水电机组顶盖安全防护装置的制作方法

本发明涉及一种水电机组顶盖安全防护装置。

背景技术：

水电机组是把水流付出的机械能转换成转轮的机械能，使转轮和主轴克服各种阻力而连续运转起来，再将获得的机械能通过发电机转换成电能的机械装置。水电机组在运行过程中，常常由于流体、机械、电磁等相互影响导致机组振动，使顶盖连接螺栓受交变应力作用，影响顶盖螺栓的使用寿命。此外，由于水电机组会在不同水头、不同工况下运行，机组带负荷的运行范围大，启停机频繁，且经常会处在非最优工况下运行，如图3所示，导致作用在顶盖上的水压力数值变化很大；顶盖螺栓所受应力处于一个较高的水平，致使顶盖连接螺栓上的应力会大幅度波动。水电机组中的抽水蓄能机组兼有抽水与发电功能，具有高水头、高转速、复杂多工况运行的特点，对安全稳定性要求极高。在工作状态下水泵、水轮机工况转换比较频繁，且工况转换过程中高压侧压力变化幅度会更大，顶盖螺栓所受应力水平更高，应力波动更大。为此，水电机组在高应力水平、频繁的交变应力和机组振动作用下，顶盖螺母发生松动的几率会大幅增加，从而直接危及到水电机组乃至整个发电厂的运行安全。

有鉴于此，有必要开发一种水电机组顶盖安全防护装置，在不同工况压力变幅过大或机组振动引起螺母发生松动时，能够保证顶盖与座环间有可靠的机械连接；避免在水压力的作用下引起顶盖发生轴向位移，导致顶盖与座环间失去有效的密封，使压力水溢出机组进入厂房，影响电站安全运行，甚至危及电站工作人员人身安全的情况发生。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是在不同工况下压力变幅过大或机组振动引起螺母发生松动，导致顶盖与座环间失去有效的机械连接时，提供一种保证水电机组安全运行的顶盖安全防护装置。

本发明的技术方案是：一种水电机组顶盖安全防护装置，其特征是：限位环2剖面为直角形状，限位环2俯视为扇形，限位环2沿圆周开有多个凹槽，限位环2焊接在座环1上；栓块3剖面为直角形状，栓块3俯视为扇形；若干个栓块3通过限位环2凹槽处旋入并置于限位环2下平面8下面，栓块3上平面9与限位环2下平面8间有一定轴向间隙；栓块3置于顶盖6的上面。

限位环2立面10内径与顶盖6法兰外圆同心，且限位环2立面10内径大于顶盖6法兰外圆半径；限位环2竖面11内径与顶盖6法兰外圆同心，限位环2竖面11内径小于限位环2立面10内径，且限位环2竖面11内径大于顶盖6法兰外圆半径；栓块3竖直面12内径与顶盖6法兰外圆同心，且栓块3竖直面12内径小于顶盖6法兰外圆半径；栓块3立直面13内径与顶盖6法兰外圆同心，且栓块3立直面13内径大于顶盖6法兰外圆半径；栓块3外圆面14外径与顶盖6法兰外圆同心，且栓块3外圆面14外径小于限位环2立面10内径。

工作原理

如图3所示为常规的水电机组顶盖、座环安装结构图。顶盖6法兰的螺孔所在分布圆与座环1的螺栓孔所在分布圆同心且直径相等，螺杆5穿过顶盖6法兰、并旋入座环1的螺栓孔内，螺母4安装在螺杆5上，顶盖6与座环1间安装橡皮圆7。水电机组在不同工况下压力变幅过大，或机组振动引起螺母4发生松动时，导致顶盖6与座环1间失去有效的机械连接，顶盖6沿轴向上移，使顶盖6与座环1间的橡皮圆7失去密封作用，压力水溢出机组进入厂房，影响电站正常运行，甚至危及电站工作人员人身安全。

针对以上情况，本发明着重从以下几个方面着手来保证水电机组在螺母4发生松动，导致顶盖6与座环1间失去有效的机械连接时，也不会影响机组正常运行，更不会危及电站工作人员人身安全。

首先，如图1、图4所示限位环2的剖面为直角形状，焊接到座环1上。如图2所示限位环2的俯视为扇形结构。限位环2竖面11内径与顶盖6法兰外圆同心，且限位环2竖面11内径大于顶盖6法兰外圆半径；限位环2立面10内径与顶盖6法兰外圆同心，且限位环2立面10内径大于限位环2竖面11内径。如图2、图5所示栓块3的剖面为直角形状，俯视为扇形结构，栓块3竖直面12内径与顶盖6法兰外圆同心，且栓块3竖直面12内径小于顶盖6法兰外圆半径；栓块3立直面13内径与顶盖6法兰外圆同心，且栓块3立直面13内径大于顶盖6法兰外圆半径；栓块3外圆面14与顶盖6法兰外圆同心，且栓块3外圆面14半径小于限位环2立面10内径。

