水压脉动荷载;运用线性疲劳累积损伤理论和雨流计数法,结合机组1 a内的实际运行方式,分别进行了年正常运行工况和甩负荷极端工况下顶盖螺栓的疲劳分析.计算结果表明:100 MW稳定负荷工况时顶盖水压脉动荷载双幅值约为19.3 m水头,为机组额定出力工况(600 MW)的5.6倍;同一工况下顶盖螺栓的破坏循环次数随存活率增大而出现较大程度降低,100 MW稳定负荷工况下存活率由95%增大至99%时,顶盖螺栓的破坏循环次数则由6.488×10^7次降低到2.415×10^7次,降幅为62.8%;考虑99%的存活率标准,甩负荷工况下的顶盖螺栓破坏循环次数为7.494×10^5次,仅为各稳定工况下螺栓疲劳寿命的3%~5%.

关键词：水轮机顶盖螺栓顶盖振动疲劳极限荷载反演原型振动测试有限元动力分析

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某抽水蓄能电站顶盖螺栓断裂原因分析

长江科学院院报 2019年第1期36卷 134-138页

作者：赵强柴建峰马传宝丁景焕李博国网新源控股有限公司技术中心北京100161 国网新源控股有限公司回龙分公司河南南阳473000

某抽水蓄能电站的顶盖螺栓发生断裂,通过螺栓断口分析可以发现,大部分螺栓存在疲劳裂纹,疲劳裂纹均起源于螺纹根部,裂纹源形成的尖端应力集中使螺栓发生断裂。为了分析螺栓断裂的原因,对螺栓的直径进行复核计算,通过计算可以发现,在满... 详细信息

某抽水蓄能电站的顶盖螺栓发生断裂,通过螺栓断口分析可以发现,大部分螺栓存在疲劳裂纹,疲劳裂纹均起源于螺纹根部,裂纹源形成的尖端应力集中使螺栓发生断裂。为了分析螺栓断裂的原因,对螺栓的直径进行复核计算,通过计算可以发现,在满足预紧要求的前提下,螺栓的直径偏小,其疲劳强度计算安全系数偏小是螺栓发生疲劳破坏的根本原因。通过增大螺栓直径可以既满足螺栓设计预紧要求,也满足螺栓的疲劳设计要求。

关键词：抽水蓄能电站顶盖螺栓断裂疲劳预紧安全系数疲劳强度计算安全系数

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预紧力作用下水轮机顶盖螺栓刚强度分析

电网与清洁能源 2023年第1期39卷 128-132,142页

作者：王星刘育严飚何云康丽萍李世强国家能源集团江西电力有限公司万安水力发电厂江西吉安343600 西安理工大学水利水电学院陕西西安710048

水轮发电机组关键螺栓的安全状态对机组的稳定运行起着重要作用。若螺栓发生断裂,可能导致水淹厂房的重大事故。该文采用ANSYS有限元软件,对某水电站水轮机顶盖连接螺栓进行强度分析,计算了顶盖螺栓在水轮机不同运行工况以及螺栓在不同... 详细信息

水轮发电机组关键螺栓的安全状态对机组的稳定运行起着重要作用。若螺栓发生断裂,可能导致水淹厂房的重大事故。该文采用ANSYS有限元软件,对某水电站水轮机顶盖连接螺栓进行强度分析,计算了顶盖螺栓在水轮机不同运行工况以及螺栓在不同预紧力情况下顶盖的变形和螺栓的应力分布。结果表明:顶盖螺栓在承受最大水头作用下,水轮机满负荷运行时承受最大应力,其值为181.24 MPa,小于螺栓安全承载极限,故螺栓安全;但螺栓的应力集中明显,现实情况中应多监测螺栓与法兰把合面处的应力大小,保证水轮机组的安全运行。

关键词：水轮机顶盖螺栓螺栓刚强度有限元

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水轮机顶盖螺栓预紧力的非线性超声检测研究

水电能源科学 2024年第7期42卷 165-168,173页

作者：樊志远邢涛赵飞翔徐敏玉东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150006

水轮机顶盖螺栓服役时承受复杂载荷的作用易发生安全事故,因此对顶盖螺栓的预紧力检测已成为保障水轮机安全运行的必备手段。针对目前尚缺少顶盖螺栓超声应力检测仿真、轴向应力分布对检测的影响等问题,引入有效应力系数并提出螺栓预紧... 详细信息

水轮机顶盖螺栓服役时承受复杂载荷的作用易发生安全事故,因此对顶盖螺栓的预紧力检测已成为保障水轮机安全运行的必备手段。针对目前尚缺少顶盖螺栓超声应力检测仿真、轴向应力分布对检测的影响等问题,引入有效应力系数并提出螺栓预紧力的非线性超声检测方法。即首先建立顶盖螺栓的应力超声检测有限元模型,通过静态分析得到螺栓的轴向应力分布特征及预紧力和夹持距离对分布特征的影响,从而得到有效应力系数的表达式;再通过不同预紧力下的超声波传播的仿真,标定有效应力系数;最后使用标定公式进行螺栓预紧力试验,测量结果误差在±4%以内,证明了该顶盖螺栓预紧力超声检测方法的可靠性。

