水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置及模拟方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107328670A(43)申请公布日2017.11.07(21)申请号201710611329.5(22)申请日2017.07.25(71)申请人河海大学地址211100江苏省南京市江宁区佛城西路8号(72)发明人葛新峰陈慧楠张昌振徐旭水旭峰刘阳李静(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人董建林张赏(51)Int.Cl.G01N3/36(2006.01)G01M7/04(2006.01)G01N3/08(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图10页(54)发明名称水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置及模拟方法(57)摘要本发明公开了一种水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置及模拟方法，包括水轮机顶盖、顶盖螺栓、顶盖支撑轴、液压筒、液压推动环、液压套筒联接管道和液压推动杆，液压筒包括液压大套筒和液压小套筒，液压大套筒和液压小套筒之间通过液压套筒联接管道连通，液压推动杆在液压小套筒内，液压推动环在液压大套筒内，通过施加载荷于液压推动杆的顶端端面，使液压小套筒中液压推动杆向上或向下运动，液压油经液压套筒联接管道迫使液压大套筒中的液压油向液压推动环中流动，进而推动液压推动环轴向运动。本发明可模拟不同振动频率、不同冲击载荷，水轮机顶盖联接螺栓的振动情况，为避免螺栓因疲劳失效而导致严重事故提供理论基础。CN107328670ACN107328670A权利要求书1/2页1.水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置，其特征在于，包括水轮机顶盖、顶盖螺栓、顶盖支撑轴、液压筒、液压推动环、液压套筒联接管道和液压推动杆；所述液压筒包括液压大套筒和液压小套筒；所述水轮机顶盖以水电站水轮机顶盖实际模型按比例缩小而得；所述液压大套筒为长方形，其内开设圆形通孔，形成筒状；所述顶盖支撑轴位于液压大套筒的中心位置，水轮机顶盖由液压大套筒四周环壁和顶盖支撑轴支撑，液压大套筒四周环壁和水轮机顶盖之间通过顶盖螺栓按照固定预紧力旋紧；所述液压推动环在液压大套筒内，顶盖支撑轴置于液压推动环，液压推动环通过与液压大套筒配套的密封环与液压大套筒四周环壁联接，在液压大套筒的筒壁上开设液压套筒联接管道口；所述液压小套筒为长方形，其内开设圆形通孔，形成筒状，所述液压推动杆在液压小套筒内，通过与液压小套筒配套的密封环与液压小套筒四周环壁联接，在液压小套筒的筒壁上开设液压套筒联接管道口；所述液压大套筒和液压小套筒之间通过液压套筒联接管道连通；所述液压大套筒、液压小套筒和液压套筒联接管道内注入液压油；通过施加载荷于液压推动杆的顶端端面，使液压小套筒中液压推动杆向上或向下运动，液压油经液压套筒联接管道迫使液压大套筒中的液压油向液压推动环中流动，进而推动液压推动环轴向运动；通过改变液压推动杆的运动规律即可改变液压推动环的轴向运动形式，从而模拟实际工况下水轮机顶盖螺栓的受迫振动工况。2.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置，其特征在于，所述水轮机顶盖由水轮机顶盖上环板，下腹板，外圆筒和径向肋板构成。3.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置，其特征在于，所述顶盖螺栓由螺母和双头螺柱构成。4.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置，其特征在于，所述顶盖支撑轴为一圆柱体和柱体上一体铸造的圆环，所述圆环使圆柱体和推动环之间形成间隙，使得推动环上下运动。5.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置，其特征在于，通过改变液压推动杆的运动速度可实现改变液压推动环的轴向振动频率的受迫振动工况。6.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置，其特征在于，通过改变施加在液压推动杆上的轴向载荷可获得不同冲击载荷下水轮机顶盖螺栓的受迫振动工况。7.基于权利要求1至6任意一项所述的水轮机顶盖螺栓液压式疲劳实验模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将顶盖螺栓在万能试验机上进行静力学拉伸实验测量其初始屈服强度、初始极限强度、初始弹性模量；（2）确定需要模拟的振动类型，确定液压小套筒中液压推动杆的轴向运动幅度值，确定液压推动杆端面所受的载荷大小，确定液压推动杆的运动速度；采用标准扭矩扳手对所有顶盖螺栓进行旋紧；（3）将整个实验模拟装置竖直放置在水平基准平台之上；（4）选取载荷施加在液压推动杆的顶端端面，调整实验所需要的液压推动杆行程，在外在载荷的作用下，控制液压推动杆在液压小套筒中轴向往复运动，运行稳定1小时后，卸下所施加的载荷，使用标准扭矩扳手旋下顶盖螺母，拆下螺栓，在万能试验机上对顶盖螺栓进2CN107328670A权利要求书2/2页行静拉伸实验测量螺栓的剩余屈服强度、剩余极限强度、剩余弹性模量；（5）在使用同一大小