[發明專利]一種大型汽輪發電機定子鐵心振動數值計算方法

有效

• 申請號: 200810037705.5
• 申請日: 2008-05-20
• 公開（公告）號: CN101281086A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 李治;黃磊;張燕;干保良;徐鋼峰
• 申請（專利權）人: 上海電氣電站設備有限公司
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 翁若瑩

1.一種大型汽輪發電機定子鐵心振動數值計算方法，其特征在于，建立大型汽輪發電機定子鐵心計算模型，求解后進行結果分析，其方法和步驟為：

第一步.模型簡化

按大型汽輪發電機定子鐵心圖紙采用CAD計算機輔助設計軟件Pro/E建立簡化定子鐵心模型，包括定子軛部與齒部、夾緊環和彈簧板；忽略定子線圈的剛度，將定子鐵心計算模型簡化為一個不含線圈、風道的定子鐵心，其三維模型即通過彈簧板固定的含有內齒槽的鐵心；

第二步.模型導入

將CAD模型導入CAE計算機輔助分析軟件ANSYS，運行于IBM服務器上；

第三步.材料模型

在CAE軟件中，建立鐵心、夾緊環及彈簧板的彈性模量、泊松比和密度；

第四步.邊界條件

在軸向對稱邊界上施加軸向固定約束，在每個彈簧板的軸向端面施加固定約束；

第五步.載荷施加

鐵心受到電磁力的作用，電磁力在空間沿著鐵心內表面圓周不同的位置呈余弦分布，且隨著轉子旋轉角速度而旋轉，即隨時間變化，由于鐵心的齒頂磁密不可用于計算電磁力，故需將氣隙處的具有次數為r的隨圓角θ＝ωt變化的壓力載荷轉換到鐵心外表面和支持筋處，采用函數加載方式，其計算過程如下：

氣隙中心線處壓力載荷P隨圓周角θ＝ωt分布的表達式為：

P＝P₀+P₂cos2Nθ

式中，N為極對數，P₀為鐵心內表面的應力恒定分量，P₂為鐵心內表面的應力基頻分量其中P₀、P₂由發電機的有關參數所決定：

P0=13πBmax2(3π-4θ0)12μ0]]>

P2=12μ0Bmax2πθ0(2cos2θ0-sin2θ0θ0)]]>

式中，

θ₀：極中心線到大齒的弧度(距離)，θ0=QR4QRP·2π]]>

QR：轉子槽數

QRP：槽分度數

B_max：氣隙磁密

μ₀：空氣磁導率，μ₀＝4π×10^-7

實際上鐵心外表面處隨圓周角θ分布的壓力載荷P_W(指向圓心)應小于氣隙處壓力載荷，可由下式求得：

Pw=P×Dro+GsDso]]>

式中，

D_ro：轉子外徑

G_s：定子與轉子間的單氣隙

D_so：鐵心外表面直徑

支持筋外表面處隨圓周角θ分布的壓力載荷P_W1(指向圓心)應小于氣隙處壓力載荷，可由下式求得：

Pw1=P×Dro+GsDjo]]>

式中，

D_jo：支持筋外表面直徑

第六步.網格劃分

根據鐵心及其零部件的結構，定義單元類型和網格劃分原則，實施網格劃分將定子鐵心模型離散為數值模型；

第七步.設定求解選項并求解

由于將電磁交變力假定為持續的周期載荷，那么在發電機鐵心中會產生持續的周期響應，采用諧響應分析方法確定鐵心在承受隨時間按余弦規律變化的載荷時的穩態響應，根據電網頻率及其倍頻設定激振載荷的頻率范圍和頻率步，在ANSYS中設定求解選項后，進行分析計算；

第八步.結果分析

計算完成后，通過結果處理獲取鐵心在多個頻率下的位移，得到位移響應對頻率的曲線，基于計算結果分析定子鐵心振動性能。