[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

技術領域

本發明一種抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部力學性能檢測方法，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是實現機械能轉變為電能及電能轉變為機械能的大型機械旋轉設備，是抽水蓄能電站的樞紐，具有工況多，轉換頻繁，并且轉換時間短，制動力大等顯著特點。工況轉換中，旋轉部件的接觸部分，將會承受很大的交變作用力。實際運行表明，這一接觸部分的疲勞壽命是限制電機正常使用壽命的重要因素，而這部分的力學分析是的是疲勞學中運用S-N曲線求取金屬構件疲勞壽命的基礎。轉子與磁極連接部分，通常有鴿尾(結構上類似鴿子尾巴而得名)和T尾(結構上像英文字母T而得名)等，又是電機轉子最薄弱的部分，在電機的力學性能評估中占據重要地位。

電機運行時轉子鴿尾承長時間運行時電機損耗發熱引起的熱應力，以及轉子旋轉產生的離心力引起的應力。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，因此傳統方法已無法準確體現其力學性能，且由傳統方法分析得到的結論也無法實際指導抽水蓄能電廠制定電機的檢修計劃。

發明內容

針對上述現有研究的不足，本發明提供一種抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部力學性能檢測方法，獲取抽水蓄能電廠提供實際各種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，求解得到各種工況下由轉子離心力所引起的應力隨時間分布情況，并與由溫度變化引起的熱應力綜合作用，考慮每種工況單獨發生時間內的應力最大點處可使用的疲勞壽命次數，根據累積損傷準則，計算得出轉子鴿尾部最容易發生疲勞破壞之處，并在電廠進行電機檢修時，在該點進行力學特性檢測。

本發明所采用的技術方案是：

一種抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部力學性能檢測方法，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，繪制在不同工況時出現最大應力的兩點處應力隨時間變化曲線，并根據曲線計算該兩點的可使用疲勞壽命次數；

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Miner準則計算公式，分別計算出轉子鴿尾兩點處的累積疲勞壽命使用年限，年限最短的位置即為最容易發生疲勞破壞的點，根據此分析結論，對該點進行力學性能檢測，為抽水蓄能電廠的電機大修計劃提供指導意見。

一種抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部力學性能檢測方法，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。