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。

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。

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。

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。

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。

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%.

基于数值模拟技术镁合金压铸模浇注系统优化设计

设计3种类型的浇注系统,运用铸造专用模拟软件JSCAST对3种浇注系统进行压铸数值模拟试验,分析液态金属充型及凝固过程中的速度场和温度场的分布,根据凝固规律有效预测铸件中可能存在缩孔及气孔缺陷的分布,从而选取T型浇注系统作为缸盖罩的最佳浇注系统并对其进行优化。试验结果验证了优化设计的可行性以及压铸过程数值模拟的可靠性,对压铸生产具有一定的指导意义。

一种射流源和炸药射流感度的研究

为了研究各种炸药射流感度,采用多种途径研制了能量输出较稳定的射流源;并用三种方法对射流源能量输出稳定性进行了判定。利用自行研制的射流源对TNT、B炸药J、B-B等多种炸药进行了射流感度的评定试验,获得了多种炸药射流感度的顺序排列结果,并与文献值符合得很好;利用X光机获得了射流头部速度与隔板厚度的关系,并拟合了经验公式。

带转轮泵的顶盖取水装置流动特性研究

为研究带转轮泵的顶盖取水装置取水装置的内部流动特性,以渔子溪电站水轮发电机组的顶盖取水装置为例,针对其额定运行工况,采用基于有限元的有限体积法,结合CFD软件平台,对取水装置内部的流场分布和主轴密封真空度进行了数值计算,并将部分计算结果与现场测量数据进行对比,验证了数值计算方法的可靠性。在此基础上,针对变转速和变流量工况,分析了该取水装置的主轴密封真空度,转轮泵的扬程、轴功率和效率等的变化规律。结果表明,如果要保证主轴密封内全域无水运行,对于渔子溪电站,水轮机转轮上止漏环密封出口处的压力要小于推荐值(约为0.55 MPa);计算同时发现,转轮泵扬程随转速变大而变大,而随流量变大而变小,其流动损失较大,水力效率较低。

基于声品质评价的缸盖罩NVH优化

以某发动机塑料缸盖罩为研究对象,通过声品质评价来分析其影响声品质的结构并进行优化。首先对发动机顶部声压级进行测量并对其进行声品质评价,分析得到影响声品质的频段。建立发动机有限元模型并进行模态试验验证,建立多体动力学模型计算缸盖罩振动并与试验对照,确认模型有效性。根据声品质评价分析结果找出影响声品质的缸盖罩模态,并对其进行结构优化与振动计算验证。将改进后的缸盖罩再进行顶部声压级测量和声品质评价。与原机型对比发现顶部声压级有所降低,声品质也得到明显改善。

基于多目标形貌优化的缸盖罩低噪声设计

为降低柴油机缸盖罩结构辐射噪声,运用有限元边界元法对其进行了噪声虚拟预测,得到噪声贡献量突出的关键模态.将缸盖罩结构的静态整体刚度和动态多阶关键频率统一为Euclidean距离的多目标函数,采用带权重的折衷规划法对缸盖罩进行多目标形貌优化,并考虑装配、加工工艺性等因素重新设计了缸盖罩CAD模型.在保持边界条件一致的情况下,对重新设计后的缸盖罩进行噪声分析,结果表明:改进后的缸盖罩整体刚度得到加强,关键频率避开了主要辐射噪声共振频率区域,总声功率级下降3.5 dB(A).

水轮机顶盖螺栓疲劳强度的影响因素研究

螺栓应力幅是决定螺栓疲劳强度的直接因素,螺栓应力幅越小,螺栓的疲劳强度越大。为了研究螺栓应力幅的影响因素,通过有限元方法对某顶盖及螺栓进行了整体建模和结构受力分析,提取了不同螺栓和法兰组合形式下螺栓的应力幅。结果表明,单法兰型式螺栓疲劳强度优于双法兰型式,下法兰型式螺栓疲劳强度优于上、中法兰型式;加厚双法兰结构法兰上板、下板、筋板厚度及上下板间距均可提高螺栓疲劳强度;增大螺栓头支撑直径和螺栓与法兰的接触面积,可提高螺栓的疲劳强度。

基于剪普复合旋压方法的双轮同步旋压技术

以解决小平面封底、二次曲线型、大直径、厚壁头罩类壳体旋压成形难题为目的,提出集成了厚壁板坯短剪切渐进成形轨迹设计、普旋预成形与短剪切成形轨迹配合设计、镜像双旋轮同步旋压精确控制、加热旋压控温曲线标定等技术内容,有别于传统的剪切旋压、普通旋压的单模具剪普复合旋压方法。通过试验,摸索了多道次普旋预成形和单模具剪普复合旋压成形基本规律,总结了旋压轨迹设计方法。实现了二次曲线厚壁头罩单模具一次成形,直径、壁厚、轮廓度等主要精度误差均小于0.2 mm。