联接结构对顶盖轴向刚度的影响研究_赵阳.pdf

年第期第 卷（总第）（）联接结构对顶盖轴向刚度的影响研究赵阳，贾伟（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 ）摘要顶盖与座环联接结构是顶盖轴向刚度的主要影响因素。运用软件对顶盖与座环结构进行联合计算，从螺栓预紧力、螺栓把合分布圆半径及螺栓数量与直径三方面进行分析。结果表明：提高螺栓预紧力、选取最小螺栓分布圆半径及选取数量少、直径大的螺栓布置型式有助于提高顶盖的轴向刚度性能，为顶盖与座环联接结构的设计与优化提供了参考依据。关键词联接结构；顶盖；轴向刚度；预紧力：中 图分类号：文献标识码：文章编 号（）（，），？，？；引言顶盖是水轮机组支撑部件的组成部分，其轴向刚度性能直接关系到顶盖与座环之间 的密封性能。轴向刚度不满足设计要求，可能造成主轴密封失效，严重的将导致机组漏水，甚至可能引起机组被迫停机的紧急事故。因此，轴向刚度性能作为水轮机组结构设计的一项重要考核指标，得到许多国 内专家学者和专业生产企业的关注和研究。庞立军等人对带圆筒阀 的水轮机顶盖轴向刚度进行了分析研究，提出了在满足刚强度要求的前提下运用软件对顶盖结构进行优化设计的方法。西华大学刘 忠运用有限元方法研究了顶盖结构优化和受力分析，并得到了顶盖结构的刚强度结果。贾伟 等人从支撑结构型式的选择、支撑部件间 的把合方式以及顶盖拓扑结构等方面对轴流式水轮机组进行研究与分析，提出了不同支撑型式下最优化的顶盖联接方式。本文针对某大型混流式水电机组顶盖联接结构，运用有限元软件，采用联合受力的方法，从螺栓预紧 力、把合螺栓分布圆半径、螺栓数量及直径三方面对顶盖轴向刚度进行研究，提出了较为合理的联接结构布置方案基本参数顶盖是水轮机组的重要部件，设计时要充分考虑其刚度性能对水轮机组安全运行的影响。顶盖相关妙口表所示。丁廳材料特性表如表所示表顶盖基本参数表螺栓个数（个）短幅向筋板（个）小筋板（个）长幅向筋板（个）导叶个数（个）螺栓直径（）螺栓预紧应力（）摩擦系数螺栓材料屈服 螺栓分布圆 强度（）半径（）（）年第期第卷（总第：期）图转角随螺栓预紧力变化曲线图从图中可看出，：頂盖轴向刚度与螺检预图螺纹联接计算基础示意图螺每拧紧时螺牷所受的拉力和被联接件所受的，等于预紧力累检拉伸量为，被连翻牛的压戀量为，螺桂刚度为，被；瞬件刚度为。拧属后，在与螻母的雜面也職接件藜餐工作载荷（拉伸）时灑栓所收载荷由增至伸增力 伸长量为表；与此同时，原受压纖的被逄接件，因螺栓争长而被敢松￥压缩量也 随之减步，其压缩变琅身晕正好等干螺栓拉伸变形的长量，此时的总压縮量为。而裤联接件所受的压缩力则由匕减小到心乂称为残金预絷力。本文中为获得预緊力太小翁勒向刚度的影綱律，没定螺栓顸紧 力产生！轴向应力与材料屈眼藕度的比 值为 值过小会遺域材料浪费，值过大安全余量则偏低，一細规定：不得大于，本文取值蠢、：和、其顶盖轴向刚度十算结果如图所示。应小于。載栓预紧力对辅间刚度的影响为增强联接的刚丨生、紧密性、防松龜力，防止受横向譫荷的螺稳联接滑动，大多数蟪栓联接財都要魏图甚有预紧螺栓在受兄財的受力分？示意隱表顶盖及螺栓材料特性表材料屈服极限强度趨级籍全有限元模型考虜到构和载荷分布周騎对称性，遇寧？盖夏座环上环板结构作为计算模型，其中顶盖包含个导奸孔，长短幅向筋板各个，个联接螺输，个小露板，結构示意图如图所示。其结构均采用实体单元划分网格，共划分 个单元，个节点，有限元模型网格划分图如图所示。在螻购顶盖法兰、盖与座环上坏板之间 分别建立接触单元模拟接触状态即 和 单元模拟接触状态使用 单元施力口栓预紧力。在顶盖与座环上环板剖切的两个对称面上施加愈塞斑鐘蠢件保证優）调一致；束座环上环板 底面节点、向自（度。图顶盖与座环结构网格划分图法兰联接结构对轴向刚度主要影响顶盖水导轴承处的轴向刚虜主要由其变形体现出来，变形越大轴向刚度越低，反之贝向刚度魅；在顧机结翁计中，嫌向 刚廬期鑪大向变形与最大变形位置到螺栓把合位置的水平距离的比 值表示，即顶盖的錄角。顶盖最太轉角？：年第期第 卷（总第期）（）螺栓分布圆半径变化图转角随螺栓分布圆变化曲线图廳全数量分布茂直径对轴向刚度勺为获得螺栓数量与直径对顶盖細度的影响，本文在螺检总截面面积相同前提下，确定螺栓直径及数量，具体尺才表所示。双駐兰之间小筋板数量与螺检数暈保持一致鏡预力：采用倍材料屈服极限。