其次，如图1所示在轴向方向，限位环2下平面8与顶盖6法兰间留有一定间隙，用于安装栓块3。栓块3上平面9与限位环2下平面8间留有一定间隙；栓块3上平面9与限位环2下平面8的间隙小于橡皮圆7密封压紧厚度。即使在螺母4松动顶盖6上移时，橡皮圆7仍可以继续发挥密封作用。

再次，限位环2沿圆周开有多个凹槽，及栓块3的布置数量应满足以下要求：第一，限位环2、栓块3应具有足够的强度，以保证在螺母4发生松动时，水推力通过顶盖6作用在栓块3、限位环2上，栓块3和限位环2不会失效，可以起到安全防护作用。第二，限位环2、栓块3应具有足够的刚度，以保证在螺母4发生松动时，水推力通过顶盖6作用在栓块3、限位环2上，栓块3、限位环2发生的弹性变形量小于橡皮圆7的压紧量，使橡皮圆7能够继续发挥密封作用。

最后，当螺母4正常工作时，螺杆5的预紧力通过螺母4作用在顶盖6上。当螺母4发生松动时，安全防护装置开始起作用，此时顶盖6在水推力作用下沿轴向向上移动，带动栓块3随之上移，由于限位环2的限位作用，使顶盖6仅能产生微小的轴向位移。同时限位环2限制了栓块3的径向位移，保证栓块3始终在限位环2和顶盖6的间隙中，保证顶盖6与座环1间有效的机械连接和橡皮圆7的压紧量，保护机组安全运行。

本发明的技术效果：

螺杆5的预紧力通过螺母4作用在顶盖6上，保证橡皮圆7发挥密封作用，使压力水不会溢出。当螺母4发生松动时，安全防护装置通过以下几方面来体现：顶盖6带动栓块3沿轴向向上移动，使栓块3上平面9与限位环2下平面8接触，由于限位环2的机械限位作用，可以限制顶盖6的轴向位移。其次，螺杆5穿过顶盖6旋入座环1的螺纹孔内，及限位环2的限位作用，当螺母4松动时，顶盖6的径向位移和周向位移被限制，从而保证顶盖6和座环1间有可靠的机械连接，保证橡皮圆7能够继续发挥密封作用，使通道内的压力水不会溢出机组，起到保护机组安全的作用。

附图说明

图1为安全防护装置装配图

图2为安全防护装置俯视图

图3为现有常规的水电机组顶盖、座环安装结构图

图4为本发明公开的限位环剖视图

图5为本发明公开的栓块剖视图

具体实施方式

如图1所示，本发明增加安全防护结构限位环2和栓块3。限位环2的剖面为直角形状，沿圆周方向开有多个凹槽，焊接到座环1上。如图2所示，限位环2的俯视为扇形结构。限位环2竖面11内径与顶盖6法兰外圆同心，且限位环2竖面11内径大于顶盖6法兰外圆半径；限位环2立面10内径与顶盖6法兰外圆同心，且限位环2立面10内径大于限位环2竖面11内径。在轴向方向上，限位环2下平面8与顶盖6法兰间留有一定间隙，用于安装栓块3。如图5所示，栓块3的剖面为直角形状，俯视为扇形结构，栓块3竖直面12内径与顶盖6法兰外圆同心，且栓块3竖直面12内径小于顶盖6法兰外圆半径；栓块3立直面13内径与顶盖6法兰外圆同心，且栓块3立直面13内径大于顶盖6法兰外圆半径；栓块3外圆面14与顶盖6法兰外圆同心，且栓块3外圆面14半径小于限位环2立面10内径；栓块3置于限位环2下平面8下面，通过限位环2的凹槽处装入，并沿圆周方向旋入限位环2下平面8下面。在轴向方向上，栓块3上平面9低于限位环2下平面8；栓块3上平面9与限位环2下平面8的间隙小于橡皮圆7密封压紧厚度。栓块3的具体数量及尺寸依据机组的结构形式和受力状况确定。当螺母4正常工作时，螺杆5的预紧力通过螺母4作用在顶盖6上。当螺母4发生松动时，安全防护装置开始起作用。此时顶盖6在水推力作用下沿轴向向上移动，推动栓块3随之上移，由于限位环2的限位作用，使顶盖6仅能产生微小的轴向位移。由于此位移小于顶盖6与座环1间橡皮圆7的密封压紧厚度，密封仍发挥作用。从而，保证水电机组在螺母4发生松动，导致顶盖6与座环1间失去有效的机械连接时，机组仍能安全运行。