一种抽水蓄能发电电动机转子鸽尾部力学性能检测方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
-种抽水蓄能发电电动机转子销尾部力学性能检测方法
技术领域
[0001] 本发明一种抽水蓄能发电电动机转子错尾部力学性能检测方法，设及抽水蓄能发 电电动机转子错尾部疲劳寿命预测领域。
【背景技术】
[0002] 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，运 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，而运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，通常有错尾 (结构上类似错子尾己而得名）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。
[0003] 电机运行时转子错尾承长时间运行时电机损耗发热引起的热应力，W及转子旋转 产生的离屯、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，各种工况对转子错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，运 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】
[0004] 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错尾部力学 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屯、力所引起的应力随时 间分布情况，并与由溫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，计算得出转子错尾部最容易发生 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。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：
[0006] -种抽水蓄能发电电动机转子错尾部力学性能检测方法，包括W下步骤：
[0007] 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错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、飞逸工况下离屯、力所引起的应力随时间变化的 分布情况；
[000引2)、由电磁损耗引起电机的溫度变化，而由此产生的热应力与离屯、力引起的应力 进行矢量求和；
[0009] 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；
[0010] 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，分别计算出转子错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。
[0011] -种抽水蓄能发电电动机转子错尾部力学性能检测方法，包括W下步骤：
[0012] 步骤1):建立电机1/2周期模型，采用有限元法进行电磁场-溫度场-结构场禪合数 值计算，通过对电磁场控制方程（1)-(3)和溫度场控制方程(4)(5)进行有限元数值计算得 到由电磁损耗引起的溫度稳态分布，再由溫度相比初始溫度的变化对方程(6)进行求解得 到热应力分布情况；
[0016] 式中，Vi是满流区（转子绕组），V2为源电流区（定子绕组），〇为电导率，y为相对磁导 率，X为源电流密度，Q为电磁损耗(包括源电流及满流引起的损耗）。
[0013] (1)
[0014] (2)
[0015] 巧
[0017] (4)
[001 引
[0019] 巧
[0020] 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 求解溫度;I'd为环境溫度。
[0021]
脚
[0022] 式中，i，j，k= 1，2，3 ;Eij为应变张量;Oij为应力张量;OijJ为应力张量对坐标的偏 导数;E为弹性模量;V为泊松比;0为热膨胀系数；A T为溫度相比初始溫度的变化量;Fi为外 力的分量;Ui,功位移对坐标的偏导数;Su为应力因子，i = j时为1，i刮时为0。
[0023] 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屯、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；
[0024]
口、
[0025] 式中，P为密度，Ui为位移，其余参数与公式(6)相同。
[0026] 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屯、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；
[0027] 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屯、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；
[0028] 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屯、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；
[0029] 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屯、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；
[0030] 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屯、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；
[0031] 步骤8):根据步骤2)计算得到的发电启动工况时转子错尾部总应力，绘制出最大 点处如1号错尾A点处和3号错尾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NiA和化B;
[00创
卸
[0033] 式中：C和a为材料疲劳系数;Omax为总应力变化曲线中的最大值;Omin为总应力变化 曲线中的最小值;1(。，6。，0。和恥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。
[0034] 步骤9):根据步骤3)计算得到的发电停机工况时转子错尾部总应力，绘制出最大 点处如1号错尾A点处和3号错尾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啦*^和化B;
[0035] 步骤10):根据步骤4)计算得到的电动启动工况时转子错尾部总应力，绘制出最大 点处如1号错尾A点处和3号错尾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和化B;
[0036] 步骤11):根据步骤5)计算得到的电动停机工况时转子错尾部总应力，绘制出最大 点处如I号错尾A点处和3号错尾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;
[0037] 步骤12):根据步骤6)计算得到的甩负荷工况时转子错尾部总应力，绘制出最大点 处如1号错尾A点处和3号错尾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Nsa和化B;
[0038] 步骤13):根据步骤7)计算得到的飞逸工况时转子错尾部总应力，绘制出最大点处 如1号错尾A点处和3号错尾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Nsa和N6B;
[0039] 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;
[0040]
巧
[0041 ] 式中，m a = 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错尾部A、B点可使用疲劳寿命次数；
[0042] 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) 可求出转子經尾部A、R巧疲劳寿命预测年限Ntainer和Ntainer;
