[发明专利]水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验的模拟方法

说明书

本发明公开了一种水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验的模拟方法，包括水轮机顶盖、顶盖螺栓、顶盖支撑轴、液压筒、液压推动环、液压套筒联接管道和液压推动杆构成的模拟装置，液压筒包括液压大套筒和液压小套筒，液压大套筒和液压小套筒之间通过液压套筒联接管道连通，液压推动杆在液压小套筒内，液压推动环在液压大套筒内，通过施加载荷于液压推动杆的顶端端面，使液压小套筒中液压推动杆向上或向下运动，液压油经液压套筒联接管道迫使液压大套筒中的液压油向液压推动环中流动，进而推动液压推动环轴向运动。本发明可模拟不同振动频率、不同冲击载荷，水轮机顶盖联接螺栓的振动情况，为避免螺栓因疲劳失效而导致严重事故提供理论基础。

技术领域

本发明涉及一种水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验的模拟方法，属于水轮机检测技术领域。

背景技术

近年来水电等新能源产业蓬勃发展，为人类提供了高效清洁的能源极大地缓解了人类以往运用煤、石油、天然气等传统能源的负担，在一定程度上对环境的保护起到了助推剂的作用。但与此同时也伴随着一系列的负面效应。每年发生的水电机组事故次数逐年增加，这不得不引起我们的深思。根据大量的事故调查显示，因结构失效所导致的事故比例约为15％左右。而在这些结构失效中，绝大多数是由材料疲劳所导致的，包括螺栓疲劳、主轴疲劳等。俄罗斯萨扬水电站顶盖向上跳动导致螺栓疲劳断裂进而发生致命性的破坏。

大型混流式水轮机工作环境十分恶劣、承受的工作载荷主要为冲击载荷，同时还要承受振动载荷等交变载荷。螺栓用于连接顶盖和基座，长期承受较大的冲击载荷，导致螺栓内部损伤不断积累，螺栓的刚强度发生退化。螺栓的刚度退化会导致动载荷增大，螺栓的强度退化会导致其抵抗外载荷的能力降低，直到螺栓的强度小于所承受的最大应力时，螺栓发生疲劳断裂，十分容易造成人员伤亡等重大恶性事故。

螺栓作为连接件从理论上来说螺栓仅承受拉力，螺栓的抗拉应力的能力较强，然而近年来由于螺栓组断裂而引发的事故不足为奇。从断口状态来看，大多数螺栓可见明显的裂纹源和裂纹扩展区，属于疲劳断裂。这是因为螺栓工作环境恶劣，螺栓承受很大的振动和冲击载荷，在这些载荷的作用下，螺栓发生疲劳，导致其强度不断退化，最终发生断裂；部分螺栓断裂后，致使其他螺栓载荷急剧增加，发生过载断裂。

因螺栓疲劳导致结构失效的占据了很大比例，然而在国内，许多事故发生后的真正原因常常被我们忽略了。而水轮机为隐蔽部件，其检测及碰磨故障机理复杂，为预防水轮机发生重大事故，研发一种水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验的模拟方法，可以模拟不同振动频率、不同冲击载荷，水轮机顶盖联接螺栓的振动情况，为避免螺栓因疲劳失效而导致严重事故提供理论基础。

为解决上述技术问题，本发明提供一种水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验的模拟方法，包括以下步骤：

(1)搭建水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验的模拟装置，包括水轮机顶盖、顶盖螺栓、顶盖支撑轴、液压筒、液压推动环、液压套筒联接管道和液压推动杆；所述液压筒包括液压大套筒和液压小套筒；所述水轮机顶盖以水电站水轮机顶盖实际模型按比例缩小而得；所述液压大套筒为长方形，其内开设圆形通孔，形成筒状；所述顶盖支撑轴位于液压大套筒的中心位置，水轮机顶盖由液压大套筒四周环壁和顶盖支撑轴支撑，液压大套筒四周环壁和水轮机顶盖之间通过顶盖螺栓按照固定预紧力旋紧；所述液压推动环在液压大套筒内，顶盖支撑轴置于液压推动环，液压推动环通过与液压大套筒配套的密封环与液压大套筒四周环壁联接，在液压大套筒的筒壁上开设液压套筒联接管道口；所述液压小套筒为长方形，其内开设圆形通孔，形成筒状，所述液压推动杆在液压小套筒内，通过与液压小套筒配套的密封环与液压小套筒四周环壁联接，在液压小套筒的筒壁上开设液压套筒联接管道口；所述液压大套筒和液压小套筒之间通过液压套筒联接管道连通；所述液压大套筒、液压小套筒和液压套筒联接管道内注入液压油；