一種基于Corten-Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部疲勞壽命預測方法
【專利摘要】一種基于Corten?Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子鴿尾部疲勞壽命預測方法，根據抽水蓄能電廠提供實際不同運行工況下的轉子速度曲線得到加速度分布作為載荷，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；根據各種工況下總應力的最大值，結合已知運行時間m年中曾出現的工況，確定在曾出現的工況中應力最大值并求出在此工況單獨作用下電機轉子鴿尾部可使用的疲勞壽命次數，結合已運行m年的發電電動機實際各種工況出現次數，根據Corten?Dolan準則計算公式，得到壽命預測系數，根據壽命預測系數及m年計算得到該發電電動機轉子鴿尾部的疲勞壽命使用年限。
【專利說明】
-種基于Corten-Do I an準則的抽水蓄能發電電動機轉子銷尾 部疲勞壽命預測方法
技術領域
[0001]本發明一種基于Coden-Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子錯尾部疲勞壽命 預測方法，設及抽水蓄能發電電動機轉子錯尾部疲勞壽命預測領域。
【背景技術】
[0002] 抽水蓄能發電電動機有發電和電動兩種主要工況，其轉速高，單機容量大，且機組 啟停頻繁、轉子存在正反轉情況，運行工況復雜，運行環境較一般水輪發電機更惡劣，同時 隨著抽水蓄能電站運行年限的增長，使得發電電動機的故障和事故頻發，安全穩定問題日 益突出。
[0003] 目前對于抽水蓄能發電電動機轉子錯尾部疲勞壽命預測的研究較少，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，各種工況對轉子錯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，運種方法無法反映出應力分布隨時間變化 的情況。此外，也沒有通過計算準則對抽水蓄能發電電動機轉子錯尾部進行疲勞壽命預測 的研究。
【發明內容】
[0004] 為解決上述技術問題，本發明提供一種基于Coden-Dolan準則的抽水蓄能發電電 動機轉子錯尾部疲勞壽命預測方法，該方法通過動力學計算得到不同工況下轉子離屯、力所 引起的應力隨時間變化的分布情況，并與熱應力進行矢量求和得到各種工況下總應力及其 最大值，結合已知運行時間m年中曾出現的工況，確定在曾出現的工況中應力最大值。如果 某種工況從未出現，則該工況的應力最大值無需計入比較范圍，并求出在此工況單獨作用 下電機轉子錯尾部可使用的疲勞壽命次數，結合已運行m年的發電電動機實際各種工況出 現次數，根據Coden-Dolan準則計算公式，可得到壽命預測系數，并根據壽命預測系數及m 年計算得到該發電電動機轉子錯尾部的疲勞壽命使用年限。
[0005] 本發明所采用的技術方案是：
[0006] 一種基于Coden-Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子錯尾部疲勞壽命預測方 法，包括W下步驟：
[0007] 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錯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、飛逸工況下離屯、力所引起的應力隨時間變化的 分布情況；
[000引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屯、力引起的應力 進行矢量求和，得到最容易出現疲勞破壞點處總應力分布及其最大值；
[0009] 3)、根據各種工況下總應力的最大值，結合已知運行時間m年中曾出現的工況，確 定在曾出現的工況中應力最大值(如果某種工況從未出現，則該工況的應力最大值無需計 入比較范圍），并求出在此工況單獨作用下電機轉子錯尾部可使用的疲勞壽命次數，結合已 運行m年的發電電動機實際各種工況出現次數，根據Coden-Dolan準則計算公式，可得到壽 命預測系數，并根據壽命預測系數及m年計算得到該發電電動機轉子錯尾部的累積疲勞壽 命使用年限。
[0010] -種基于Coden-Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子錯尾部疲勞壽命預測方 法，其特征在于包括W下步驟：
[0011] 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-結構場禪合數 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；
[0012]
(1)
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[001引式中，Vi是滿流區(轉子繞組），V2為源電流區（定子繞組），0為電導率，y為相對磁導 率，X為源電流密度，Q為電磁損耗(包括源電流及滿流引起的損耗）。
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[001引式中，Q為能量損耗;kx，ky，kz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;To為環境溫度。 r 一
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[0020]式中，i，j，k二1，2,3; ￡ij為應變張量;曰ij為應力張量;曰ij，j為應力張量對坐標的偏 導數;E為彈性模量;V為泊松比;目為熱膨脹系數；A T為溫度相比初始溫度的變化量;Fi為外 力的分量;Ui, j為位移對坐標的偏導數;Si功應力因子，i = j時為I，i刮時為O。
[0021]步驟2):根據抽水蓄能電廠提供實際發電啟動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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點（如圖2所示)在發 電啟動工況下由轉子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行 矢量求和，得到該工況下總應力，其最大值為Olmax;
