水泵水轮机顶盖螺栓强度特性研究

顶盖连接螺栓是水泵水轮机最重要的螺栓连接之一,若是发生疲劳断裂可能会导致水淹厂房的严重事故。本文以某水泵水轮机双法兰顶盖-顶盖螺栓-座环多体系统为研究对象,基于流固耦合算法将转轮上冠间隙腔内压力映射到顶盖过流面上,定量分析了顶盖轴向水推力和预紧力对联接螺栓强度特性的影响。发现由于双法兰刚度不均导致螺柱承受较大的弯曲应力;顶盖圆周方向刚度不均导致96个螺柱承受的总拉力、工作载荷、螺柱的夹紧力和相对刚度沿圆周方向周期性变化,且其变化幅度较大。随着顶盖轴向水推力的增大,各个螺柱的相对刚度基本不变;随着预紧力的增加,各个螺柱的相对刚度减小,且预紧力越大,相对刚度减小的幅度越慢。研究成果可为蓄能机组顶盖螺栓的设计提供参考。

基于冲压CAE仿真技术的顶盖降本工艺研究

以某车型顶盖冲压工艺开发为例,按照传统冲压工艺设计无法满足小冲压线生产,通过对传统冲压工艺创新设计,并利用AutoForm数值模拟软件对新工艺进行分析论证,优化CAE分析的参数,使冲压CAE分析结果满足指标要求,最终使需要在大冲压线生产的零件实现在小冲压线生产,达到降本增效及绿色冲压生产的目的。

抽水蓄能电站甩负荷工况顶盖座环连接螺栓强度计算方法探讨

抽水蓄能电站机组启动频繁、运行工况复杂,国内外出现过多次顶盖座环连接螺栓断裂失效,发生水淹厂房的事故,影响了人员和财产安全。甩负荷工况为顶盖螺栓计算中的控制性工况之一,该工况下顶盖荷载的准确计算直接关系到螺栓强度计算的结果。本文通过某抽水蓄能电站顶盖和座环连接螺栓强度复核计算的实例,对计算方法等进行了探讨,提出了以现场实测数据为基础,进行CFD(计算流体力学)计算,并进行相应修正的方法。该方法兼顾了计算的时长和准确性,具备一定的工程实用性,可供行业参考。

基于CATIA的通用拉深模参数化设计

以三维设计软件CATIA为基础,介绍了一种参数化的通用拉深模设计方法,并阐述了该方法在设计过程中的要点,通过简单的参数调整即可实现拉深模关键部件的设计,最后以顶盖为例说明该模型的使用方法和注意事项。

抽水蓄能电站螺栓应力监测方法

螺栓承受轴向载荷时,伸长量和应力变化规律遵循广义胡克定律。现有的监测方法都是通过伸长量的变化监测螺栓的应力水平,进而评价螺栓的安全状况。随着微变形测试方法的发展,利用声学、光学、电学等监测手段均广泛应用于抽水蓄能电站螺栓的应力水平监测。本文简述了目前应用最为广泛的几种监测应力方法的原理和应用特点。

水轮机顶盖螺栓疲劳裂纹的超声监测技术

水轮机顶盖螺栓是水轮机的重要部件,其可靠性对水电站运行安全至关重要。超声检测被广泛应用于螺栓疲劳裂纹的检查。但常规的计划检修无法杜绝螺栓的疲劳破坏,为了有效监测运行状态下的顶盖螺栓裂纹和损伤情况,本文提出了一种螺栓状态检修方案,通过螺栓超声监测传感器的开发及对反射信号的数字处理与分析,实现了水轮机顶盖螺栓疲劳裂纹的原位监测,为水电站的长期运行提供了安全保障。

玻璃钢头罩粘接密封胶应力校核及失效分析

通过粘接试验及有限元计算,研究了轨道车辆玻璃钢头罩密封胶失效原因,提出了优化改进措施。结果表明:粘接胶、密封胶的弹性模量差异会导致密封胶优先承载,引起密封胶疲劳失效;长期作用的4 mm松弛变形未导致粘接接头剪切强度的降低,头罩、车体允许的装配尺寸公差可按4 mm控制;光照、湿热环境会导致胶黏剂表面老化失效,应适当提高外侧密封胶的检修频率,同时选用更耐候的胶黏剂。

