[發(fā)明專利]一種基于Miner準則的抽水蓄能發(fā)電電動機轉子鴿尾部累積疲勞壽命預測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610331418.X
• 申請日: 2016-05-18
• 公開（公告）號: CN106021714B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 張宇嬌;劉東圓;黃雄峰;徐彬昭;吳剛梁
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q10/04
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 吳思高

1.一種基于Miner準則的抽水蓄能發(fā)電電動機轉子鴿尾部累積疲勞壽命預測方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1)：建立電機1/2周期模型，采用有限元法進行電磁場-溫度場-結構場耦合數值計算，通過對電磁場控制方程(1)-(3)和溫度場控制方程(4)(5)進行有限元數值計算得到由電磁損耗引起的溫度穩(wěn)態(tài)分布，再由溫度相比初始溫度的變化對方程(6)進行求解得到熱應力分布情況；

▿×(1μ▿×A·)-▿(1μ▿·A·)=J·sinV2---(2)]]>

Q=∫ΩJ2σdΩ---(3)]]>

式中，為源電流密度，電磁場數值計算公式中為矢量磁位的通用表達參數，ω為頻率的通用表達參數；V₁是轉子繞組，V₂為定子繞組，σ為電導率，μ為相對磁導率，Q為電磁損耗，包括源電流及渦流引起的損耗，J為電流密度的有效值；

∂∂x(kx∂T∂x)+∂∂y(ky∂T∂y)+∂∂z(kz∂T∂z)=-Q0---(4)]]>

k∂T∂n+h(T-T0)=0---(5)]]>

式中，Q₀為能量損耗；k_x,k_y,k_z分別表示熱導率的各向異性參數；h為傳熱系數；T為求解溫度；T₀為環(huán)境溫度，

σij,i+Fi=0ϵij=1+vEσij-vEσkkδij+βΔT12(ui,j+uj,i)=ϵij---(6)]]>

式中，i,j,k＝1,2,3；ε_ij為應變張量；σ_ij為應力張量；σ_ij,j為應力張量對坐標的偏導數；E為彈性模量；ν為泊松比；β為熱膨脹系數；ΔT為溫度相比初始溫度的變化量；F_i為外力的分量；u_i,j為位移對坐標的偏導數；δ_ij為應力因子，i＝j時為1，i≠j時為0；

步驟2)：根據抽水蓄能電廠提供實際發(fā)電啟動運行工況下的轉子速度曲線得到加速度分布作為載荷，通過動力學計算公式(7)，求解得到發(fā)電啟動工況下由轉子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況下總應力；

σij,i+Fi=ρ∂2ui(t)∂t2ϵij=1+vEσij-vEσkkδij12(ui,j+uj,i)=ϵij---(7)]]>

式中，ρ為密度，u_i為位移，其余參數與公式(6)相同；

步驟3)：根據抽水蓄能電廠提供實際發(fā)電停機運行工況下的轉子速度曲線得到加速度分布作為載荷，通過動力學計算公式(7)，求解得到發(fā)電停機工況下由轉子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況下總應力；

步驟4)：根據抽水蓄能電廠提供實際電動啟動運行工況下的轉子速度曲線得到加速度分布作為載荷，通過動力學計算公式(7)，求解得到電動啟動工況下由轉子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況下總應力；

步驟5)：根據抽水蓄能電廠提供實際電動停機運行工況下的轉子速度曲線得到加速度分布作為載荷，通過動力學計算公式(7)，求解得到電動停機工況下由轉子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況下總應力；

步驟6)：根據抽水蓄能電廠提供實際甩負荷運行工況下的轉子速度曲線得到加速度分布作為載荷，通過動力學計算公式(7)，求解得到甩負荷工況下由轉子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況下總應力；

步驟7)：根據抽水蓄能電廠提供實際飛逸運行工況下的轉子速度曲線得到加速度分布作為載荷，通過動力學計算公式(7)，求解得到飛逸工況下由轉子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況下總應力；

步驟8)：根據步驟2)計算得到的發(fā)電啟動工況時轉子3號鴿尾B點處應力分布曲線，由公式(8)計算出在此種工況運行情況下可使用的疲勞壽命次數N₁；

N=Cσ-aσ=Kσϵσβσσmax-σmin2+ψaσmax+σmin2---(8)]]>

式中：C和a為材料疲勞系數；σ_max為總應力變化曲線中的最大值；σ_min為總應力變化曲線中的最小值；K_σ，ε_σ，β_σ和ψ_a分別為有效應力集中系數、零件尺寸系數、表面系數和平均應力系數；

步驟9)：根據步驟3)計算得到的發(fā)電停機工況時轉子3號鴿尾B點處應力分布曲線，由公式(8)計算出在此種工況運行情況下可使用的疲勞壽命次數N₂；

步驟10)：根據步驟4)計算得到的電動啟動工況時轉子3號鴿尾B點處應力分布曲線，由公式(8)計算出在此種工況運行情況下可使用的疲勞壽命次數N₃；

步驟11)：根據步驟5)計算得到的電動停機工況時轉子3號鴿尾B點處應力分布曲線，由公式(8)計算出在此種工況運行情況下可使用的疲勞壽命次數N₄；

步驟12)：根據步驟6)計算得到的甩負荷工況時轉子3號鴿尾B點處應力分布曲線，由公式(8)計算出在此種工況運行情況下可使用的疲勞壽命次數N₅；

步驟13)：根據步驟7)計算得到的飛逸工況時轉子3號鴿尾B點處應力分布曲線，由公式(8)計算出在此種工況運行情況下可使用的疲勞壽命次數N₆；

步驟14)：根據某臺發(fā)電電動機實際運行m年中各種工況發(fā)生次數，將步驟8)-13)計算出的結果代入Miner準則公式(9)，計算出壽命預測系數D_miner；

Dminer=ΣiniNi---(9)]]>

式中，n_i，i＝1,2,3,…6，分別為運行m年出現的發(fā)電啟動工況、發(fā)電停機工況、電動啟動工況、電動停機工況、甩負荷工況、飛逸工況次數；N_i，i＝1,2,3,…6為步驟8)-13)中計算得到的每種工況下轉子鴿尾部可使用疲勞壽命次數；

步驟15)：根據電機已知運行時間m年數及步驟14)計算得到的D_miner，代入公式(10)可求出轉子鴿尾部疲勞壽命預測年限N_miner，

Nminer=mDminer---(10).]]> 3