本發(fā)明涉及水輪發(fā)電設(shè)備技術(shù)，尤其涉及一種混流式水輪機(jī)承重支架疲勞壽命測試分析方法。
背景技術(shù)：
在水力發(fā)電機(jī)組中，機(jī)組承重支架承受著機(jī)組所有轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量及軸向水推力等，機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量通常在500噸以上，軸向水推力也可高達(dá)上千噸，機(jī)組設(shè)計壽命要求在30年以上，如此大的載荷長時間作用于承重支架上，而且部分為循環(huán)載荷，對支架的疲勞壽命提出了較高的要求。目前，國際知名的水電機(jī)組設(shè)計制造商阿爾斯通、東芝水電、福伊特水電等均采用數(shù)值分析法進(jìn)行理論計算分析機(jī)組支架壽命，而理論計算存在大量的簡化及與實際不符的特征，很難準(zhǔn)確計算機(jī)組支架的疲勞壽命。
公開技術(shù)中對疲勞壽命損耗評估有多種方法，如專利公開號為cn104236915a，一種用于發(fā)電機(jī)組軸系-葉片扭振疲勞壽命損耗評估方法及系統(tǒng)，可對汽輪發(fā)電機(jī)組的安全性進(jìn)行評價，根據(jù)發(fā)電機(jī)組軸系-葉片實際結(jié)構(gòu)，建立了機(jī)組軸系-葉片耦合振動模型；通過監(jiān)測發(fā)電機(jī)三相電流、電壓和轉(zhuǎn)速，計算發(fā)電機(jī)電磁力矩和汽輪機(jī)蒸汽力矩；并對振動響應(yīng)、模型各質(zhì)量塊之間的相對位移、軸系危險截面扭應(yīng)力響應(yīng)和葉片危險點應(yīng)力響應(yīng)進(jìn)行了計算；最后根據(jù)轉(zhuǎn)子材料的扭轉(zhuǎn)s-n曲線和葉片材料的s-n曲線，計算轉(zhuǎn)子和葉片危險點的疲勞壽命損耗。又如專利公開號為cn103605329a設(shè)計的一種火力發(fā)電機(jī)組重要部件的累積低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)視與控制方法，步驟是讀取火力發(fā)電機(jī)組在線測點數(shù)據(jù)；計算重要部件的熱應(yīng)力；計算重要部件的機(jī)械應(yīng)力；計算重要部件的復(fù)合應(yīng)力；計算重要部件的等效應(yīng)力；確定三個復(fù)合應(yīng)力的最大應(yīng)力；確定三個復(fù)合應(yīng)力的最小應(yīng)力；計算重要部件的實數(shù)域等效應(yīng)力；劃分具有相同正負(fù)號的應(yīng)力時段；確定σij≥0時段的峰值應(yīng)力等。
目前這些對常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組部件疲勞壽命分析的專利及論文較多，而對水力發(fā)電機(jī)組重要部件疲勞壽命分析的方法則十分鮮見。隨著大氣及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，水力發(fā)電這種清潔能源逐漸被國家所重視，水力機(jī)組的發(fā)電時間在逐年增加，對承重支架進(jìn)行疲勞壽命分析也成為必要的工作。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決水力發(fā)電機(jī)組重要支撐部件疲勞壽命分析的問題，提供一種與實際相符、真實有效的混流式水輪機(jī)承重支架疲勞壽命測試分析方法。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種混流式水輪機(jī)承重支架疲勞壽命測試分析方法，其特征包括：
1)根據(jù)混流式水輪機(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)形式確定主要承重支架。
2)測量承重支架表面處的應(yīng)變。
3)根據(jù)水輪機(jī)推力軸承位置及承重支架結(jié)構(gòu)，布置測點，保證測點處得到較大應(yīng)變。
4)停機(jī)狀態(tài)下，頂起機(jī)組轉(zhuǎn)動部分，獲取機(jī)架受機(jī)組轉(zhuǎn)動部件重力時的應(yīng)變值，該值在排除轉(zhuǎn)輪浸沒在尾水中產(chǎn)生的浮力和活塞效應(yīng)后，求得機(jī)架實際受力情況。
5)對啟動、帶負(fù)荷、甩負(fù)荷及停機(jī)過程進(jìn)行應(yīng)變測量，然后進(jìn)行承重支架受力計算。
6)利用循環(huán)計數(shù)法將每一種工況的載荷-時間歷程進(jìn)行計數(shù)，同時統(tǒng)計各種工況運行時間，獲得支架材料s-n曲線。
7)根據(jù)工況、載荷譜及s-n曲線，按照線性累積損傷計算支架疲勞壽命。
作為優(yōu)選，所述的主要承重支架確定方式是：傘式機(jī)組為下機(jī)架，懸式機(jī)組為上機(jī)架。
作為優(yōu)選，所述的測量承重支架表面處的應(yīng)變所采用的方法有：應(yīng)變片電測法、光纖光柵檢測法。電測法具有測量靈敏度和精度高、測量范圍廣，頻率響應(yīng)好等優(yōu)點，便于與計算機(jī)聯(lián)結(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，易于實現(xiàn)數(shù)字化、自動化及無線電遙測。光纖光柵檢測法具有抗電磁干擾、電絕緣性能好、化學(xué)性能穩(wěn)定、傳輸容量大、測量值空間分辨率高等優(yōu)點。
