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                    水輪發電機組上機架應力分析

                    分類:應力應變測試    關鍵詞:應力分析

                    某水電站已經運行了40余年,期間經歷了多次機組改造以及數字模擬分析,但均未對機組上機架進行有效的應力分析。上機架作為水輪發電機組重要的部件之一,不僅要承受機組轉動部分的全部重量、機架自重等引起的靜載荷;而且在機組運行過程中,還將受到軸向水推力等引起的交變動載荷,這將給機組安全運行帶來潛在的隱患。本文對電站上機架的典型工況下作了應力應變測試研究,分析了上機架改造后是否滿足剛強度要求,這為下一步上機架的疲勞強度校核奠定了基礎。

                    該電站發電機組額定容量40MW,額定轉速500r/min,飛速轉速820r/min,設計水頭290m,設計流量17.5m3/s,設計出力45.8MW。

                    使用儀器

                    儀器采用聚航科技生產的JHDY動態應變儀,多通道選擇,所有通道同步采樣。軟件式操作,測試數據實時顯示,自動保存,自動生成報表。

                    測試內容

                    采用電阻應變法對水輪發電機組上機架進行了現場應力分析,測試點共有5個。其中1-4號測試點均在上機架4號支腿上的腹板上。由于機組是旋轉機械,四條支腿受力是相同的,因此選擇了一個支腿。5號測試點選擇了上機架頂端1號支腿與4號支腿的角平分線上。這是因為在應力分析中,不僅要考慮到支腿上受到應力情況,還要考慮到上機架頂端平面的應力情況。

                    水輪發電機組上機架.png

                    上機架材料為Q235鋼,彈性模量為210GPa,泊松比為0.3?,F場測試選擇工況;轉子頂起、靜態載荷、空載運行、發10MW、發20MW、發30MW、發40MW以及發42MW。

                    測試結果與分析

                    根據測試點1-5數據可知,測試點1-4的應力變化趨勢基本相似,且均表現為壓縮應力,反映了上機架支腿肋板被擠壓的承力現象。同時在所有工況下測試點1應力均為*大值,達到64.592MPa??梢源_定整個上機架應力*大處出現在四個支腿的肋板拐點,與資料中提到的上機架應力集中位置相似。因此,該點要求材料剛強度大,也是容易發生形變甚至出現裂紋。

                    測試點5表現為拉伸應力,反映了上機架上圓盤主要承受軸向向下的拉力。根據數據可知,該點的*大應力為12.817MPa,小于其他測試點應力,因此上機架上圓盤不是主要應力承受位置,在剛強度分析中也相對安全。

                    當機組由靜止到空載工況時,應力沒有明顯增加。結果表明機組在不帶負荷條件下,機組轉動對上機架應力影響較??;當機組從空載工況到負荷工況時,應力顯著提升,其原因可能是機組帶負荷時,軸向水推力對上機架所承受應力影響很大。

                    結論

                    在擬定的典型工況下,上機架各測試點應力變化具有小負荷變化梯度較大,大負荷區變化平緩的特性;應力集中發生在上機架支腿肋板拐點,*大應力達到64.592MPa,安全系數為3.6,符合脆性材料的強度要求;為進一步校核疲勞強度奠定了基礎。


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