[0043]
(1巧
[0044] 巧9衆16;:卿t[步骤15)计算结果，得到错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 巧U，W确保运行安全。
[0045] 本发明一种抽水蓄能发电电动机转子错尾部力学性能检测方法，优点在于：
[0046] 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屯、力所引起的应力随时间变化的分布情况，运样 的计算结果更符合实际力学特性。将不同工况的应力变化W应力载荷谱的形式作为疲劳分 析的激励，可W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。
[0047] 2)、与电磁损耗引起的溫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。
[0048] 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，再对错尾部的疲劳寿命进行预测，得到的结果更合理更准确。
[0049] 4)、根据累积疲劳计算结果找到转子错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W更好地制定电机大修计划。
【附图说明】
[0050] 图1是发电电动机1/2周期模型结构示意图。
[0051 ]图2是转子错尾局部放大示意图。
[0052] 图3是电机转子稳态溫度分布图。
[0053] 图4是电机转子热应力分布图。
[0054] 图5是发电启动和电动启动工况时转子总应力分布云图。
[0055] 图6是发电启动工况时1号错尾A点和3号错尾B点总应力随时间变化曲线。
[0056] 图7是发电停机工况时1号错尾A点和3号错尾B点总应力随时间变化曲线。
[0057] 图8是电动启动工况时1号错尾A点和3号错尾B点总应力随时间变化曲线。
[0058] 图9是电动停机工况时1号错尾A点和3号错尾B点总应力随时间变化曲线。
[0059] 图10是甩负荷工况时1号错尾A点和3号错尾B点总应力随时间变化曲线。
[0060] 图11是飞逸工况时1号错尾A点和3号错尾B点总应力随时间变化曲线。
【具体实施方式】
[0061] 一种抽水蓄能发电电动机转子错尾部力学性能检测方法，包括W下步骤：
[0062] 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错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、飞逸工况下离屯、力所引起的应力随时间变化的 分布情况；
[0063] 2)、由电磁损耗引起电机的溫度变化，而由此产生的热应力与离屯、力引起的应力 进行矢量求和；
[0064] 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；
[0065] 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，分别计算出转子错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。
[0066] -种抽水蓄能发电电动机转子错尾部力学性能检测方法，包括W下步骤：
[0067] 步骤1):建立电机1/2周期模型，采用有限元法进行电磁场-溫度场-结构场禪合数 值计算，通过对电磁场控制方程（1)-(3)和溫度场控制方程(4)(5)进行有限元数值计算得 到由电磁损耗引起的溫度稳态分布，再由溫度相比初始溫度的变化对方程(6)进行求解得 到热应力分布情况；
[006引 （9)
[0069] (1巧
[0070] (11)
[0071] 式中，Vi是满流区(转子绕组），V2为源电流区（定子绕组），〇为电导率，ii为相对磁导 率，if为源电流密度，Q为电磁损耗(包括源电流及满流引起的损耗）。
[0072] (巧
[0073] (13)
[0074] 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 求解溫度;To为环境溫度。
[0075]
(!4)
[0076] 式中，i,j,k=l,2,3; Eij为应变张量;Oij为应力张量;Oij, j为应力张量对坐标的偏 导数;E为弹性模量;V为泊松比;0为热膨胀系数；A T为溫度相比初始溫度的变化量;Fi为外 力的分量;Ui,功位移对坐标的偏导数;Si功应力因子，i = j时为l，i声j时为0。
[0077]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屯、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；
[007引
（W
[0079] 式中，P为密度，Ui为位移，其余参数与公式(6)相同。
[0080] 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屯、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；
[0081] 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屯、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；
[0082] 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屯、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；
[0083] 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屯、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；
[0084] 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屯、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；
[0085] 步骤8):根据步骤2)计算得到的发电启动工况时转子错尾部总应力，绘制出最大 点处如1号错尾A点处和3号错尾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NiA和化B;
[0086]
(16)
[0087] 式中：C和a为材料疲劳系数;Omax为总应力变化曲线中的最大值;Omin为总应力变化 曲线中的最小值;1(。，6。，0。和恥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。
[0088] 步骤9):根据步骤3)计算得到的发电停机工况时转子错尾部总应力，绘制出最大 点处如1号错尾A点处和3号错尾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啦*^和化B;
[0089] 步骤10):根据步骤4)计算得到的电动启动工况时转子错尾部总应力，绘制出最大 点处如1号错尾A点处和3号错尾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和化B;
[0090] 步骤11):根据步骤5)计算得到的电动停机工况时转子错尾部总应力，绘制出最大 点处如1号错尾A点处和3号错尾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;
[0091] 步骤12):根据步骤6)计算得到的甩负荷工况时转子错尾部总应力，绘制出最大点 处如1号错尾A点处和3号错尾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Nsa和化B;
[0092] 步骤13):根据步骤7)计算得到的飞逸工况时转子错尾部总应力，绘制出最大点处 如1号错尾A点处和3号错尾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Nsa和N6B;
[0093] 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;
[0094]
饼
[00M] 式中，m a = 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错尾部A、B点可使用疲劳寿命次数；