重庆大断面隧道施工工法比选探索

在重庆交通基础设施建设过程中,如轨道交通、市政道路,由于线路纵坡限制,多采用隧道形式下穿山体。以老房子车站为例,对大断面隧道双侧壁导坑法、拱盖法两种施工工法进行工程风险、施工技术难度、投资、工期等方面的综合比选,总结出重庆大断面隧道两种开挖工法的适用条件。

水泵水轮机水泵工况顶盖下腔特殊压力脉动模型试验研究

随着抽水蓄能电站建设的加速推进,高水头、大容量的抽水蓄能机组逐渐成为发展主流。部分高水头大容量抽水蓄能机组在水泵工况运行时,监测到顶盖下腔出现特殊频率的压力脉动现象,引起了业内的广泛关注。为了深入揭示该现象的产生机理,通过设置干扰物的方法,改变流道中的流态,开展顶盖下腔特殊频率模型试验研究。试验结果表明:通过对无叶区流态的干扰,顶盖下腔与无叶区压力脉动发生变化,特殊频率幅值与区域被减弱,水泵工况顶盖下腔出现的特殊频率压力脉动现象主要受无叶区流态影响,而受顶盖下腔体流场影响较小。

某水电厂1号混流式水轮机尾水管压力脉动试验研究

尾水管压力脉动是混流式水轮机运行稳定性的重要评价指标,研究尾水管压力脉动和机组振动稳定性对指导机组的安全运行、技术改造及科学调度具有十分重要的意义。对某水电厂1号机组进行了变负荷稳定性试验,分析了各工况下尾水管压力脉动、顶盖振动和水导轴承摆度信号之间的相关性。试验结果表明在部分负荷区域,尾水管压力脉动与顶盖振动及水导摆度信号高度相干,尾水管内低频涡带是引起机组振动的关键因素,对顶盖振动和水导摆度都有重要影响。

基于Moldflow技术的塑料缸盖罩成型过程及模流数值分析

为解决传统人工鉴定塑料缸盖罩瑕疵产品的方式效率低下、成本高,以及传统的直流道数学模型不适用于弯流道的问题。对塑料制品的成型原理及过程进行了阐述,基于Moldflow对塑料缸盖罩成型过程进行了模流分析,建立了熔体在弯流道中流动的理论模型,采用Moldflow在不同的注射速率条件下进行数值模拟。实验结果表明:采用的塑料缸盖罩的生产工艺有制品内、外温差大,冷却不均的问题;塑料熔体在弯流道内的流动速度、剪切速率以及温度都随着注射速率的增大而增大,熔体粘度随着注射速率的增大而降低;熔体在流经弯流道时外侧与内侧熔体的指标差值较直流道更大。

联接结构对顶盖轴向刚度的影响研究

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ANSYS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。

发动机缸盖罩结构声辐射特性优化分析

发动机是船舶动力系统的重要组成部分,是振动噪声的源头之一,发动机缸内噪声通过缸体和缸盖罩向外辐射。以发动机缸盖罩为研究对象,通过有限元建模分析其模态,并进行试验验证。以缸盖罩结构的表面振速和辐射声功率为目标,采用有限元与边界元相结合的方法对缸盖罩结构进行声辐射特性优化设计。研究结果表明:通过结构优化设计,在缸盖罩内部两侧添加等腰三角形加强筋,可使得10Hz~4000Hz频段内发动机缸盖罩辐射声功率平均降低2.10dB(A)。研究结果可为发动机缸盖罩结构的设计提供借鉴。

高参数圆形平盖中心开孔计算方法及密封刚度失效准则

基于当前压力容器平盖(或法兰盖)的开孔补强方法基本原理和存在的问题,指出我国标准中仅考虑了开孔率ρ≤0.5范围内整体强度校核,欠缺开孔处局部应力计算、安定性失效评价及螺栓垫片连接结构的周边刚度计算、密封失效评价。基于弹性板壳理论,创建了两类常见圆形平盖中心单个开孔结构的力学模型和精确解析解,并给出工程计算公式和设计失效准则。通过算例进行数值模拟验证,并分析应力变化规律。新方法实现预紧工况、操作工况和水压试验工况下的强度失效和密封刚度失效评价,适用于ρ≤0.9范围,更适用于当今“双碳”背景下高参数化设备安全、节能和泄漏率控制等基于失效模式的精准设计,并为标准修订和结构完整性评价提供借鉴。

