[發明專利]一種抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部力學性能檢測方法

有效

• 申請號: 201610331463.5
• 申請日: 2016-05-18
• 公開（公告）號: CN106021716B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 張宇嬌;劉東圓;曾凡威;黃雄峰;徐彬昭
• 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

1.一種抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部力學性能檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1)：建立發電電動機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；

▿×(1μ▿×A·)-▿(1μ▿·A·)=J·sinV2---(2)]]>

Q=∫ΩJ2σdΩ---(3)]]>

式中，為源電流密度為矢量磁位的通用表達參數，ω為頻率的通用表達參數；V₁是渦流區，V₂為源電流區，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；εi_j為應變張量；σi_j為應力張量；σi_j,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；ui,_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)計算得到的發電啟動工況時轉子鴿尾部總應力，繪制出1號鴿尾A點處和3號鴿尾B點處的應力隨時間變化的分布曲線，并由公式(8)計算出單獨在此種運行工況下A、B點可使用的疲勞壽命次數N_1A和N_1B；

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)計算得到的發電停機工況時轉子鴿尾部總應力，繪制出1號鴿尾A點處和3號鴿尾B點處的應力隨時間變化的分布曲線，并由公式(8)計算出單獨在此種運行工況下A、B點可使用的疲勞壽命次數N_2A和N_2B；

步驟10)：根據步驟4)計算得到的電動啟動工況時轉子鴿尾部總應力，繪制出1號鴿尾A點處和3號鴿尾B點處的應力隨時間變化的分布曲線，并由公式(8)計算出單獨在此種運行工況下A、B點可使用的疲勞壽命次數N_3A和N_3B；

步驟11)：根據步驟5)計算得到的電動停機工況時轉子鴿尾部總應力，繪制出1號鴿尾A點處和3號鴿尾B點處的應力隨時間變化的分布曲線，并由公式(8)計算出單獨在此種運行工況下A、B點可使用的疲勞壽命次數N_4A和N_4B；

步驟12)：根據步驟6)計算得到的甩負荷工況時轉子鴿尾部總應力，繪制出1號鴿尾A點處和3號鴿尾B點處的應力隨時間變化的分布曲線，并由公式(8)計算出單獨在此種運行工況下A、B點可使用的疲勞壽命次數N_5A和N_5B；1號鴿尾A點處為電動啟停工況下鴿尾部最容易出現疲勞破壞的位置，3號鴿尾B點處分別為發電啟停、甩負荷和飛逸工況下最容易出現疲勞破壞的位置；

步驟13)：根據步驟7)計算得到的飛逸工況時轉子鴿尾部總應力，繪制出1號鴿尾A點處和3號鴿尾B點處的應力隨時間變化的分布曲線，并由公式(8)計算出單獨在此種運行工況下A、B點可使用的疲勞壽命次數N_6A和N_6B；

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

Dminer=ΣiniNi---(9)]]>

式中，n_i，i＝1,2,3,…6分別為運行m年出現的發電啟動工況、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A、B點可使用疲勞壽命次數；

步驟15)：根據發電電動機已知運行時間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A、B點疲勞壽命預測年限N_Aminer和N_Aminer；

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

步驟16)：對比步驟15)計算結果，得到鴿尾部最容易出現疲勞破壞的點，即N_miner較小的點為較容易發生疲勞破壞之處，在進行發電電動機的檢修時應對此處進行重點的力學性能檢測，以確保運行安全。