负载波动下组合转子拉杆螺栓自松驰问题研究

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作为现代燃气轮机的核心部件,拉杆组合转子的性能退化研究对于保障整机的安全可靠运行是十分必要的。拉杆组合转子由拉杆螺栓预紧组合而成,因此,组合转子的性能退化与拉杆螺栓的联接可靠性息息相关。拉杆螺栓的自松弛现象是影响联接可靠性的主要原因之一,而交变横向载荷是引起自松弛问题的关键因素。因此,本文针对交变横向载荷下拉杆螺栓的自松弛问题,进行相关研究,具体内容如下:  首先,根据燃气轮机在运行中出现负载波动的实际情况,分析了组合转子中拉杆螺栓的载荷变化规律,发现拉杆螺栓在运行中受到的横向载荷也会出现交变,尤其在转速变化时所受横向载荷会发生突变。随后,分析了交变横向载荷对拉杆螺栓力学行为的影响,确定交变横向载荷是拉杆螺栓自松弛的关键因素。  其次,运用ANSYS软件参数化建立拉杆螺栓螺纹三维有限元模型,基于该模型进行拉杆螺栓纯预紧模拟,得到螺纹负载分布及接触应力分布,验证了模型的合理性。并发现拉杆螺栓在服役运行中性能退化的脆弱部位为螺栓的第一节螺纹处及螺母支承面。  再次,在交变横向载荷下,基于拉杆螺栓模型,结合多种不同的工作情况,分析拉杆螺栓预紧力变化、螺母旋松退绕、啮合螺纹之间接触应力变化及微滑移累积状况,从宏观和微观的角度,全面分析交变横向载荷作用下拉杆螺栓的自松弛问题。并分析横向微动位移与横向剪切力的关系变化,得到了拉杆螺栓自松弛规律的直观描述。  最后,通过实验研究交变横向载荷下螺栓联接的预紧力变化及螺母旋松累积,验证了有限元分析所得规律的正确性。  以上研究结论一方面发展了组合转子拉杆螺栓的建模方法;另一方面对组合转子的优化设计、可靠性分析、以及性能退化监测具有一定的价值。
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