高水头大容量水轮机顶盖固定结构的制作方法

1.本实用新型涉及水轮机技术领域，尤其是涉及高水头大容量水轮机顶盖固定结构。


背景技术：

2.水轮发电机组运行时，水轮机顶盖承受机组运行时的水压，大型高水头抽水蓄能机组顶盖经过几十年的发展和技术进步可达承受15 mpa水压、几千吨载荷。水轮机顶盖与座环蜗壳通过连接螺栓联接，但由于水轮机运行工况复杂，特别是抽水蓄能机组频繁在发电和水泵工况切换，水轮机顶盖承受着高频高载的水压脉动，极易产生螺栓松动乃至断裂。出现了俄罗斯萨杨舒申斯克水电站顶盖螺栓断裂机组损毁的重大事故，造成75人死亡，下游沿岸地区被水淹，经济损失达130亿美元。如何保证水轮机顶盖固定结构的可靠安全是一个关乎安全的重大课题。
3.中国专利cn202926844u公开了一种混流式水轮机顶盖防腐把合螺栓，包括螺栓本体，螺栓本体的螺纹部分套装有保护罩，在保护罩与螺栓本体的螺纹之间为填充有防锈油脂层，可使顶盖螺栓不易生锈，避免螺栓生锈后难以拆卸的问题发生，有利于顶盖螺栓的维护检修。但其仅保护螺纹部位，无法保护螺母与螺栓的连接部位，对水轮机顶盖的固定强度提高有限。据此需要一种理想的技术结构解决以上问题。