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仍
[0023] 式中，P為密度，Ui為位移，其余參數與公式(6)相同。
[0024] 步驟3):根據抽水蓄能電廠提供實際發電停機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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在發電停機工況下 由轉子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得 到該工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇2max;
[0025] 步驟4):根據抽水蓄能電廠提供實際電動啟動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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在電動啟動工況下 由轉子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得 到該工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇3max;
[0026] 步驟5):根據抽水蓄能電廠提供實際電動停機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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在電動停機工況下 由轉子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得 到該工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇4max;
[0027] 步驟6):根據抽水蓄能電廠提供實際甩負荷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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在甩負荷工況下由轉 子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該 工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為OSmax;
[0028] 步驟7):根據抽水蓄能電廠提供實際飛逸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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在飛逸工況下由轉子離 屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況 下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇6max;
[0029] 步驟8):結合電機已運行時間m年中曾出現過的工況，比較步驟2)-7)的計算結果 中曾出現過工況下的應力最大值(如果某種工況從未出現，則該工況的應力最大值無需計 入比較范圍），確定其中最大值Omax所在工況，根據該工況的總應力代入公式(8)，計算得到 轉子錯尾部在此種工況運行情況下可使用的疲勞壽命次數Nmax;
[0030]
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[0031] 式中：C和a為材料疲勞系數;OimaxQ = I，2,3, . . .6)為每種工況下總應力變化曲線 中的最大值;〇imin( i = 1，2，3，. . . 6)為每種工況下總應力變化曲線中的最小值;K。，e。，0。和柏 分別為有效應力集中系數，零件尺寸系數，表面系數和平均應力系數。
[0032] 步驟9):根據發電電動機已有運行m年各種工況出現的次數m，將步驟2)-7)計算 出的每種工況最大應力值曰imax(i = 1，2，3-'6)(其中如果某種工況從未出現，則不計入計算 中），^及步驟8)得至1]〇11131和?^代入〔〇1'16]1-〇〇1曰]1準則公式(9)，計算出壽命預測系數0〇〇;
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[0034] 式中，ni(i = l，2,3…6)為電機在已知運行年限里由工程實際統計出來的每種工 況發生的次數，d為材料常數，可根據《材料疲勞手冊》查詢；
[0035] 步驟10):根據步驟9)計算得到的化-D，W及已知實際運行年限m代入公式（10)，計 算得到預測壽命年限Ncorten-Dolan。
[0036] (10)
[0037] 本發明一種基于Coden-Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子錯尾部疲勞壽命 預測方法，優點在于：
[0038] 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，通過動力學計算得到不同工況下離屯、力所引起的應力隨時間變化的分布情況，將不 同工況的應力變化W應力載荷譜的形式作為疲勞分析的激勵，可W考慮長期運行在不同工 況下的累積損傷對疲勞的綜合作用。比常規方法，通過靜力學計算出一個最大應力作為疲 勞壽命計算載荷更符合實際情況，更準確。
[0039] 2)、與電磁損耗引起的溫度變化及由此產生熱應力進行矢量求和，考慮總應力對 疲勞的影響，也更符合實際工況。
[0040] 3)、由于在電機設計階段，無法預知每年實際發生的六種工況（即發電啟動工況、 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）的具體次數，只能對 其關鍵部件的疲勞壽命做簡單預測，本方法將電機實際運行時間中的已知各種工況發生次 數代入計算中，再對錯尾部的疲勞壽命進行預測，得到的結果更合理、更準確。
[0041] 4)、Coden-Dolan準則不同于其他準則，所采用的計算條件之一是已知運行時間m 年中曾出現過的工況中的應力最大值，此外取已知運行時間m年中曾出現過的工況中最大 應力值所發生工況下的疲勞壽命次數也作為計算條件之一，所W根據該準則預測出來的疲 勞年限留有較大裕度，W此作為工程實際中電機大修依據，較為保守及可靠。
