CN106021716B - 一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法 - Google Patents
一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法，根据抽水蓄能电厂提供实际运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，分别得到发电电动机转子鸽尾部在发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况下离心力所引起的应力随时间变化的分布情况；由电磁损耗引起电机的温度变化，绘制在不同工况时出现最大应力的两点处应力随时间变化曲线，并根据曲线计算该两点的可使用疲劳寿命次数；将已运行m年的发电电动机实际各种工况发生次数，及各种工况下疲劳寿命使用次数代入Miner准则计算公式，分别计算出转子鸽尾两点处的累积疲劳寿命使用年限，进行力学性能检测，为抽水蓄能电厂的电机大修计划提供指导意见。
Description
技术领域
本发明一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法，涉及抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部疲劳寿命预测领域。
背景技术
抽水蓄能发电电动机是实现机械能转变为电能及电能转变为机械能的大型机械旋转设备，是抽水蓄能电站的枢纽，具有工况多，转换频繁，并且转换时间短，制动力大等显著特点。工况转换中，旋转部件的接触部分，将会承受很大的交变作用力。实际运行表明，这一接触部分的疲劳寿命是限制电机正常使用寿命的重要因素，而这部分的力学分析是的是疲劳学中运用S-N曲线求取金属构件疲劳寿命的基础。转子与磁极连接部分，通常有鸽尾(结构上类似鸽子尾巴而得名)和T尾(结构上像英文字母T而得名)等，又是电机转子最薄弱的部分，在电机的力学性能评估中占据重要地位。
电机运行时转子鸽尾承长时间运行时电机损耗发热引起的热应力，以及转子旋转产生的离心力引起的应力。由于发电电动机存在发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况，各种工况对转子鸽尾部的综合作用形成应力载荷谱作为累积疲劳分析的载荷，再结合一定的计算准则进行疲劳寿命预测。已有研究方法是通过静力学计算得到每种工况的最大应力分布，再将其作为载荷进行疲劳寿命预测，这种方法无法反映出应力分布随时间变化的情况，因此传统方法已无法准确体现其力学性能，且由传统方法分析得到的结论也无法实际指导抽水蓄能电厂制定电机的检修计划。
发明内容
针对上述现有研究的不足，本发明提供一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法，获取抽水蓄能电厂提供实际各种运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式，求解得到各种工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布情况，并与由温度变化引起的热应力综合作用，考虑每种工况单独发生时间内的应力最大点处可使用的疲劳寿命次数，根据累积损伤准则，计算得出转子鸽尾部最容易发生疲劳破坏之处，并在电厂进行电机检修时，在该点进行力学特性检测。
本发明所采用的技术方案是：
一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法，包括以下步骤：
1)、根据抽水蓄能电厂提供实际运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算，分别得到发电电动机转子鸽尾部在发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况下离心力所引起的应力随时间变化的分布情况；
2)、由电磁损耗引起电机的温度变化，而由此产生的热应力与离心力引起的应力进行矢量求和；
3)、根据发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况下的总应力分布情况，绘制在不同工况时出现最大应力的两点处应力随时间变化曲线，并根据曲线计算该两点的可使用疲劳寿命次数；
4)、将已运行m年的发电电动机实际各种工况发生次数，及各种工况下疲劳寿命使用次数代入Miner准则计算公式，分别计算出转子鸽尾两点处的累积疲劳寿命使用年限，年限最短的位置即为最容易发生疲劳破坏的点，根据此分析结论，对该点进行力学性能检测，为抽水蓄能电厂的电机大修计划提供指导意见。
一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法，包括以下步骤：
步骤1)：建立电机1/2周期模型，采用有限元法进行电磁场-温度场-结构场耦合数值计算，通过对电磁场控制方程(1)-(3)和温度场控制方程(4)(5)进行有限元数值计算得到由电磁损耗引起的温度稳态分布，再由温度相比初始温度的变化对方程(6)进行求解得到热应力分布情况；
式中，V1是涡流区(转子绕组)，V2为源电流区(定子绕组)，σ为电导率，μ为相对磁导率，为源电流密度，Q为电磁损耗(包括源电流及涡流引起的损耗)。
式中，Q为能量损耗；kx,ky,kz分别表示热导率的各向异性参数；h为传热系数；T为求解温度；T0为环境温度。
式中，i,j,k＝1,2,3；εij为应变张量；σij为应力张量；σij,j为应力张量对坐标的偏导数；E为弹性模量；ν为泊松比；β为热膨胀系数；ΔT为温度相比初始温度的变化量；Fi为外力的分量；ui,j为位移对坐标的偏导数；δij为应力因子，i＝j时为1，i≠j时为0。
步骤2)：根据抽水蓄能电厂提供实际发电启动运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到发电启动工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
式中，ρ为密度，ui为位移，其余参数与公式(6)相同。
步骤3)：根据抽水蓄能电厂提供实际发电停机运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到发电停机工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤4)：根据抽水蓄能电厂提供实际电动启动运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到电动启动工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤5)：根据抽水蓄能电厂提供实际电动停机运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到电动停机工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤6)：根据抽水蓄能电厂提供实际甩负荷运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到甩负荷工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤7)：根据抽水蓄能电厂提供实际飞逸运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到飞逸工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤8)：根据步骤2)计算得到的发电启动工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图6所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N1A和N1B；
