[发明专利]低压涡轮轴盘连接螺栓防松脱特性试验方法

摘要

本发明采用的技术方案是一种低压涡轮轴盘连接螺栓防松脱特性试验方法，其特征是，试验方法先绘制低压涡轮轴盘螺栓连接结构非线性受力变形线图，确定低压涡轮轴盘多螺栓连接弹性相关作用，然后，根据这两个特性，制作低压涡轮轴盘螺栓连接结构自松脱特性试件；最后搭建试验系统，进行载荷加载和自松脱特征信号提取。

主权项

1.一种低压涡轮轴盘连接螺栓防松脱特性试验方法，其特征是，试验方法先组装低压涡轮轴盘螺栓连接结构自松脱特性试件，搭建试验系统；绘制低压涡轮轴盘螺栓连接结构非线性受力变形线图，确定低压涡轮轴盘多螺栓连接弹性相关作用，再进行载荷加载和自松脱特征信号提取；试验方法的具体步骤如下：步骤1组装试件，搭建试验装置；试件由试件后转子(8)、试件前转子(11)、后轴承(9)、前轴承(4)、螺栓组(5)组成；试件前转子(11)的一端安装在前轴承(4)的内圈里，试件后转子(8)的一端安装在后轴承(9)的内圈里；试件前转子(11)和试件后转子(8)通过螺栓组(5)和螺母组(7)固接在一起，完成组装；搭建试验装置，将安装在基台(10)上的调速电机(1)的输出轴通过联轴器(2)与扭矩转速传感器(3)的一端连接,扭矩转速传感器(3)的另一端与试件前转子(11)的一端连接；将安装在基台(10)上的轴向激振器(16)与轴向力传感器(17)的一端连接，轴向力传感器(17)通过联轴器(19)与试件后转子(8)连接；将滚轮(12)与栓接支撑座(13)连接，支撑座(13)的尾端与径向力传感器(14)连接，径向力传感器(14)与径向激振器(15)连接；无线压力传感器(6)安装在螺栓组(5)和试件前转子(11)之间；轴向激振器(16)及径向激振器(15)的信号输出端分别与数据采集系统的信号输入端相连，各无线压力传感器(6)的信号接收端口与数据采集系统相连；温控箱(18)安装在基台(10)上，罩住转子，调整试件的环境温度；步骤2绘制低压涡轮轴盘螺栓连接结构非线性受力变形线图首先根据低压涡轮轴盘连接结构几何尺寸及被连接件、螺栓受力状态，进行低压涡轮轴盘结合界面法向刚度试验，并将结合面法向刚度表达为：其中，为被连接件压强分布，F_m为外载荷，r_k、r_m分别为螺栓预紧载荷作用下结合面压力集中分布最小和最大半径；结合有限元ANSYS分析，按下式计算螺栓载荷作用下低压涡轮轴盘被连接件刚度：其中，θ为半顶角，Km为被连接件刚度；式中a1，a2，a3，a4，a5结合有限元分析确定，L/d为相对总厚度，C/d为相对间隙，R为被连接件厚度比；结合低压涡轮轴盘连接用螺栓刚度，绘制低压涡轮轴盘螺栓连接结构非线性受力变形线图；步骤3确定低压涡轮轴盘多螺栓连接弹性相关作用结合有限元ANSYS分析技术，确定低压涡轮轴盘连接结构预紧过程中的弹性相关性：aij＝f(Δxij,Δyij,ra,rb,hu,hl)  (5)其中，Fri为施加在第i个螺栓上的预紧力，ΔFrj为第j个螺栓上的预紧力变化量，aij为弹性相关性影响系数，与X方向距离Δxij、Y方向距离Δyij、低压涡轮盘轴连接结构径向尺寸ra、rb，上位件厚度hu、下位件厚度hl相关；步骤4选择试件中各组成元件的参数，对各螺栓施加载荷；选择试件前转子(11)和试件后转子(8)轮盘的内径、外径、厚度、螺栓孔直径、螺栓孔数量；针对试件绘制非线性受力变形线图，试件中单个螺栓额定载荷为Frt，螺栓预紧力为Fpt，a＝Fpt/Frt，当40％其中，Kbt为单个螺栓刚度、Kmt为试件前转子(11)和试件后转子(8)的刚度，Kb、Km分别为实际低压涡轮轴盘连接结构中的单个螺栓刚度、试件前转子(11)和试件后转子(8)的刚度；对试件结构中各螺栓施加50～80％螺栓额定载荷，获取由于螺栓间弹性相互作用引起的各螺栓轴向力变化值ΔFrj，使满足：|max(ΔFrj)‑max(ΔFri)|≤20％*|max(ΔFri)|  (7)如果不满足，结合弹性相关性影响系数影响规律aij＝f(Δxij,Δyij,ra,rb,hu,hl)改变试件结构参数；步骤5试验加载定量化加载轴向和径向动载荷、温度载荷，轴向动载荷沿中心轴向方向，径向动载荷平行于转子结合界面、垂直于轴向方向；并实时、同步测量轴向载荷、径向载荷、温度载荷以及各螺纹连接件轴向力；针对试件施加初始预紧力，每个螺栓初始轴向力Fbt大小为：其中，F_b0为实际低压涡轮轴盘连接结构中各螺栓的初始轴向力，K_b、K_m分别为实际低压涡轮轴盘连接结构中的螺栓刚度、被连接件刚度，为低压涡轮轴盘连接结构承受的平均轴向载荷，n₀为实际结构中的螺栓数量；试件轴向载荷波动ΔFat大小按下式加载：其中，Kb、Km分别为实际低压涡轮轴盘连接结构中的螺栓刚度、被连接件刚度，ΔFa是实际结构的轴向载荷波动值，nt为试件中螺栓数量，n0为实际结构中的螺栓数量；施加与实际结构相同的温度载荷；施加与实际结构相同的转速；结合有限元软件ANSYS分析，获取实际结构中不平衡量导致的螺栓轴向力变化值ΔFbs，计算获取试件径向波动力ΔFst；步骤6试验过程中自松脱特征信号提取采用统一的数据采集系统及数据处理模块，实时、同步采集激振力信息、温度信息、各个螺栓轴向力信息，数据采集系统的信号输出端与数据处理模块相连，间隔一段时间保持一次测试数据；对试件中各螺栓进行标记，记录试验过程中的轴向力传感器(17)上所示的轴向力载荷数值及其浮动变化、径向力传感器(24)上所示的径向力及其浮动变化及温控箱(18)上所示温度加载数值，并实时记录无线压力传感器(6)上的数值，即各螺栓轴向力变化特征，获取低压涡轮轴盘连接结构自松脱特征。