【附圖說明】
[0042] 圖1是發電電動機1/2周期模型結構示意圖。
[0043] 圖2是轉子繞組錯尾部局部放大示意圖。
[0044] 圖3是電機轉子穩態溫度分布圖。
[0045] 圖4是電機轉子熱應力分布圖。
[0046] 圖5是發電啟動工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。
[0047] 圖6是發電停機工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。
[0048] 圖7是電動啟動工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。
[0049] 圖8是電動停機工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。
[0050] 圖9是甩負荷工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。
【具體實施方式】
[0051 ] 一種基于Coden-Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子錯尾部疲勞壽命預測方 法，包括W下步驟：
[0052] 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錯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、飛逸工況下離屯、力所引起的應力隨時間變化的 分布情況；
[0053] 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屯、力引起的應力 進行矢量求和，得到最容易出現疲勞破壞點處總應力分布及其最大值；
[0054] 3)、根據各種工況下總應力的最大值，結合已知運行時間m年中曾出現的工況，確 定在曾出現的工況中應力最大值(如果某種工況從未出現，則該工況的應力最大值無需計 入比較范圍），并求出在此工況單獨作用下電機轉子錯尾部可使用的疲勞壽命次數，結合已 運行m年的發電電動機實際各種工況出現次數，根據Coden-Dolan準則計算公式，可得到壽 命預測系數，并根據壽命預測系數及m年計算得到該發電電動機轉子錯尾部的累積疲勞壽 命使用年限。
[0055] 一種基于Coden-Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子錯尾部疲勞壽命預測方 法，具體包括W下步驟：
[0056] 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-結構場禪合數 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；
[0化7]
(11)
[ (12)
[ (13)
[0060]式中，Vi是滿流區(轉子繞組），V2為源電流區（定子繞組），〇為電導率，y為相對磁導 率，X為源電流密度，Q為電磁損耗(包括源電流及滿流引起的損耗）。
[00611 (14)
[( (15)：
[0063] 式中，Q為能量損耗;kx，ky，kz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;To為環境溫度。
[0064]
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[0065] 式中，i，j，k= 1，2，3 ;Eij為應變張量;化為應力張量;化,j為應力張量對坐標的偏 導數;E為彈性模量;V為泊松比;0為熱膨脹系數；A T為溫度相比初始溫度的變化量;Fi為外 力的分量;Ui, j為位移對坐標的偏導數;Si功應力因子，i = j時為1，i刮時為0。
[0066] 步驟2):根據抽水蓄能電廠提供實際發電啟動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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點（如圖2所示)在發 電啟動工況下由轉子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行 矢量求和，得到該工況下總應力，其最大值為Olmax;
[0067]
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[006引式中，P為密度，Ui為位移，其余參數與公式(6)相同。
[0069] 步驟3):根據抽水蓄能電廠提供實際發電停機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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在發電停機工況下 由轉子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得 到該工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇2max;
[0070] 步驟4):根據抽水蓄能電廠提供實際電動啟動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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在電動啟動工況下 由轉子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得 到該工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇3max;
[0071] 步驟5):根據抽水蓄能電廠提供實際電動停機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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在電動停機工況下 由轉子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得 到該工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇4max;