某抽水蓄能电站顶盖联结安全性复核

通过对某抽水蓄能电站提升预紧力后的顶盖螺纹联结结构的强度复核,现有顶盖螺栓的预紧安全系数、夹紧力安全系数和螺栓材料安全系数均能满足要求,螺母的强度不能满足预紧要求。本着同螺栓有较好匹配原则,重新选用的螺母强度符合按照ASME分析设计原则校核的强度要求。由于现有顶盖的强度偏低,需在顶盖和螺母之间增加一个20mm厚的垫圈。座环内螺纹的强度也满足要求。提升预紧力需要更换螺栓和螺母,该电站机组已经安全运行一个大修周期,进一步提升预紧力的必要性值得探讨。

大型抽水蓄能机组顶盖螺栓裂纹原位在线检测技术研究

水轮机顶盖螺栓是连接水轮机顶盖与座环的重要连接件,其安全状态对水电站安全运行至关重要。超声波在金属内部具有透射深度大、反射率高的特点,可用于检测螺栓内部疲劳裂纹,但常规的超声检测必须在螺栓解体拆出状态下才能进行,否则无法保证裂纹的检出。为了有效监测运行状态下的顶盖螺栓裂纹和损伤情况,本文提出了一种基于压电阵列的超声波传感器,通过压电晶片的分区非均匀激发,形成偏心扇形超声声场,并通过对接收信号进行数字处理,实现水轮机顶盖大型螺栓裂纹的原位在线检测。该技术具有实时性强、精度高、可靠性好等优点,能够有效地在线监测水轮机顶盖大型螺栓的裂纹和损伤情况,为水电站安全运行提供重要保障。

基于脉冲红外热成像的锂电池端盖焊接检测的可行性研究

锂电池的高能量密度可保证锂电池存储更多的电能,同时也带来了更高的危险系数,通常采用电池端盖保障安全。端盖不仅可以起到断路器作用,也可有效释放内部压力。端盖采用激光焊接,很容易造成焊穿孔、断焊、虚焊等现象,目前主要依靠目视检测、图像检测,但上述检测方式不能检测出断焊接、虚焊问题。本文使用脉冲红外热成像技术对激光焊接检测进行可行性研究,制作了焊接率为100%、50%、33%、25%的4个试件,设计了三种检测方案:透射式正面检测、反射式背面检测、反射式正面检测。结果表明脉冲红外热成像技术可用于锂电池端盖焊接质量的检测,并且反射式正面检测效果最佳,不仅可以分辨出焊接率不同的4种试件,而且图像边缘细节更加明显,透射式正面检测和反射式背面检测可分辨是否100%焊接,无法有效分辨出50%、33%、25%三种焊接率的试件。

轧机扁头套再制造技术研究与应用

以吉林建龙1450 mm粗轧机扁头套再制造为例,从两方面着手研究,一是与焊材厂家合作开发一种药芯焊丝,用气体保护焊替代焊条电弧焊;二是自主设计一款堆焊操作机,利用PLC程序控制伺服电机,实现远距离控制焊接,操作更便利,同时解决传统人工堆焊效率低、焊接质量不稳定等问题。

曲轴箱通风系统油气分离器的性能研究

对1台直列4缸汽油机的曲轴箱通风系统进行了窜气流量和窜气中机油含量的试验研究。应用CFD分析软件Fluent研究了气缸盖罩中迷宫式油气分离器的流动特性,分析最大窜气流量(15 L/min)和最大扭矩(160 N·m)工况点下油气分离过程的速度场、压力场和分离效率。研究结果表明:该油气分离器的多孔过滤板与挡板配合结构在最大窜气流量工况点下能够获得75%以上的分离效果,并且达到50%分离效率时,油滴颗粒的直径小于1.0μm,从而保证对于不同直径范围的油滴颗粒均具有可靠的分离性能。

基于原型振动测试的水轮机顶盖螺栓疲劳分析

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%.