式中：C和a为材料疲劳系数；σmax为总应力变化曲线中的最大值；σmin为总应力变化曲线中的最小值；Kσ，εσ，βσ和ψa分别为有效应力集中系数、零件尺寸系数、表面系数和平均应力系数。
步骤9)：根据步骤3)计算得到的发电停机工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图7所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N2A和N2B；
步骤10)：根据步骤4)计算得到的电动启动工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图8所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N3A和N3B；
步骤11)：根据步骤5)计算得到的电动停机工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图9所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N4A和N4B；
步骤12)：根据步骤6)计算得到的甩负荷工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图10所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N5A和N5B；
步骤13)：根据步骤7)计算得到的飞逸工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图11所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N6A和N6B；
步骤14)：根据某台发电电动机实际运行m年中各种工况发生次数，将步骤8)-13)计算出的结果代入Miner准则公式(9)，计算出A、B点寿命预测系数DAminer和DBminer；
式中，ni(i＝1,2,3,…6)分别为运行m年出现的发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况次数；Ni(i＝1,2,3,…6)为步骤8)-13)中计算得到的每种工况下转子鸽尾部A、B点可使用疲劳寿命次数；
步骤15)：根据电机已知运行时间m年数及步骤14)计算得到的Dminer，代入公式(10)可求出转子鸽尾部A、B点疲劳寿命预测年限NAminer和NAminer；
步骤16)：对比步骤15)计算结果，得到鸽尾部最容易出现疲劳破坏的点，即Nminer较小的点为较容易发生疲劳破坏之处，在进行电机的检修时应对此处进行重点的力学性能检测，以确保运行安全。
本发明一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法，优点在于：
1)、根据抽水蓄能电厂提供实际运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算得到不同工况下离心力所引起的应力随时间变化的分布情况，这样的计算结果更符合实际力学特性。将不同工况的应力变化以应力载荷谱的形式作为疲劳分析的激励，可以考虑长期运行在不同工况下的累积损伤对疲劳的综合作用。比常规方法，通过静力学计算出一个最大应力作为疲劳寿命计算载荷更符合实际情况，更准确。
2)、与电磁损耗引起的温度变化及由此产生热应力进行矢量求和，考虑总应力对疲劳的影响，也更符合实际工况。
3)、由于在电机设计阶段，无法预知每年实际发生的六种工况(即发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况)的具体次数，只能对其关键部件的疲劳寿命做简单预测，本方法将电机实际运行时间中的已知各种工况发生次数代入计算中，再对鸽尾部的疲劳寿命进行预测，得到的结果更合理更准确。
4)、根据累积疲劳计算结果找到转子鸽尾部最容易出现疲劳破坏之处，在该点处进行力学性能检测可以更好地制定电机大修计划。
附图说明
图1是发电电动机1/2周期模型结构示意图。
图2是转子鸽尾局部放大示意图。
图3是电机转子稳态温度分布图。
图4是电机转子热应力分布图。
图5是发电启动和电动启动工况时转子总应力分布云图。
图6是发电启动工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。
图7是发电停机工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。
图8是电动启动工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。
图9是电动停机工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。
图10是甩负荷工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。
图11是飞逸工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。
具体实施方式
一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法，包括以下步骤：
1)、根据抽水蓄能电厂提供实际运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算，分别得到发电电动机转子鸽尾部在发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况下离心力所引起的应力随时间变化的分布情况；
2)、由电磁损耗引起电机的温度变化，而由此产生的热应力与离心力引起的应力进行矢量求和；
3)、根据发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况下的总应力分布情况，绘制在不同工况时出现最大应力的两点处应力随时间变化曲线，并根据曲线计算该两点的可使用疲劳寿命次数；