[0072] 步驟6):根據抽水蓄能電廠提供實際甩負荷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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在甩負荷工況下由轉 子離屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該 工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為OSmax;
[0073] 步驟7):根據抽水蓄能電廠提供實際飛逸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(7)，求解得到轉子3號錯尾B點在飛逸工況下由轉子離 屯、力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況 下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇6max;
[0074] 步驟8):結合電機已運行時間m年中曾出現過的工況，比較步驟2)-7)的計算結果 中曾出現過工況下的應力最大值(如果某種工況從未出現，則該工況的應力最大值無需計 入比較范圍），確定其中最大值Omax所在工況，根據該工況的總應力代入公式(8)，計算得到 轉子錯尾部在此種工況運行情況下可使用的疲勞壽命次數Nmax;
[0075]
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[0076] 式中：C和a為材料疲勞系數;OimaxQ = I，2,3, .. .6)為每種工況下總應力變化曲線 中的最大值;〇imin( i = 1，2，3，. . . 6)為每種工況下總應力變化曲線中的最小值;K。，e。，0。和柏 分別為有效應力集中系數，零件尺寸系數，表面系數和平均應力系數。
[0077] 步驟9):根據發電電動機已有運行m年各種工況出現的次數m，將步驟2)-7)計算 出的每種工況最大應力值曰ImaxQ = I，2,3-'6)(其中如果某種工況從未出現，則不計入計算 中），W及巧驢8)得毛ll〇m…巧Nm…化入Co;rten-Dolan準則公式(9)，計算出壽命預測系數Dc-D;
[007引
（19)
[0079] 式中，ni(i = l，2,3…6)為電機在已知運行年限里由工程實際統計出來的每種工 況發生的次數，d為材料常數，可根據《材料疲勞手冊》查詢；
[0080] 步驟10):根據步驟9)計算得到的化-D，W及已知實際運行年限m代入公式（10)，計 算得到預測壽命年胞Nnrvrtpn-Dnlan。
[0081]
[0082] 圖3是電機轉子穩態溫度分布圖。在步驟1)中進行了電磁場-溫度場的禪合計算后 得到的溫度分布云圖；
[0083] 圖4是電機轉子熱應力分布圖。在步驟1)中得到溫度分布(如圖3)后，作為載荷加 載到結構場進行計算，得到溫度引起的形變情況，即熱應力分布情況；
[0084] 圖5是發電啟動工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。步驟2)中計算得到電機 在發電啟動工況下的轉子離屯、力引起的應力與熱應力進行矢量求和，得到總應力分布，繪 審IJ3號錯尾B點(如圖2所示)的應力分布曲線，其中最大值為01;
[0085] 圖6是發電停機工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。步驟3)中計算得到電機 在發電停機工況下的轉子離屯、力引起的應力與熱應力進行矢量求和，得到總應力分布，繪 審IJ3號錯尾B點(如圖2所示)的應力分布曲線，其中最大值為02;
[0086] 圖7是電動啟動工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。步驟4)中計算得到電機 在電動啟動工況下的轉子離屯、力引起的應力與熱應力進行矢量求和，得到總應力分布，繪 審IJ3號錯尾B點(如圖2所示)的應力分布曲線，其中最大值為03;
[0087] 圖8是電動停機工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。步驟5)中計算得到電機 在電動停機工況下的轉子離屯、力引起的應力與熱應力進行矢量求和，得到總應力分布，繪 審IJ3號錯尾B點(如圖2所示)的應力分布曲線，其中最大值為04;
[0088] 圖9是甩負荷工況時轉子3號錯尾B點處應力分布曲線。步驟6)中計算得到電機在 甩負荷工況下的轉子離屯、力引起的應力與熱應力進行矢量求和，得到總應力分布，繪制3號 錯尾B點(如圖2所示)的應力分布曲線，其中最大值為05。
[0089] 具體算例：W廣蓄B廠8#機組為例
[0090] 首先建立電機的1/2周期模型如圖1、2所示，按照步驟1)對電機電磁場、溫度場、結 構場進行仿真計算，得到其轉子溫度分布如圖3所示，再得到溫度引起的熱應力分布如圖4 所示。
[0091] 廣蓄#8機組歷年運行統計數據，自2000年3月14日#8機組投運起，至2012年2月22 日機組開始大修為止，#8機組運行時間m為13年，發電啟停m和ri2各9543次，電動啟停M和m 各8286次，甩負荷ns為26次，飛逸ns為0次。由此可知，飛逸工況未出現，因此該工況計算結 果不計入后續計算。
[0092] 轉子錯尾部在其他五種工況的總應力計算結果為:發電啟動工況轉子3號錯尾B點 應力分布曲線如圖5所示，最大值Oimax為336MPa，發電停機工況轉子3號錯尾B點應力分布曲 線如圖6所示，最大值為168MPa，電動啟動工況轉子3號錯尾B點應力分布曲線如圖7所 示，最大值〇3max為209M化，電動停機工況轉子3號錯尾B點應力分布曲線如圖8所示，最大值 〇4max為116MPa，甩負荷工況轉子3號錯尾B點應力分布曲線如圖9所示，最大值〇加3、為382MPa。
[0093] 根據步驟8)，得到應力最大值〇max = 382MPa出現在甩負荷工況，計算出在甩負荷工 況下，轉子錯尾部可使用的疲勞壽命次數Nmax為8991次。
[0094] 根據步驟9)，結合將Olmax-O日max、〇max、Nmax代入公式(9)，根據《疲勞強度手冊》，此處 材料系數d = 5，計算出壽命預測系數Dc-D:
[0095]
