[發明專利]一種基于Grover?Manson準則的抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部累積疲勞壽命預測方法

有效

• 申請號: 201610331426.4
• 申請日: 2016-05-18
• 公開（公告）號: CN105893713B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（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
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 吳思高

技術領域

本發明一種基于Grover-Manson準則的抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部累積疲勞壽命預測方法，涉及抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部疲勞壽命預測領域。

背景技術

抽水蓄能發電電動機有發電和電動兩種主要工況，其轉速高，單機容量大，且機組啟停頻繁、轉子存在正反轉情況，運行工況復雜，運行環境較一般水輪發電機更惡劣，同時隨著抽水蓄能電站運行年限的增長，使得發電電動機的故障和事故頻發，安全穩定問題日益突出。

目前對于抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部疲勞壽命預測的研究較少，由于發電電動機存在發電啟動工況、發電停機工況、電動啟動工況、電動停機工況、甩負荷工況、飛逸工況，各種工況對轉子鴿尾部的綜合作用形成應力載荷譜作為累積疲勞分析的載荷，再結合一定的計算準則進行疲勞壽命預測。已有研究方法是通過靜力學計算得到每種工況的最大應力分布，再將其作為載荷進行疲勞壽命預測，這種方法無法反映出應力分布隨時間變化的情況。此外，也沒有通過計算準則對抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部進行疲勞壽命預測的研究。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于Grover-Manson準則的抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部累積疲勞壽命預測方法，根據抽水蓄能電廠提供實際不同運行工況下的轉子速度曲線得到加速度分布作為載荷，通過動力學計算得到不同工況下離心力所引起的應力隨時間變化的分布情況，并結合熱應力的作用，分別對各種工況單獨進行疲勞壽命使用次數計算，根據已運行m年的發電電動機各種工況實際發生次數，應用Grover-Manson準則將疲勞破壞分成疲勞裂紋形成和疲勞裂紋擴展兩部分，實現了考慮各種工況共同影響的累積疲勞壽命預測。

本發明所采用的技術方案是：

一種基于Grover-Manson準則的抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部累積疲勞壽命預測方法，包括以下步驟：

1)、根據抽水蓄能電廠提供實際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，分別得到發電電動機轉子鴿尾部在發電啟動工況、發電停機工況、電動啟動工況、電動停機工況、甩負荷工況、飛逸工況下離心力所引起的應力隨時間變化的分布情況；

2)、由電磁損耗引起電機的溫度變化，而由此產生的熱應力與離心力引起的應力進行矢量求和；

3)、根據發電啟動工況、發電停機工況、電動啟動工況、電動停機工況、甩負荷工況、飛逸工況下的總應力分布情況，繪制在不同工況時最容易出現疲勞破壞點處的應力隨時間變化曲線，并根據曲線計算此處可使用的疲勞壽命次數；

4)、將已運行m年的發電電動機實際各種工況發生次數，及各種工況下疲勞壽命使用次數代入Grover-Manson準則計算公式，可分別考慮疲勞裂紋形成和疲勞裂紋擴展，并根據裂紋形成及擴展過程計算得到該發電電動機轉子鴿尾部的累積疲勞壽命使用年限。

一種基于Grover-Manson準則的抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部累積疲勞壽命預測方法，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態分布，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；

式中，V₁是渦流區(轉子繞組)，V₂為源電流區(定子繞組)，σ為電導率，μ為相對磁導率，為源電流密度，Q為電磁損耗(包括源電流及渦流引起的損耗)。

式中，Q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為環境溫度。

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。