基于PD-STFA的水轮机顶盖联接螺栓疲劳寿命计算方法研究

摘要

水轮机顶盖联接螺栓在运行过程中长期承受交变荷载,由此导致的疲劳损伤造成了多次重大事故,因而有必要对其疲劳寿命计算方法进行深入研究,以提高顶盖联接螺栓疲劳寿命计算的准确性。针对以上问题,提出了一种基于功率密度与短时傅里叶分析(PD-STFA)相结合的水轮机顶盖联接螺栓疲劳寿命计算方法,重点研究加载频率和变幅荷载的耦合作用对顶盖联接螺栓疲劳寿命影响。首先采用有限元法计算出联接螺栓的危险截面位置和应力;其次采用基于应变的中空压力传感器测得螺栓头部接触面平均应力,并根据广义胡克定律将实测得到的螺栓头部接触面平均应力转换为危险截面的受力;最后基于线性损伤累积理论,采用基于PD-STFA方法与传统雨流计数法分别计算顶盖联接螺栓疲劳寿命。计算结果表明,基于PD-STFA方法计算顶盖联接螺栓疲劳寿命为1.966×105h,传统雨流计数法为4.113×105h。根据对电站用户调研,基于PD-STFA方法计算结果更接近螺栓实际工作寿命30 a左右,能够更准确地预测水轮机顶盖联接螺栓的疲劳寿命,为水轮机安全稳定运行提供理论保障。