[0096]
[0097]
【主權項】
1. 一種基于Corten-Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子纟鳥尾部疲勞壽命預測方法， 其特征在于包括以下步驟： 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，得到最容易出現疲勞破壞點處總應力分布及其最大值； 3)、根據各種工況下總應力的最大值，結合已知運行時間m年中曾出現的工況，確定在 曾出現的工況中應力最大值，并求出在此工況單獨作用下電機轉子鴿尾部可使用的疲勞壽 命次數，結合已運行m年的發電電動機實際各種工況出現次數，根據Corten-Dolan準則計算 公式，可得到壽命預測系數，并根據壽命預測系數及m年計算得到該發電電動機轉子鴿尾部 的累積疲勞壽命使用年限。2. 根據權利要求1所述一種基于Corten-Dolan準則的抽水蓄能發電電動機轉子纟鳥尾部 疲勞壽命預測方法，其特征在于包括以下步驟： 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；Ο) (2) (3)式中，Q為能量損耗;kx，ky，kz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;To為環境溫度； 式中，化是渦流區（轉子繞組），V2為源電流區（定子繞組），〇為電導率，μ為相對磁導率， i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）； (4) (5) (6) I厶式中，i，j，k = I，2，3; ￡ij為應變張量;Oij為應力張量;〇ij, j為應力張量對坐標的偏導數； E為彈性模量;V為泊松比；β為熱膨脹系數；△ T為溫度相比初始溫度的變化量;Fi為外力的 分量;m, j為位移對坐標的偏導數;Sij為應力因子，i = j時為I，i辛j時為〇; 步驟2):根據抽水蓄能電廠提供實際發電啟動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(7)，求解得到轉子3號鴿尾B點（如圖2所示)在發電啟 動工況下由轉子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量 求和，得到該工況下總應力，其最大值為〇 lmax;(7) 式中，P為密度，m為位栘，其余參數與公式(6)相同； 步驟3):根據抽水蓄能電廠提供實際發電停機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(7)，求解得到轉子3號鴿尾B點在發電停機工況下由轉 子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該 工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇 2max; 步驟4):根據抽水蓄能電廠提供實際電動啟動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（7)，求解得到轉子3號鴿尾B點在電動啟動工況下由 轉子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到 該工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇 3max; 步驟5):根據抽水蓄能電廠提供實際電動停機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(7)，求解得到轉子3號鴿尾B點在電動停機工況下由轉 子離心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該 工況下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇 4max; 步驟6):根據抽水蓄能電廠提供實際甩負荷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(7)，求解得到轉子3號鴿尾B點在甩負荷工況下由轉子離 心力所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況 下總應力隨時間分布情況，其最大值為〇 5max; 步驟7):根據抽水蓄能電廠提供實際飛逸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(7)，求解得到轉子3號鴿尾B點在飛逸工況下由轉子離心力 所引起的應力隨時間分布，并與步驟1)計算得到的熱應力進行矢量求和，得到該工況下總 應力隨時間分布情況，其最大值為O 6max; 步驟8):結合電機已運行時間m年中曾出現過的工況，比較步驟2)-7)的計算結果中曾 出現過工況下的應力最大值(如果某種工況從未出現，則該工況的應力最大值無需計入比 較范圍），確定其中最大值〇max所在工況，根據該工況的總應力代入公式(8)，計算得到轉子 鴿尾部在此種工況運行情況下可使用的疲勞壽命次數N max;(8) 式中：C和a為材料疲勞系數;〇imax(i = l，2,3, . . .6)為每種工況下總應力變化曲線中的 最大值;〇-( i = 1,2,3,...6)為每種工況下總應力變化曲線中的最小值;K。，ε。，β。和隊分別 為有效應力集中系數，零件尺寸系數，表面系數和平均應力系數； 步驟9):根據發電電動機已有運行m年各種工況出現的次數m，將步驟2)-7)計算出的每 種工況最大應力值〇^(1 = 1，2,3-6)(其中如果某種工況從未出現，則不計入計算中），以 及步驟8)得到〇max和Nmax代入Corten-DoIan準則公式(9)，計算出壽命預測系數Dc-d;(9) 式中，m(i = l，2,3-_6)為電機在巳知運行年限里由工程實際統計出來的每種工況發生 的次數，d為材料常數，可根據《材料疲勞手冊》查詢； 步驟10):根據步驟9)計算得到的DC-d，以及已知實際運行年限m代入公式（10)，計算得 到預測壽命年限Nferten-Dolan，?〇)
【文檔編號】G06F17/50GK106021713SQ201610331345
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】張宇嬌, 劉東圓, 黃雄峰, 徐彬昭, 吳剛梁
【申請人】三峽大學