[0096] 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) 可求出转子错尾部A、B点疲巧寿命预测年限NAminer和NAminer ;
[0097]
(峭
[0098] 步骤16):对比步骤15)计算结果，得到错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 巧U，W确保运行安全。
[0099] 图3是电机转子稳态溫度分布图。在步骤1)中进行了电磁场-溫度场的禪合计算后 得到的溫度分布云图；
[0100] 图4是电机转子热应力分布图。在步骤1)中得到溫度分布(如图3)后，作为载荷加 载到结构场进行计算，得到溫度引起的形变情况，即热应力分布情况；
[0101] 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屯、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；
[0102] 图6是发电启动工况时1号错尾A点和3号错尾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屯、力引起的应力与热应力进行矢量求和，得 到总应力分布，绘制错尾部总应力最大处(图帥巧A点和3号B点）的应力分布曲线；
[0103] 图7是发电停机工况时1号错尾A点和3号错尾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屯、力引起的应力与热应力进行矢量求和，得 到总应力分布，绘制错尾部总应力最大处(图帥巧A点和3号B点）的应力分布曲线；
[0104] 图8是电动启动工况时1号错尾A点和3号错尾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屯、力引起的应力与热应力进行矢量求和，得 到总应力分布，绘制错尾部总应力最大处(图帥巧A点和3号B点）的应力分布曲线；
[0105] 图9是电动停机工况时1号错尾A点和3号错尾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屯、力引起的应力与热应力进行矢量求和，得 到总应力分布，绘制错尾部总应力最大处(图帥巧A点和3号B点）的应力分布曲线；
[0106] 图10是甩负荷工况时1号错尾A点和3号错尾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屯、力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到总 应力分布，绘制错尾部总应力最大处(图帥巧A点和3号B点）的应力分布曲线；
[0107] 图11是飞逸工况时1号错尾A点和3号错尾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屯、力引起的应力与热应力进行矢量求和，得到总应力 分布，绘制错尾部总应力最大处(图2中1号A点和3号B点）的应力分布曲线。
[010引具体算例：W广蓄B厂8#机组为例：
[0109] 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、溫度场、结构 场进行有限元数值计算，得到其转子的稳态溫度分布如图3所示，再得到溫度引起的热应力 分布如图4所示。
[0110] 根据步骤2)-步骤7)分别将转子错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、飞逸工况下离屯、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。
[0111] 根据步骤8)-步骤13)，绘制出错尾部总应力最大点处如1号错尾A点处和3号错尾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W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化A为223400次，B点次数化B为 45320次;发电停机工况A点疲劳寿命使用次数为化A为371400次，B点次数化B为149300次；电 动启动工况A点疲劳寿命使用次数化A为57500次，B点次数化B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 化A为33480次，B点次数化B为8991次；飞逸工况A点疲劳寿命使用次数Nsa为5226次，B点次数 Nsb 为 781次。
[0112] 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：
[0113]
[0114] 根据步骤15)中的公式(10)计算得到转子错尾部A点疲劳寿命预测年限Nminer:
[0118] 根据步骤15)中的公式(10)计算得到转子错尾部B点疲劳寿命预测年限Nminer:
[0115]
[0116]
[0117]
[0119]
[0120] 根据步骤15)的计算结果可知，抽水蓄能发电电动机转子错尾在如图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。
【主权项】
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： 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。2. 根据权利要求1所述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；(1) (3) 式中，涡流区（转子绕组），V2为源电流区（定子绕组），〇为电导率，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）。(5) 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;To为环境温度。 (6) 式中，i，j，k = I，2，3; ￡ij为应变张量;Oij为应力张量;〇ij, j为应力张量对坐标的偏导数； E为弹性模量;V为泊松比；β为热膨胀系数；△ T为温度相比初始温度的变化量;Fi为外力的 分量;m, j为位移对坐标的偏导数;Sij为应力因子，i = j时为I，i辛j时为〇。 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；(7) 式中，P为密度，m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Nl^PN ib; (H) 式中：C和a为材料疲劳系数;〇max为总应力变化曲线中的最大值;omin为总应力变化曲线 中的最小值;Κσ，ε。，0。和1^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Α、Β点可使用的疲劳寿命次数N 2a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Α、Β点可使用的疲劳寿命次数N 3a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Α、Β点可使用的疲劳寿命次数N 4a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Α、Β点可使用的疲劳寿命次数N 5WPN5b; 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Α、Β点可使用的疲劳寿命次数N 6a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DAffiine3r和DBmine3r;(9) 式中，m(i = l，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Dmi，代入公式（10)可求 出转子鸽尾部A、B点疲劳寿命预测年限NAffiine3r和NAffiine3r;(10) 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。3. -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，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
【文档编号】G06F17/50GK106021716SQ201610331463
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】张宇娇, 刘东圆, 曾凡威, 黄雄峰, 徐彬昭
【申请人】三峡大学