[發(fā)明專利]水輪發(fā)電機(jī)質(zhì)量控制設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410077535.9
• 申請(qǐng)日: 2014-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN103927408A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬照威;周波;林雪成;明野;楊磊;羅建華;張興旺;陳爽;宋洪占;魏玉國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;F03B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。特別是涉及一種水輪發(fā)電機(jī)質(zhì)量控制設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：目前，水力發(fā)電是人類社會(huì)應(yīng)用最廣泛的可再生能源。面對(duì)溫室氣體過度排放的威脅以及“節(jié)能減排”等政策的實(shí)施，水利發(fā)電，與火力發(fā)電相比，具有綠色、可再生的優(yōu)勢(shì)；與核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等發(fā)電方式相比，具有低成本、技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)，其已成為各國(guó)優(yōu)先考慮、且大規(guī)模開發(fā)的發(fā)電方式。

水輪發(fā)電機(jī)作為水力發(fā)電系統(tǒng)的重要部件之一，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系整個(gè)水力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的成敗，因此水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化研究具有重要的意義。目前，常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)已具有相對(duì)成熟的技術(shù)，但隨著巨型水輪發(fā)電機(jī)組、大型抽水蓄能機(jī)組需求的增加，以及高水頭應(yīng)用場(chǎng)合的開發(fā)，水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)需要不斷的更新發(fā)展，并逐步形成成熟的設(shè)計(jì)理念與方法。

電機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的耦合系統(tǒng)，其各項(xiàng)性能之間相互影響，彼此制約，同時(shí)設(shè)計(jì)電機(jī)不僅要綜合考慮運(yùn)行效率、制造成本等多種因素，還需兼顧電磁負(fù)荷、過載能力、轉(zhuǎn)矩特性、機(jī)械結(jié)構(gòu)、通風(fēng)發(fā)熱等復(fù)雜約束條件。另外，電機(jī)性能指標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的變化非常敏感，受企業(yè)工序控制、生產(chǎn)流程等質(zhì)量管理水平的影響，電機(jī)性能出現(xiàn)不同程度地下降，存在一定的離散度，無法保證產(chǎn)品生產(chǎn)的一致性。因此，提出滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、用戶要求以及特定約束條件的質(zhì)量控制設(shè)計(jì)方案，使電機(jī)綜合性能最優(yōu)，對(duì)解決電機(jī)性能指標(biāo)之間彼此沖突，保證電機(jī)優(yōu)質(zhì)高效運(yùn)行具有重要意義。

傳統(tǒng)的質(zhì)量控制方法注重產(chǎn)品后期檢驗(yàn)，具有很強(qiáng)的事后性，造成時(shí)間和資源的很大浪費(fèi)，對(duì)預(yù)防不合格產(chǎn)品的發(fā)現(xiàn)缺乏有效控制。田口法是由日本著名學(xué)家Taguchi?Genichi博士于上世紀(jì)70年代創(chuàng)立的一種科學(xué)有效的質(zhì)量控制設(shè)計(jì)方法和質(zhì)量管理技術(shù)。通過合理安排試驗(yàn)方案，確定最佳參數(shù)組合，增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量特性對(duì)各種干擾的魯棒性，并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和成本的最佳平衡。田口法將整個(gè)設(shè)計(jì)過程分為三個(gè)階段，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)及容差設(shè)計(jì)，因此，其亦稱為三次設(shè)計(jì)法。該方法在科研與生產(chǎn)中已取得顯著的實(shí)際成效。

發(fā)明內(nèi)容：本發(fā)明旨在提高水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，以提供一種提高水輪發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行效率與加權(quán)平均效率，降低電機(jī)生產(chǎn)成本，且滿足各項(xiàng)電氣與機(jī)械性能指標(biāo)的水輪發(fā)電機(jī)質(zhì)量控制設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

1．一種水輪發(fā)電機(jī)質(zhì)量控制設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

（1）以凸極同步電機(jī)作為水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行質(zhì)量控制設(shè)計(jì)；

（2）利用田口法作為水輪發(fā)電機(jī)質(zhì)量控制設(shè)計(jì)的方法；

（3）選擇水輪發(fā)電機(jī)主要尺寸、定子槽數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)、定子線圈股線尺寸、氣隙長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)子極靴尺寸和轉(zhuǎn)子極身尺寸中的各變量中的部分變量或全部變量作為水輪發(fā)電機(jī)待優(yōu)化設(shè)計(jì)變量；

（4）選擇水輪發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行效率、加權(quán)平均效率及生產(chǎn)成本作為水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)目標(biāo)，選擇短路比、電抗保證值作為水輪發(fā)電機(jī)性能約束，將上述設(shè)計(jì)目標(biāo)與性能約束共同作為水輪發(fā)電機(jī)輸出特性，構(gòu)成多指標(biāo)質(zhì)量控制設(shè)計(jì)模型；

（5）確定步驟（3）中各待優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的狀態(tài)個(gè)數(shù)及相應(yīng)取值，建立可控因素水平表，根據(jù)優(yōu)化變量個(gè)數(shù)及各變量狀態(tài)數(shù)選擇適當(dāng)?shù)恼槐恚瑯?gòu)造內(nèi)正交表進(jìn)行內(nèi)設(shè)計(jì)；

（6）考慮實(shí)際生產(chǎn)加工與裝配工藝水平、工作條件與運(yùn)行環(huán)境、內(nèi)部劣化與運(yùn)行磨損等因素影響，以這些因素造成的參數(shù)誤差作為噪音因素，確定各噪音因素的狀態(tài)個(gè)數(shù)及相應(yīng)取值，建立噪音因素水平表，根據(jù)噪音因素個(gè)數(shù)及各因素狀態(tài)數(shù)選擇適當(dāng)?shù)恼槐恚瑯?gòu)造外正交表進(jìn)行外設(shè)計(jì)；

（7）將步驟（4）中各輸出特性分別處理為望小特性，對(duì)應(yīng)于內(nèi)正交表的每一個(gè)組合，把誤差因素配列于外正交表，計(jì)算由內(nèi)、外正交表確定試驗(yàn)方案的輸出特性值及信噪比；

（8）對(duì)步驟（7）獲得的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)顯著性程度，確定最佳參數(shù)組合；

（9）以步驟（8）確定的最佳參數(shù)作為各優(yōu)化參數(shù)取值，進(jìn)一步確定各參數(shù)波動(dòng)范圍，進(jìn)行容差設(shè)計(jì)；

（10）按照最優(yōu)設(shè)計(jì)方案繪制水輪發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)架等各部套圖紙，線切割模具，沖模、疊壓、繞線、嵌線、浸漆及裝配，檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)并與設(shè)計(jì)方案給出的指標(biāo)比較，如果實(shí)際運(yùn)行的指標(biāo)超出運(yùn)行指標(biāo)要求范圍，調(diào)整性能設(shè)計(jì)方案，重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

所述的電機(jī)為凸極同步電機(jī)，電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)架等結(jié)構(gòu)組成，定子采用對(duì)稱三相短距、分布、條式波繞組，轉(zhuǎn)子上除勵(lì)磁繞組外，還裝有阻尼繞組，且阻尼繞組由阻尼條與阻尼環(huán)構(gòu)成閉合結(jié)構(gòu)。

步驟（5）所述的設(shè)計(jì)目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型是：