4)、将已运行m年的发电电动机实际各种工况发生次数，及各种工况下疲劳寿命使用次数代入Miner准则计算公式，分别计算出转子鸽尾两点处的累积疲劳寿命使用年限，年限最短的位置即为最容易发生疲劳破坏的点，根据此分析结论，对该点进行力学性能检测，为抽水蓄能电厂的电机大修计划提供指导意见。
一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法，包括以下步骤：
步骤1)：建立电机1/2周期模型，采用有限元法进行电磁场-温度场-结构场耦合数值计算，通过对电磁场控制方程(1)-(3)和温度场控制方程(4)(5)进行有限元数值计算得到由电磁损耗引起的温度稳态分布，再由温度相比初始温度的变化对方程(6)进行求解得到热应力分布情况；
式中，V1是涡流区(转子绕组)，V2为源电流区(定子绕组)，σ为电导率，μ为相对磁导率，为源电流密度，Q为电磁损耗(包括源电流及涡流引起的损耗)。
式中，Q为能量损耗；kx,ky,kz分别表示热导率的各向异性参数；h为传热系数；T为求解温度；T0为环境温度。
式中，i,j,k＝1,2,3；εij为应变张量；σij为应力张量；σij,j为应力张量对坐标的偏导数；E为弹性模量；ν为泊松比；β为热膨胀系数；ΔT为温度相比初始温度的变化量；Fi为外力的分量；ui,j为位移对坐标的偏导数；δij为应力因子，i＝j时为1，i≠j时为0。
步骤2)：根据抽水蓄能电厂提供实际发电启动运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到发电启动工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
式中，ρ为密度，ui为位移，其余参数与公式(6)相同。
步骤3)：根据抽水蓄能电厂提供实际发电停机运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到发电停机工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤4)：根据抽水蓄能电厂提供实际电动启动运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到电动启动工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤5)：根据抽水蓄能电厂提供实际电动停机运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到电动停机工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤6)：根据抽水蓄能电厂提供实际甩负荷运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到甩负荷工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤7)：根据抽水蓄能电厂提供实际飞逸运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到飞逸工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤8)：根据步骤2)计算得到的发电启动工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图6所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N1A和N1B；
式中：C和a为材料疲劳系数；σmax为总应力变化曲线中的最大值；σmin为总应力变化曲线中的最小值；Kσ，εσ，βσ和ψa分别为有效应力集中系数、零件尺寸系数、表面系数和平均应力系数。
步骤9)：根据步骤3)计算得到的发电停机工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图7所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N2A和N2B；
步骤10)：根据步骤4)计算得到的电动启动工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图8所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N3A和N3B；
步骤11)：根据步骤5)计算得到的电动停机工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图9所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N4A和N4B；
步骤12)：根据步骤6)计算得到的甩负荷工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图10所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N5A和N5B；
步骤13)：根据步骤7)计算得到的飞逸工况时转子鸽尾部总应力，绘制出最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)的应力随时间变化的分布曲线(如图11所示)，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N6A和N6B；
步骤14)：根据某台发电电动机实际运行m年中各种工况发生次数，将步骤8)-13)计算出的结果代入Miner准则公式(9)，计算出A、B点寿命预测系数DAminer和DBminer；
式中，ni(i＝1,2,3,…6)分别为运行m年出现的发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况次数；Ni(i＝1,2,3,…6)为步骤8)-13)中计算得到的每种工况下转子鸽尾部A、B点可使用疲劳寿命次数；
步骤15)：根据电机已知运行时间m年数及步骤14)计算得到的Dminer，代入公式(10)可求出转子鸽尾部A、B点疲劳寿命预测年限NAminer和NAminer；
步骤16)：对比步骤15)计算结果，得到鸽尾部最容易出现疲劳破坏的点，即Nminer较小的点为较容易发生疲劳破坏之处，在进行电机的检修时应对此处进行重点的力学性能检测，以确保运行安全。
图3是电机转子稳态温度分布图。在步骤1)中进行了电磁场-温度场的耦合计算后得到的温度分布云图；
图4是电机转子热应力分布图。在步骤1)中得到温度分布(如图3)后，作为载荷加载到结构场进行计算，得到温度引起的形变情况，即热应力分布情况；
图5是发电启动工况时转子总应力分布云图。是步骤2)中计算得到电机在发电启动和电动启动工况下的转子离心力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到总应力分布云图，其中两种工况分别在B点和A点处出现应力最大值；
