[发明专利]一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法

说明书

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；k_x,k_y,k_z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。