汽轮机轴系联轴器螺栓强度分析.pdf

内蒙古电力技术
INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER
2010年第28卷第1期
汽轮机轴条联轴器螺栓强度分析
Analysis of Bolt Strength to Turbine Shafting Coupling Device
叶海文,赵宇珉,刘志会
(华北电力大学,北京102206)
摘要]从螺栓伸长量入手对低发联轴器螺栓进行强度校核分析,根据第强度理论推导
出螺栓的强度条件及安全准则。对国华锦界电厂600MW机组低发联轴器螺栓进行强度校
核,通过计算不同伸长量下螺栓的剪切应力与合应力,给出了螺栓仲长量的安全推荐值为
0.6-0.7mm。分析计算结果得出:螺栓伸长量过大,会产生过高的合应力,容易造成疲劳损坏;
仲长量过小,会増加螺栓承受的剪切应力,导致螺栓弯曲变形。额定工况下,螺栓仲长量的安
全范国为确保合应カ小于拉压许用应カ、剪切应力小于剪切许用应力的伸长量范国。为防止
扭振故障时造成过大的螺栓损耗,在安全范国内应尽量选取高的仲长量。
关键词]汽轮机;轴系;联轴器螺栓;仲长量;强度校核
文献标志码]A
文章编号]1008-6218(2010)01-0012-03
汽轮发电机组运行时,由于联轴器螺栓安装时比能达到与材料性质有关的某一极限值,材料就发
所选择的伸长量不同,螺栓可能仅受拉应力或同时生屈服。由第四强度理论得屈服准则为
承受拉应力与剪切应力的作用。在正常运行时,一般
选取的伸长量使螺栓只承受拉应力,由联轴器对轮
2(o--)+(のーの)+(の-の)]=o.,(1)
间的摩擦力传递扭矩,这样只需校核螺栓拉应力便式中び,为材料的屈服极限应力,1、2、3为3个主
可确定安全准则;而在扭振故障时,螺栓强度则取决应力,r1为数值最大的主应力,3为数值最小的主
于螺栓拉应力与剪切应力的相互作用。以往,联轴器应力。以许用应力r'代替屈服极限应力,则按第四
螺栓的预紧力只是以螺栓材料屈服极限的10%~强度理论建立的强度条件为:
20%来确定,尽管以这种方法确定的螺栓受到的拉
应力远小于其屈服极限.在正常运行时并无安全隐
2(orーの1)+(のーの)+(のーの)月≤r'。(2)
患,但在轴系发生扭振故障时,螺栓很可能由于过大
联轴器螺栓受力为二向应力状态,设螺栓所受
的剪切应力而损坏。本文以第四强度理论为基础,分轴向拉应力为。,横截面所受切应力为ァ,根据螺栓
析联轴器螺栓伸长量(预紧力)对螺栓强度的影响,二向应力状态2”得:
探讨通过选取合适的螺栓伸长量使合应力及剪切应
力均在安全范围内的方法.以确保螺栓在扭振故障
时也能稳定运行。
螺栓强度条件
将(3)式代入(2)式,得:
第四强度理论认为形状改变比能是引起屈服的
V-+3r≤r。
主要因素.即认为无论什么应力状态,只要形状改变
收稿日期]2009-08-12;『修改日期]2009-12-31
作者简介]叶海文(1985-),男,甘肃人,在读硕士研究生,从事汽轮发电机组轴系扭振方面的研究工作。
2010年第28卷第1期
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(4)式是按照第四强度理论得出的螺栓强度条传递扭矩,螺栓只受拉应力作用,只需校核其拉应力
件,即螺栓所受的合应力应不大于螺栓材料的拉压强度,即
许用应力。
T1≤o
2.4.2最大静摩擦カ小于扭力
2螺栓静强度校核
当☆F时,联轴器两半对轮之间的摩擦力只能
传递一部分扭矩,另一部分扭矩则需要由螺栓承担,
2.1预紧力
此时螺栓将受到剪切应力作用。设每个螺栓传递的
设螺栓伸长量为△l,螺栓的有效长度为,螺栓力为F,螺栓的直径为d,螺栓承受的剪切应力为
的轴向应变为:
r,则由力的平衡可得
△l
(5)
F-f=NF
(12
同时
根据胡克定律,螺栓伸长△所受的拉应力1为:
(13)
o=Ee
(6
螺栓所受预紧力为
从而可以算出联轴节处螺栓的剪切应力为
Fo =o,Ar= e
(7)
(14
式中E一材料的弹性模量
2.5螺栓安全准则
A1一螺栓横截面积
考虑螺栓所受拉应力与传递扭矩时所受剪应力
d一螺栓有效直径
的综合作用,由第四强度理论得出材料的合应力为
2.,2最大静摩擦力
o=Vo2+372
(15)
正常情况下,联轴器所传递的功率依靠两半联从而得出安全准则为:
轴器间的静摩擦力传递,若结合面内的摩擦力足够
0=
3rb≤
大,则被连接件之间不会发生相对滑移。在不发生滑
(16)
移情况下的最大静摩擦力∫为
即螺栓所受扭应力应当小于螺栓材料的扭转许用应
f =nolo
(8
力,合应力应当小于螺栓材料的拉压许用应力。
式中A一两半联轴器间的最大静摩擦系数,0.15
no一联轴器上安裝的螺栓数量
2.3扭力
3应用实例分析
在额定工况下,机组功率为600MW时,低压缸
与发电机联轴器处传递的扭矩为
以锦界电厂600MW机组低发联轴器为例,进
行联轴器螺栓静强度校核,螺栓的相关尺寸如表1
M
9.55P
.Tn
9)所示,螺栓材料的性能参数如表2所示。
表1锦界电厂1号机组轴系低发对轮螺栓相关参数
式中P一轴系传递的功率,600MW;
螺栓位置螺栓数量个有效长度mm有效直径/mm、伸长量/mm
一轴系角速度,rad/s
低发对轮
415
46
0.62
n一轴系转速,rmin
表225Cr2MoV常温下的性能参数
在发生扭振故障时,低压缸与发电机联轴器参数名称数位参数名称改位
处传递的扭矩可以通过计算轴系扭振响应求出。
弹性模量/GPa
211
强度极限MPa
83.6
设低发联轴器螺栓节圆半径为R,则联轴器所
剪切模量GPa
安全系数
面收缩率優50拉压许用应力AP37275
有螺栓承受的扭力为
屈服极限/MPa
745.5剪切许用应力AMPa
F=M R
2.4不同受力情况下的螺栓强度校核
机组在600MW的额定工况下,根据公式(5)
2.4.1最大静摩擦力大于扭力
(15),计算不同伸长量下螺栓的各项受力值,结果如
当F时,联轴器靠两半对轮之间的摩擦力来表3所示。
由表3可以看出:螺栓伸长量在0.3~0.7mm