图6是发电启动工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。是步骤2)中计算得到电机在发电启动工况下的转子离心力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到总应力分布，绘制鸽尾部总应力最大处(图2中1号A点和3号B点)的应力分布曲线；
图7是发电停机工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。是步骤3)中计算得到电机在发电停机工况下的转子离心力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到总应力分布，绘制鸽尾部总应力最大处(图2中1号A点和3号B点)的应力分布曲线；
图8是电动启动工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。是步骤4)中计算得到电机在电动启动工况下的转子离心力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到总应力分布，绘制鸽尾部总应力最大处(图2中1号A点和3号B点)的应力分布曲线；
图9是电动停机工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。是步骤5)中计算得到电机在电动停机工况下的转子离心力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到总应力分布，绘制鸽尾部总应力最大处(图2中1号A点和3号B点)的应力分布曲线；
图10是甩负荷工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。是步骤6)中计算得到电机在甩负荷工况下的转子离心力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到总应力分布，绘制鸽尾部总应力最大处(图2中1号A点和3号B点)的应力分布曲线；
图11是飞逸工况时1号鸽尾A点和3号鸽尾B点总应力随时间变化曲线。是步骤7)中计算得到电机在飞逸工况下的转子离心力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到总应力分布，绘制鸽尾部总应力最大处(图2中1号A点和3号B点)的应力分布曲线。
具体算例：以广蓄B厂8#机组为例：
首先建立电机的1/2周期模型如图1所示，按照步骤1)对电机电磁场、温度场、结构场进行有限元数值计算，得到其转子的稳态温度分布如图3所示，再得到温度引起的热应力分布如图4所示。
根据步骤2)-步骤7)分别将转子鸽尾部在发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况下离心力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到各种工况的总应力分布，其中发电启动工况总应力云图如图5所示。
根据步骤8)-步骤13)，绘制出鸽尾部总应力最大点处如1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处(如图2所示)应力随时间变化的分布曲线，如图6-11所示。再根据以上各工况A、B点应力分布曲线分别计算出A点发电启动工况疲劳寿命使用次数N1A为223400次，B点次数N1B为45320次；发电停机工况A点疲劳寿命使用次数为N2A为371400次，B点次数N2B为149300次；电动启动工况A点疲劳寿命使用次数N3A为57500次，B点次数N3B为217500次；电动停机工况A点疲劳寿命使用次数N4A为154000次，B点次数N4B为；362000甩负荷工况A点疲劳寿命使用次数N5A为33480次，B点次数N5B为8991次；飞逸工况A点疲劳寿命使用次数N6A为5226次，B点次数N6B为781次。
广蓄#8机组历年运行统计数据，自2000年3月14日#8机组投运起，至2012年2月22日机组开始大修为止，#8机组运行13年间，发电启停各9543次，电动启停各8286次，甩负荷26次，飞逸0次。根据步骤14)中的公式(9)分别计算出A、B点寿命预测系数Dminer，其中A点的寿命预测系数为：
根据步骤15)中的公式(10)计算得到转子鸽尾部A点疲劳寿命预测年限Nminer：
而B点的寿命预测系数为：
根据步骤15)中的公式(10)计算得到转子鸽尾部B点疲劳寿命预测年限Nminer：
根据步骤15)的计算结果可知，抽水蓄能发电电动机转子鸽尾在如图2所示B点处，应重点进行力学性能检测，可根据此方法的结论指导电厂工作人员制定大修计划。
Claims (1)
1.一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1)：建立发电电动机1/2周期模型，采用有限元法进行电磁场-温度场-结构场耦合数值计算，通过对电磁场控制方程(1)-(3)和温度场控制方程(4)(5)进行有限元数值计算得到由电磁损耗引起的温度稳态分布，再由温度相比初始温度的变化对方程(6)进行求解得到热应力分布情况；
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式中，为源电流密度为矢量磁位的通用表达参数，ω为频率的通用表达参数；V1是涡流区，V2为源电流区，σ为电导率，μ为相对磁导率，Q为电磁损耗，包括源电流及涡流引起的损耗，J为电流密度的有效值；
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式中，Q0为能量损耗；kx,ky,kz分别表示热导率的各向异性参数；h为传热系数；T为求解温度；T0为环境温度；
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式中，i,j,k＝1,2,3；εij为应变张量；σij为应力张量；σij,j为应力张量对坐标的偏导数；E为弹性模量；ν为泊松比；β为热膨胀系数；ΔT为温度相比初始温度的变化量；Fi为外力的分量；ui,j为位移对坐标的偏导数；δij为应力因子，i＝j时为1，i≠j时为0；
步骤2)：根据抽水蓄能电厂提供实际发电启动运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到发电启动工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
<mrow>
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<mo>)</mo>
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</mrow>
式中，ρ为密度，ui为位移，其余参数与公式(6)相同；
