基于ANSYS Workbench的水轮机顶盖螺栓有限元分析

赵俊杰，余 波，欧 前，苏 婷，王 懿

(西华大学流体及动力机械教育部重点实验室，四川 成都 610039)

某电站控制流域面积76 130 km2，多年平均流量1 500 m3/s。大坝为混凝土重力坝，最大坝高85.6 m，电站设计水头48.00 m，最大水头53.08 m，最小水头34.70 m。总库容3.1×108m3，水电站装机容量770 MW，保证出力179 000 kW，多年平均发电量34.2×108kW·h。水轮机顶盖与座环之间的联接螺栓对保证水轮机安全稳定运行具有重要作用。2009年俄罗斯萨扬电站发生的厂毁人亡事故，其事故主要原因之一就是水轮机顶盖与座环之间的联接螺栓失效。2016年国内某电站水淹厂房事故也是水轮机顶盖联接螺栓因强度不足，断裂所致。类似于此种事故的多次出现，也引起了中国相关行业的高度关注[1]。因此，开展水轮机顶盖与座环之间的联接螺栓的强度分析十分必要。在国内，河海大学研究了轴流式水轮机内外顶盖螺栓的强度分析，得出螺栓的平均应力和危险截面的位置[2]。程帅等[3]研究了受大脉冲的端盖法兰构型的螺栓预紧力的设计原理，发现了螺栓预紧力和脉冲载荷对螺栓总体的拉伸变形量存在最小的极值点。Wang等[4]通过应力分布分析，建立了相互作用刚度模型，研究了相互作用刚度对螺栓预紧力变化的影响。Wang等[5]提出了一种微型螺钉张力测量与控制方法，并对微型螺钉的拧紧过程进行了研究。此次的研究内容为：建立的顶盖、座环及其联接螺栓三维模型；采用有限元计算软件进行网格划分；加载水压力、螺栓预紧力、各部件重力等荷载，根据相关行业标准对计算结果进行刚强度分析。……