[发明专利]预测抽水蓄能发电电动机转子构件使用寿命的试验方法

说明书

本发明是一种预测抽水蓄能发电电动机转子构件使用寿命的试验方法。本发明通过不同尺寸的缩微构件疲劳试验，拟合出疲劳寿命参数，探寻微缩构件的疲劳寿命影响系数从而进行全尺寸构件寿命预测。本发明在常规的疲劳试验机就可实现，成本较低，操作方便，还适用于其他金属材料制备的大型运动构件。本发明解决了大型构件无法在试验机上进行测试的难点，提供了一种预测抽水蓄能发电电动机转子关键构件使用寿命的试验方法。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的预测抽水蓄能发电电动机转子构件使用寿命的试验方法。

技术领域

本发明是一种预测抽水蓄能发电电动机转子构件使用寿命的试验方法，具体涉及一种预测抽水蓄能发电电动机转子关键构件—磁极磁轭使用寿命的试验方法，属于预测抽水蓄能发电电动机转子构件使用寿命的试验方法的创新技术。

背景技术

近三十年来，随着改革开放带来的国民经济快速发展，抽水蓄能电站在我国得到迅猛发展。随着使用年限的增加，早年修建的抽水蓄能机组事故或故障频发，运行安全问题日益突出。与常规水轮机相比，抽水蓄能发电电动机转速高、双向旋转、工况复杂、启动频繁，运行过程中会产生交变应力，疲劳现象时常发生。从设计上重视疲劳问题，研究疲劳断裂机理，探索疲劳寿命的预测方法迫在眉睫。目前我国现役抽水蓄能机组的寿命预测方法大多依靠国外的技术支持，运行单位缺乏相应的评估手段，寿命评估成本高，技术上受制于人。目前常用的疲劳寿命预测方法有Basquin关系、Manson-coffin关系和Paris公式等，还有结合经典寿命预测方法和标准试样测定的基本力学性能(弹性模量、S-N曲线和疲劳强度等)的有限元计算，而且有限元计算的准确性取决于选择的寿命预测方法的合理性。现役抽水蓄能发电电动机转子体积非常大(远远大于标准试样)、造价很高、特别是目前还能正常使用，所以不可能采用整个构件试验进行寿命预测，而直接用标准试样测得的力学性能或有限元分析进行构件寿命预测的准确性难以通过试验验证。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种预测抽水蓄能发电电动机转子构件使用寿命的试验方法。本发明解决了大型构件无法在试验机上进行测试的难点，在常规的疲劳试验机就可实现，成本较低，操作方便，还适用于其他金属材料制备的大型运动构件。

本发明的技术方案是：本发明的预测抽水蓄能发电电动机转子构件使用寿命的试验方法，包括有如下步骤：

1)通过查阅资料和失效分析等，找出抽水蓄能发电电动机转子构件最易发生开裂的危险部位；

2)对转子构件进行有限元受力分析，结合抽水蓄能发电电动机的日常运行情况，得到不同运行状态的受力情况，根据最大应力和最小应力的得到简化循环载荷谱；

3)从危险部位找出能进行受力状态试验的相对独立的结构单元；

4)进行转子构件材料的标准(或接近标准)试样的应变和应力控制的疲劳试验，分别得到材料的应变寿命曲线(ε-Ν)和应力寿命曲线(S-N)，把应变控制的中值应力幅寿命曲线和S-N曲线的数据放在一起用Basquin公式:σ_a＝σ'_f(2N_f)^b进行拟合，得到疲劳强度系数σ'_f和疲劳强度指数b；

5)制备结构单元的缩微试样；

6)进行应力控制的疲劳试验，得到缩微构件的S-N曲线，用Basquin公式进行拟合，分别得到不同缩放比例的疲劳强度系数σ'_f和疲劳强度指数b。

7)建立标准试样和不同缩放比例的疲劳强度系数σ'_f和疲劳强度指数b随尺寸x变化的关系，通过数据拟合求出实际构件的疲劳强度系数σ'_f和疲劳强度指数b；

8)考虑应力比对构件受力的影响，根据载荷谱和设计寿命确定合适的关系式；