步骤3)：根据抽水蓄能电厂提供实际发电停机运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到发电停机工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤4)：根据抽水蓄能电厂提供实际电动启动运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到电动启动工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤5)：根据抽水蓄能电厂提供实际电动停机运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到电动停机工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤6)：根据抽水蓄能电厂提供实际甩负荷运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到甩负荷工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤7)：根据抽水蓄能电厂提供实际飞逸运行工况下的转子速度曲线得到加速度分布作为载荷，通过动力学计算公式(7)，求解得到飞逸工况下由转子离心力所引起的应力随时间分布，并与步骤1)计算得到的热应力进行矢量求和，得到该工况下总应力；
步骤8)：根据步骤2)计算得到的发电启动工况时转子鸽尾部总应力，绘制出1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处的应力随时间变化的分布曲线，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N1A和N1B；
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "">
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<mo>)</mo>
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</mrow>
式中：C和a为材料疲劳系数；σmax为总应力变化曲线中的最大值；σmin为总应力变化曲线中的最小值；Kσ，εσ，βσ和ψa分别为有效应力集中系数、零件尺寸系数、表面系数和平均应力系数；
步骤9)：根据步骤3)计算得到的发电停机工况时转子鸽尾部总应力，绘制出1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处的应力随时间变化的分布曲线，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N2A和N2B；
步骤10)：根据步骤4)计算得到的电动启动工况时转子鸽尾部总应力，绘制出1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处的应力随时间变化的分布曲线，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N3A和N3B；
步骤11)：根据步骤5)计算得到的电动停机工况时转子鸽尾部总应力，绘制出1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处的应力随时间变化的分布曲线，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N4A和N4B；
步骤12)：根据步骤6)计算得到的甩负荷工况时转子鸽尾部总应力，绘制出1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处的应力随时间变化的分布曲线，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N5A和N5B；1号鸽尾A点处为电动启停工况下鸽尾部最容易出现疲劳破坏的位置，3号鸽尾B点处分别为发电启停、甩负荷和飞逸工况下最容易出现疲劳破坏的位置；
步骤13)：根据步骤7)计算得到的飞逸工况时转子鸽尾部总应力，绘制出1号鸽尾A点处和3号鸽尾B点处的应力随时间变化的分布曲线，并由公式(8)计算出单独在此种运行工况下A、B点可使用的疲劳寿命次数N6A和N6B；
步骤14)：根据某台发电电动机实际运行m年中各种工况发生次数，将步骤8)-13)计算出的结果代入Miner准则公式(9)，计算出A、B点寿命预测系数DAminer和DBminer；
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式中，ni，i＝1,2,3,…6分别为运行m年出现的发电启动工况、发电停机工况、电动启动工况、电动停机工况、甩负荷工况、飞逸工况次数；Ni，i＝1,2,3,…6为步骤8)-13)中计算得到的每种工况下转子鸽尾部A、B点可使用疲劳寿命次数；
步骤15)：根据发电电动机已知运行时间m年数及步骤14)计算得到的Dminer，代入公式(10)可求出转子鸽尾部A、B点疲劳寿命预测年限NAminer和NAminer；
<mrow>
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</mrow>
步骤16)：对比步骤15)计算结果，得到鸽尾部最容易出现疲劳破坏的点，即Nminer较小的点为较容易发生疲劳破坏之处，在进行发电电动机的检修时应对此处进行重点的力学性能检测，以确保运行安全。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610331463.5A CN106021716B (zh) | 2016-05-18 | 2016-05-18 | 一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610331463.5A CN106021716B (zh) | 2016-05-18 | 2016-05-18 | 一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106021716A CN106021716A (zh) | 2016-10-12 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201610331463.5A Active CN106021716B (zh) | 2016-05-18 | 2016-05-18 | 一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| CN204239143U (zh) * | 2014-10-10 | 2015-04-01 | 哈尔滨电机厂有限责任公司 | 大型抽水蓄能机组可拆薄瓦的分段键双层推力轴承瓦 |
| CN105529876B (zh) * | 2016-01-28 | 2018-08-10 | 沈阳工业大学 | 一种混合励磁永磁风力发电机制造工艺 |
-
2016
- 2016-05-18 CN CN201610331463.5A patent/CN106021716B/zh active Active
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