一种水轮机组的顶盖螺栓试验方法与流程

本申请涉及抽水蓄能电站，尤其涉及一种水轮机组的顶盖螺栓试验方法。

背景技术：

1、顶盖和底环结构是水泵水轮机组的重要结构部件，通常采用连接螺栓把合，起到保证顶盖和座环结构间不发生相对位移、不漏水的作用。对于大型抽水蓄能机组，连接螺栓数量多，尺寸大，强度高，与通用机械中的连接螺栓差别较大。连接螺栓通常采用力矩扳手或液压拉伸器预紧，在机组工作状态下，同时又受到来自顶盖与转轮间的水推力作用。

2、由于水泵水轮机组运行工况多，顶盖螺栓受到力的方向和大小差异较大，容易发生疲劳断裂。一旦顶盖螺栓发生断裂，将导致水淹厂房等重大事故，造成巨大损失。当前对顶盖螺栓进行疲劳寿命的预估试验主要通过计算和有限元模拟结合进行，但有限元模拟在真实模拟实际的螺栓受力情况的准确度不高，影响顶盖螺栓的疲劳预测寿命结果。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提出一种水轮机组的顶盖螺栓试验方法，以改善现有技术中顶盖螺栓疲劳寿命预测结果不准确的问题。

2、基于上述目的，本申请提供了一种水轮机组的顶盖螺栓试验方法，所述水轮机组包括顶盖和底环，所述顶盖和所述底环通过多组螺栓件连接，所述水轮机组被所述螺栓件均匀分隔形成多组螺栓连接单元，每一所述螺栓连接单元包括一顶盖子单元、底环子单元和螺栓件；

3、所述方法包括：

4、确定水轮机组的结构缩放比例，将按照结构缩放比例缩放后的至少一组螺栓连接单元作为试验工装，所述试验工装被配置为夹持在试验平台中；

5、控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作；

6、根据螺栓件断裂时施加载荷工作的重复次数确定该螺栓连接单元的疲劳寿命。

7、进一步地，所述控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作，包括：

8、确定水轮机组在不同工况下的实际工作时间，其中，螺栓连接单元在不同工况对应受到的施加载荷不同；

9、根据实际工作时间和时间缩放比例确定水轮机组的模拟工作时间；

10、控制试验平台分别按照不同工况的模拟工作时间进行施加载荷工作。

11、进一步地，所述水轮机组包括发电工况和抽水工况，所述控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作，包括：

12、控制试验平台按照发电工况和抽水工况对应的模拟工作时间穿插交替进行施加载荷工作。

13、进一步地，所述控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作，包括：

14、获取水轮机组在目标工况下的承受载荷；

15、根据水轮机组的承受载荷和螺栓连接单元的数量确定试验工装的预设载荷；

16、控制试验平台按照目标工况下的模拟工作时间对试验工装施加预设载荷。

17、进一步地，所述根据水轮机组的承受载荷和螺栓连接单元的数量确定试验工装的预设载荷，包括：

18、获取安全修正系数，所述安全修正系数为大于1的常数；

19、根据水轮机组的承受载荷、结构缩放比例、安全修正系数和螺栓连接单元的数量确定试验工装的预设载荷。

20、进一步地，所述试验工装的预设载荷按照以下公式计算得到：

21、

22、其中，f为每个螺栓连接单元的预设载荷；n为安全修正系数；k为结构缩放比例；m为螺栓连接单元的总数量；f为水轮机组实际承受载荷。

23、进一步地，所述根据螺栓件断裂时施加载荷工作的重复次数确定该螺栓连接单元的疲劳寿命，包括：

24、确定水轮机组每日的实际启停次数，其中，每一工况分别对应至少一次启停；

25、根据螺栓件断裂时施加载荷工作的重复次数和总启停次数确定该螺栓连接单元的疲劳寿命，所述总启停次数为所有工况的启停次数之和。

26、进一步地，所述螺栓连接单元的疲劳寿命按照以下公式计算得到：

27、

28、其中，a为该螺栓连接单元的疲劳寿命；d为平均每年该水轮机组的运行天数；l为螺栓件断裂时施加载荷工作的重复次数；s为水轮机组每日的实际启停次数。

29、进一步地，所述发电工况包括发电空载子工况和发电满载子工况，所述抽水工况包括抽水空载子工况和抽水满载子工况。

30、进一步地，所述顶盖子单元和所述底环子单元上分别构造有夹持端，所述夹持端用于与所述试验平台连接；所述控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作，包括：

31、控制试验平台通过所述夹持端对所述试验工装进行施加载荷工作。

32、从上面所述可以看出，本申请提供的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，选取水轮机组的一组螺栓连接单元作为试验工装进行试验工作，由于按照结构缩放比例缩放后的螺栓连接单元作为作为单一样本进行测试工作，相比于水轮机组的顶盖底环整体取样，有利于降低操作难度，无需进行多次取样即可进行螺栓疲劳寿命的测试，有利于简化试验过程；此外，对于该螺栓连接单元，可以进行多次变载荷的测试工作，从而可以在试验过程中进行调整疲劳系数，有利于保证测试精度和准确性。

技术特征：

1.一种水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于，所述控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作，包括：

3.根据权利要求2所述的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于，所述水轮机组包括发电工况和抽水工况，所述控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作，包括：

4.根据权利要求2所述的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于，所述控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作，包括：

5.根据权利要求4所述的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于，所述根据水轮机组的承受载荷和螺栓连接单元的数量确定试验工装的预设载荷，包括：

6.根据权利要求5所述的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于，所述试验工装的预设载荷按照以下公式计算得到：

7.根据权利要求1所述的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于，所述根据螺栓件断裂时施加载荷工作的重复次数确定该螺栓连接单元的疲劳寿命，包括：

8.根据权利要求7所述的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于，所述螺栓连接单元的疲劳寿命按照以下公式计算得到：

9.根据权利要求3所述的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于，所述发电工况包括发电空载子工况和发电满载子工况，所述抽水工况包括抽水空载子工况和抽水满载子工况。

10.根据权利要求1所述的水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其特征在于，所述顶盖子单元和所述底环子单元上分别构造有夹持端，所述夹持端用于与所述试验平台连接；所述控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作，包括：

技术总结
本发明提供了一种水轮机组的顶盖螺栓试验方法，其中，所述水轮机组包括顶盖和底环，所述顶盖和所述底环通过多组螺栓件连接，所述水轮机组被所述螺栓件均匀分隔形成多组螺栓连接单元，每一所述螺栓连接单元包括一顶盖子单元、底环子单元和螺栓件；所述方法包括：确定水轮机组的结构缩放比例，将按照结构缩放比例缩放后的至少一组螺栓连接单元作为试验工装，所述试验工装被配置为夹持在试验平台中；控制试验平台对所述试验工装重复进行施加载荷工作；根据螺栓件断裂时施加载荷工作的重复次数确定该螺栓连接单元的疲劳寿命。本发明提供的顶盖螺栓试验方法，能够简单高效的表征顶盖螺栓的疲劳寿命，有助于为抽水蓄能电站的检修和运维提供决策支持。

技术研发人员：徐亚鹏,赵强,倪晋兵,赵毅锋,曹佳丽,周攀,韩文福,周健,王佳彬,郭鹏
受保护的技术使用者：国网新源集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17