关键词：顶盖螺栓有效应力系数非线性超声波

180MW立轴混流式水轮机顶盖螺栓断裂原因分析

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水电能源科学 2019年第12期37卷 121-123,90页

作者：张涛陈浩郑建军乔欣谭晓蒙孙云飞内蒙古电力科学研究院

为找到某大型水电站180MW水轮机在运行过程中发生顶盖螺栓断裂的原因,利用断口分析、化学成分分析、力学性能分析、显微组织检测及强度分析等试验方法对断裂的顶盖螺栓进行分析。结果表明,顶盖螺栓冶金质量差,组织中夹杂物及带状偏析严... 详细信息

为找到某大型水电站180MW水轮机在运行过程中发生顶盖螺栓断裂的原因,利用断口分析、化学成分分析、力学性能分析、显微组织检测及强度分析等试验方法对断裂的顶盖螺栓进行分析。结果表明,顶盖螺栓冶金质量差,组织中夹杂物及带状偏析严重,且未进行调质处理,致使螺栓的强度及韧性均不合格。在运行过程中受过流产生的脉动冲击载荷作用,螺纹根部表层夹杂物处形成高应力集中并产生裂纹,以低周高应力疲劳方式扩展,最终以脆性解理的方式失稳断裂。研究成果可为预防同类事故提供借鉴。

关键词：顶盖螺栓断裂带状偏析夹杂物力学性能疲劳

基于KPCA的水轮机顶盖螺栓松动故障诊断方法研究

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基于KPCA的水轮机顶盖螺栓松动故障诊断方法研究

作者：李诗雨西安理工大学

学位级别：硕士

为实现“双碳”目标,随着风力,太阳能光伏发电等新能源装机的大量接入,电网对水电站的调峰和调频提出了更高的要求。水轮机机组启停和工况转换频繁,水轮机顶盖受到的水压及压力脉动变幅较大,而且受到机组振动的影响,顶盖座环连接螺栓的... 详细信息

为实现“双碳”目标,随着风力,太阳能光伏发电等新能源装机的大量接入,电网对水电站的调峰和调频提出了更高的要求。水轮机机组启停和工况转换频繁,水轮机顶盖受到的水压及压力脉动变幅较大,而且受到机组振动的影响,顶盖座环连接螺栓的受力复杂多变,极易出现螺栓松动故障,进而影响到机组甚至电站的安全稳定运行。因此,对螺栓紧固状态监测、对松动故障的早期发现及定位十分重要,本文拟采用有限元仿真分析和实验验证的方法,进行螺栓松动故障识别与定位的研究。论文的主要工作内容及结论如下:(1)建立了水轮机顶盖和座环的螺栓连接的简化模型,采用有限元仿真分析了单个螺栓松动对其他螺栓轴向应力的影响规律;搭建了螺栓松动检测实验平台,依据仿真布置传感器分布位置,进行了螺栓松动检测实验,模拟螺栓的松动故障,分别对不同角度布置传感器的数据进行采集。以单个螺栓完全松动为例,将实验数据与仿真数据进行对比,结果表明,简化模型具备较高的准确性,能够表征出实际单个螺栓松动其他螺栓的变化趋势。(2)建立了基于核主元分析法(KPCA)的螺栓松动故障识别模型和基于重构贡献率法的螺栓松动故障定位模型,并对螺栓的松动情况进行识别与定位分析。结果表明,与传统的主元分析法相比,KPCA的识别准确率更高,它识别松动量为10%的故障时,识别准确率为91.67%;KPCA识别松动量为15%的故障时,识别准确率为100%;而重构贡献率的方法相比较传统贡献图法,在故障定位方面优势显著,定位准确率更高。(3)基于有限元方法,建立了某水电站的水轮机顶盖座环及其连接螺栓的受力模型,对顶盖螺栓群组的松动进行仿真模拟分析,并采用本文构建的KPCA顶盖螺栓松动故障诊断模型对仿真数据分析,确定了真机只需要26个传感器就可以检测到所有螺栓的松动情况。而且螺栓松动量为5%时,基于KPCA算法识别的准确率为95%;螺栓松动量大于等于10%时,识别准确率为100%。最后搭建了水轮机顶盖螺栓状态监测平台,对各个模块的操作界面和使用流程进行了具体说明。研究结果对于保障机组及电站的安全稳定运行具有重要意义。

关键词：顶盖螺栓螺栓松动识别故障定位 KPCA 重构贡献率