作為優(yōu)選，根據(jù)水輪機(jī)推力軸承位置及承重支架結(jié)構(gòu)，布置測點時，在每條承重支架腿上或間隔支架腿腹板上布置測點，測點布置在與推力軸承相同的平面上，且同一位置最少布置2個測點。
作為優(yōu)選，所述的停機(jī)狀態(tài)下，采用高壓油泵或風(fēng)閘頂起機(jī)組轉(zhuǎn)動部分，使得機(jī)組轉(zhuǎn)動部分離開承重機(jī)架。
作為優(yōu)選，所述的轉(zhuǎn)輪浸沒在尾水中產(chǎn)生的活塞效應(yīng)按照軸封與下游水位產(chǎn)生的壓力差計算。
作為優(yōu)選，所述的帶負(fù)荷過程進(jìn)行應(yīng)變測量時，根據(jù)機(jī)組實際情況，負(fù)荷在50～100％p機(jī)組，測試過程必須包含機(jī)組額定負(fù)荷；甩負(fù)荷是甩100％p機(jī)組。
作為優(yōu)選，所述的利用雨流計數(shù)法進(jìn)行載荷-時間歷程計數(shù)。雨流計數(shù)法對載荷的時間歷程進(jìn)行計數(shù)的過程反映了材料的記憶特性，具有明確的力學(xué)概念，其突出特點是根據(jù)所研究材料的應(yīng)力-應(yīng)變之間的非線性關(guān)系來進(jìn)行計數(shù)，亦即把樣本記錄用雨流法定出一系列閉合的應(yīng)力-應(yīng)變滯后環(huán)。
作為優(yōu)選，所述的支架材料s-n曲線置信度在90％以上。
作為優(yōu)選，所述的利用經(jīng)典miner法則，按照線性累積損傷計算支架疲勞壽命。miner法則可以認(rèn)為是線性損傷、線性累積循環(huán)比理論,其大量的實驗結(jié)果(特別是隨機(jī)譜試驗)顯示臨界疲勞損傷dcr的均值確實接近于1。
本發(fā)明的有益效果是：合理選擇主要承重支架并布置測點，通過不同時間點位、不同負(fù)荷過程進(jìn)行應(yīng)變測量，能夠快速、準(zhǔn)確地測得混流式水輪機(jī)組承重支架實際受力值，更加真實有效地對承重支架進(jìn)行疲勞壽命評估，提高了承重支架疲勞壽命分析的準(zhǔn)確度。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一種流程框圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
參見圖1，本實施例一種混流式水輪機(jī)承重支架疲勞壽命測試分析方法，包括以下步驟：
一、根據(jù)混流式水輪機(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)形式確定主要承重支架，傘式機(jī)組選下機(jī)架，懸式機(jī)組則為上機(jī)架，布置測點時，根據(jù)水輪機(jī)推力軸承位置及承重支架結(jié)構(gòu)，布置測點，以保證測點處得到較大應(yīng)變；在每條承重支架腿上或間隔支架腿腹板上布置測點，測點布置在與推力軸承相同的平面上，且同一位置最少布置2個測點，采用應(yīng)變片電測法，粘貼電阻應(yīng)變片到相關(guān)測點。
二、測量承重支架表面處的應(yīng)變。停機(jī)狀態(tài)下，采用高壓油泵或風(fēng)閘頂起機(jī)組轉(zhuǎn)動部分，使機(jī)組轉(zhuǎn)動部分離開承重支架，得到機(jī)架受機(jī)組轉(zhuǎn)動部件重力時的應(yīng)變值，記錄各應(yīng)變片應(yīng)變ε1*……εn*，計算平均應(yīng)變
三、應(yīng)變值在排除轉(zhuǎn)輪浸沒在尾水中產(chǎn)生的浮力和活塞效應(yīng)后，求得機(jī)架實際受力情況。(1)計算轉(zhuǎn)輪受到的浮力：fr＝mgv，其中m為轉(zhuǎn)輪質(zhì)量；v為轉(zhuǎn)輪體積。(2)計算由于轉(zhuǎn)輪浸沒在尾水中產(chǎn)生的活塞效應(yīng)力，fp＝ρ水g(h1-h2)πr2，h1為下游水位，h2為軸封高度，r為軸封半徑。即轉(zhuǎn)輪浸沒在尾水中產(chǎn)生的活塞效按照軸封與下游水位產(chǎn)生的壓力差計算所得。(3)計算停機(jī)狀態(tài)下的機(jī)架受力：f*＝mg-(fr+fp)，m為機(jī)組轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量。
四、測試啟動、帶負(fù)荷、停機(jī)、甩負(fù)荷下的支架應(yīng)變ε，利用雨流計數(shù)法進(jìn)行載荷-時間歷程計數(shù)，即統(tǒng)計第i級載荷的循環(huán)次數(shù)ni*，結(jié)合一個月工況統(tǒng)計，計算第i級載荷的循環(huán)次數(shù)ni。其中，帶負(fù)荷過程進(jìn)行應(yīng)變測量時，根據(jù)機(jī)組實際情況，負(fù)荷在50～100％p機(jī)組，(p為機(jī)組額定功率)，測試過程必須包含機(jī)組額定負(fù)荷；甩負(fù)荷是甩100％p機(jī)組。
五、利用循環(huán)計數(shù)法將每一種工況的載荷-時間歷程進(jìn)行計數(shù)，同時統(tǒng)計各種工況運行時間，計算各工況下機(jī)架受力：f＝f*(ε/ε*)，根據(jù)支架材料，選擇置信度90％以上的s-n曲線，計算載荷fi下的ni。
六、根據(jù)工況、載荷譜及s-n曲線，按照線性累積損傷計算支架疲勞壽命。利用miner法則計算損傷
另外，測量承重支架表面處的應(yīng)變所采用的方法還有光纖光柵檢測法。
上述實施例是對本發(fā)明的說明，不是對本發(fā)明的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可以作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。