技术实现要素：

4.本实用新型为了克服水轮机顶盖的连接螺栓易松动的问题，提供高水头大容量水轮机顶盖固定结构，先采用顶盖螺栓联接再现场配加工铰制螺栓联接结构，显著提高水轮机顶盖固定结构的安全可靠性。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.高水头大容量水轮机顶盖固定结构，水轮机包括竖直的主轴和环绕主轴的顶盖、蜗壳，蜗壳内部设有座环，顶盖和座环的上端面通过竖直方向的螺栓固定连接，座环的上端面设有一圈围绕主轴的竖直凸起作为座环连接部，顶盖上设有竖直的顶盖连接部，座环连接部和顶盖连接部通过横向的铰制螺栓固定连接。
7.常规水轮机顶盖固定结构通过联接螺钉把顶盖固定在蜗壳座环上，蜗壳座环整体预埋在水电站大坝的混凝土中，起到固定联接作用。但因为水轮机运行工况复杂，水头变化大，特别是抽水蓄能机组频繁在发电和水泵工况切换，水轮机顶盖承受着高频高载的水压脉动，极易产生螺栓松动乃至断裂，产生了一系列重特大事故。本高水头抽水蓄能水轮机顶盖固定结构，在原有结构基础上，增加了一组与蜗壳座环连接的铰制螺栓结构，起到了定位销和减震支撑结构的作用。普通螺栓横向的载荷承受方法主要是靠预紧力矩带来的摩擦力，铰制螺栓横向载荷的承受方法是靠螺栓本身的抗剪强度，它的横向承载能力远高于普通螺栓。本发明使用铰制螺栓显著提高水轮机顶盖固定结构的安全可靠性，而且具有检修维护和拆卸安装便捷、更换成本低的优点，应用前景好。
8.作为优选，所述竖直方向的螺栓环绕主轴圆周均布48个以上，优选48-72个。
9.作为优选，所述铰制螺栓环绕主轴圆周均布6-8个。
10.作为优选，所述铰制螺栓设有减震结构，所述减震结构由缓冲垫和固定件组成，固定件呈阶梯圆台型，径向面积较小的为顶面、径向面积较大的为底面、中间为台阶面，缓冲垫和固定件依次套设在铰制螺栓上，缓冲垫两侧分别和铰制螺栓头、固定件顶面接触，固定件底面与被固定件的表面接触。固定件顶面和铰制螺栓头的外径一致，底面面积更大，可以增加与被固定件的接触面积，增加连接强度。中间的缓冲垫起缓冲效果。
11.作为优选，所述固定件底面设有沿铰制螺栓轴向的凹槽，凹槽内放置弹簧，铰制螺栓拧紧状态下弹簧处于压缩状态。凹槽内放置弹簧，且铰制螺栓拧紧状态下弹簧处于压缩状态，一方面弹簧有向外伸长至原长的弹力，可以增强铰制螺栓和被固定件之间的结合力；另一方面，水轮机震动引起铰制螺栓轴向震动后，弹簧可以吸收震动、降低震感。
12.作为优选，所述固定件阶梯面设有凹坑，凹坑内固定有弹簧二，弹簧二的另一侧固定在缓冲垫或铰制螺栓头的侧面，弹簧二与铰制螺栓的轴共面且两者之间形成夹角，铰制螺栓拧紧状态下弹簧二处于自然状态。考虑到水轮机震动还会引起铰制螺栓横向的震动，在固定件和缓冲垫或者铰制螺栓头侧面设置倾斜的弹簧二，对横向震动和纵向震动都有缓冲效果。横向震动时，座环连接部和顶盖连接部通过横向的铰制螺栓固定连接有相互错位的趋势，震动传到固定件、缓冲垫和铰制螺栓头，使三者之间也有错位趋势，在固定件和缓冲垫或者铰制螺栓头侧面设置弹簧二，弹簧二可以吸收一部分横向震动。
13.作为进一步优选，所述固定件顶面光滑、固定件底面设有凹凸纹路。固定件底面设置细密的凹凸纹路、而顶面光滑，使得固定件和被固定件之间的摩擦力更大，固定件更易与被固定件保留同样的运动趋势，可以增强弹簧二的缓冲效果。
14.因此，本实用新型具有如下有益效果：在顶盖螺栓联接的基础上，增加铰制螺栓结构，起到固定销的作用。通过该固定结构有效提高了顶盖的径向刚度，显著减少顶盖在水压脉动下的震动，预防螺栓松动；同时在顶盖螺栓出现松动或损坏时，提高水轮机顶盖固定结构的安全可靠性。
附图说明
15.图1是水轮机局部结构示意图。
16.图2是水轮机顶盖固定结构。
17.图3是固定件结构示意图。
18.图中：1、普通螺栓，2、铰制螺栓，21、铰制螺栓头，3、缓冲垫，4、固定件，41、凹坑，42、凹槽，43、凹凸纹路，5、弹簧，51、弹簧二，6、顶盖，61、顶盖连接部，7、蜗壳，8、座环，81、座环连接部。
具体实施方式
19.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
20.如图1所示，高水头大容量水轮机包括竖直的主轴、围绕主轴从上到下依次设有顶盖6、蜗壳7和底环，蜗壳7内部设有座环8，座环8的上、下端面分别与顶盖6、底环连接，顶盖6和座环8的上端面通过竖直方向的普通螺栓1固定连接，所述普通螺栓环绕主轴圆周均布72
个。以上水轮机结构为现有技术，故没有详细介绍，只提到了与本发明有关的部件，不详之处可参考图1和现有技术。结合图2，座环8的上端面设有一圈围绕主轴的竖直凸起作为座环连接部81，顶盖6上设有竖直的顶盖连接部61，座环连接部81和顶盖连接部61通过横向的铰制螺栓2固定连接。所述铰制螺栓2环绕主轴圆周均布8个。
21.如图2、3所示，所述铰制螺栓2设有减震结构，所述减震结构由缓冲垫3和固定件4组成，固定件4呈阶梯圆台型，径向面积较小的为顶面、径向面积较大的为底面、中间为台阶面，固定件顶面、缓冲垫3和铰制螺栓头21的外径一致。缓冲垫3和固定件4依次套设在铰制螺栓2上，缓冲垫3两侧分别和铰制螺栓头21、固定件顶面接触，固定件底面与被固定件-座环连接部81或顶盖连接部61的表面接触。固定件顶面和铰制螺栓头21的外径一致，底面面积更大，可以增加与被固定件的接触面积，增加连接强度，中间的缓冲垫3起缓冲效果。减震结构可以如图2在铰制螺栓2的两侧都设置、也可以只在一侧设置。
22.所述固定件4底面设有沿铰制螺栓2轴向的凹槽42，凹槽42内放置弹簧5，铰制螺栓2拧紧状态下弹簧5处于压缩状态。一方面弹簧5有向外伸长至原长的弹力，可以增强铰制螺栓2和被固定件之间的结合力；另一方面，水轮机震动引起铰制螺栓2轴向震动后，弹簧5可以吸收震动、降低震感。
23.所述固定件4阶梯面设有凹坑41，凹坑41内固定有弹簧二51，弹簧二51的另一侧固定在缓冲垫3或铰制螺栓头21的侧面，弹簧二51与铰制螺栓2的轴共面且两者之间形成锐角，铰制螺栓2拧紧状态下弹簧二51处于自然状态。弹簧二51的另一侧和缓冲垫3或铰制螺栓头21侧面的固定可以通过在缓冲垫3或铰制螺栓头21上套设细橡胶带或者在其上打孔等方法实现。考虑到水轮机震动还会引起铰制螺栓2横向的震动，在固定件4和缓冲垫3或者铰制螺栓头21侧面设置倾斜的弹簧二51，对横向震动和纵向震动都有缓冲效果。横向震动时，座环连接部81和顶盖连接部61通过横向的铰制螺栓2固定连接有相互错位的趋势，震动传到固定件4、缓冲垫3和铰制螺栓头21，使三者之间也有错位趋势，在固定件4和缓冲垫3或者铰制螺栓头21侧面设置弹簧二51，弹簧二51可以吸收一部分横向震动。作为优选，所述固定件4顶面光滑、固定件4底面设有细密的凹凸纹路43，使得固定件4和被固定件之间的摩擦力更大，固定件4更易与被固定件保留同样的运动趋势，可以增强弹簧二51的缓冲效果。
24.水轮机工作过程中，顶盖6和蜗壳7的座环8之前不可避免地会产生震动。本发明增加的铰制螺栓2起到固定销的作用，提高顶盖6的径向刚度，显著减少顶盖6在水压脉动下的震动，预防螺栓松动。更具体地，以铰制螺栓2的轴定位，顶盖6和蜗壳7的座环8之间产生纵向震动时，缓冲垫3和弹簧5、弹簧二51起缓冲作用；产生横向震动时，首先铰制螺栓2相对于普通螺栓，本身具有优良的抗剪强度，在其上设置的弹簧二51能进一步降低震动。