有限元计馨结果如厘蔚事。图转角随螺栓直径变化曲线图从圏中可看出，顶盖的角与螺检直径乘钱性关系。螺直径越大，顶盖的转背越小，即轴向刚度越大；螻栓直径越顶盖的转角越大，臟向刚度越小这足以说明 在螺受力面积相同的前提下：随孴螺栓直径增太，螺稳数漏減少，可以提高：？盖泡刚？平。同时顶盖双法兰之间筋板数量藤螺栓数量减少而减少，这样大大的减少 了生产制瘦过程中小筋被的焊接工作，有瘛于齒顶？整餘焊接质量。结语顶轴向刚度对于机组的安全运行具耆至关童要的作用？而顶盖与座坏联接结构是顶盖轴向刚度的主響喃因素，本文从螺？紧力毅幾分 布及直径和螺桧把合分布圆径三方面出发，对 顶盖轴向刚度进行了 分析与研究，结果表明：）对于螺栓领紧力而言，虛在合理的范围内取较大值，以顶盖的苘测度（）对于螺分 布圆半径而言，应将把合蠍栓分布隨半径设计为最小尺寸（）对于数量及直径而言，在顶盖法兰空间足够的前提下，选用数量少、直喊的肅驗逸直径办的螺栓布置，更有助于提高顶盖轴向刚摩水平。同时，这种螺栓布置减少 了 局部的焊有助于控制顶盖的整体焊接质量但由于预紧力随螭栓直径爆加而变大保证顶盖的双法兰具有足够截刚强度参考文献覃大清紙田，赵阳关于流式：轮机稳定性的紧力呈线性关系，随着螺栓预紧力不断增大，顶盖的不断減小，卩顶盖的轴向刚度不断增大。因：此可以轉出，在其他设计专数不变的前提下？栓预紧为可爨高顶證向刚度。廳全把含分布圆半径对轴向刚度勺顶盖与處环法兰把含螺检分布圆半径破顶盖轴向刚度具有一定影响。表是分布圆半柽变化参数及及转角计果。图角顧合顯栓分圆半径变化曲象图表分布圆半径变化 参数及转角计算结果变化率从圈中可以看出，随着灑栓分￥圆直柽的不断繼：顶盖的辂；不断增太。通过表可以知遣，将螓栓分布圆手径减少 时，糙減少 了，因此，水轮机结构设计中，虛碁顶盖与座？把合蟪：输分布圆直径 尽量十为小尺？寸 表螺栓数量与直径数据表螺栓直径（）数量？迆？：年第期（）第卷（总第期）几顯识；大电机輸奪：刘元碧魏光蓉俄齋申震克水电事敌；及启四川水利：何水清，划敬伊敏电厂号汽轮机组号小机号承振动原因分析及 处理？黑龙江电 力？（：，杜云华，刘牆霉；坝电站机组抬机现拿分析及处理应用馨齡（）：张良派轮机威行中的盡雞￥处為法探析？中国高新揖术企业：名聰識宇华洪江丁愈贯流式？轮机的结构擎计黑龙江电 力（）：级刘冬，李浩？麗露式水泵：錄机顶盖刚鐵度的辭揚优化分析？技术与市诱（）；繼军盖和蜗壳座环的馨与优化大！机技术：，（上接页）包覆起来，使 其与高温 环境嗝离气凝胶是一种隔热性能良的隔料，其熱学着料属表示。图气凝胶板隔热示意图表气凝胶 热学材料属性材钭密度导热系数比纏气凝胶板从表可见，气顧胶的隔热性能强于空 气，因此选择：毫米厚的气凝狡板包覆内擔，虽然曾加内外磁极间距离，但能有效地隔绝热量，当外罩内的温度达到，包覆了气譲胶板抽内磁极表面温度可降到且保擇定，此时，内磁极？磁力受温度影响可忽赂不计？并且由于内観温度稳定因此在长期工软：蠢下，内擔鐘約力也会保持稳定，不会影响萁工作性籠。由此可见，采用气技术可以育永磁体退磁。剡晶石，钟篸庞 立 军某电站求轮机顶盖结构改进；案有限元分析大技术，（歲平甲米一绿釋流式水轮飢顶盖親費厕歡计算研究西昌学撤自然科学版（浚立 军，钟苏；筒轉翁永餘机轴向刚度主因素分析大？技术対患，宋文 武，杰混流式水籍机顶盖的强虔计鱗麟幻，露壽开究与管理）：贾伟，齡军，李建伟馨紬淹式水轮机支撑部件的结构选型与螺樣十。东方评：撤徐灏戰辆鐵计手齡？此京雇械工业飯社，：，作者简介：赵阳男年生；毕业 于东南大学，现从事水电设计与项目管理工作收稿日期：结语长期以来，小麵屏蔽电感飢以翁參量小结避和工作的工况特殊等特点，决定了其國试的特殊性，主齊体雜在测试縛樂机工：巡橋拟电动机的实际工况并且要实其在额定工况和负载下的各项参數因此如何为电动机创造合适的试况和造用的测试方法就成为完成电动机测试的关键本女介绍的小型辱蔽电动机转矩溯置具备极佳的性价比和适用性，能够圆满解决测试中存在的问值得推广用。参 考文献孔祥旭短时过载对豆屏蔽电动机缘寿遍影响防机，纪，吴庆广屏馨电运行性能綠析电篆：；吴学会，胡晓旭立式 屏蔽电速器计防电机，张亮无刷直流屏蔽电动机的涡流损餐与性簾研：魏截电机，（），幻垄藏雪，任智达，曝萍种屏蔽电动机的三维温度场及 素研究电机与控，（）作者简 介：苏颜利男打年生；毕业于佳木斯大学电气工程及其自动化专业，现从事防爆电气管理工作收稿日期：筇