基于多物理場分析的發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞壽命預(yù)測研究.pdf

1、自上世紀(jì)90年代以來，我國抽水蓄能電站迅猛發(fā)展，大量新機(jī)組陸續(xù)投入運(yùn)行，抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相及事故備用等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。與傳統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)相比，抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、單機(jī)容量大，且機(jī)組運(yùn)行工況復(fù)雜、啟動頻繁等特點(diǎn)。因其運(yùn)行狀態(tài)惡劣，加上機(jī)組投運(yùn)時(shí)間的增長，抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障頻頻發(fā)生，主要表現(xiàn)為磁軛T尾部出現(xiàn)裂紋、T尾斷裂引發(fā)磁極歪斜掃膛事故，造成主軸斷裂等。事故原因是早期發(fā)電電動機(jī)設(shè)計(jì)

2、未考慮部件材料的疲勞問題。
　　目前常采用多物理場分析方法，研究電機(jī)的電磁-熱-結(jié)構(gòu)機(jī)理，探索影響機(jī)組安全運(yùn)行的主要因素。本文以浙江安吉天荒坪抽水蓄能電廠服役中的發(fā)電電動機(jī)為研究對象，著重研究電機(jī)正常運(yùn)行、工況轉(zhuǎn)換、甩負(fù)荷、飛逸等運(yùn)行狀態(tài)下的電磁-溫度-結(jié)構(gòu)場交互作用過程，探索機(jī)組故障機(jī)理。在多物理場分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料的疲勞特性，利用疲勞強(qiáng)度理論對發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而指導(dǎo)發(fā)電電動機(jī)狀態(tài)評估和檢修方案制定。

3、r>　　首先，利用時(shí)步有限元法對該電機(jī)的瞬態(tài)電磁場進(jìn)行分析，得到電磁力、熱損耗等參量，為下一步的溫度場、結(jié)構(gòu)場計(jì)算提供激勵(lì)源輸入。接著，對發(fā)電電動機(jī)的溫度分布和熱應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算，溫度場和熱應(yīng)力的計(jì)算不僅可以知道最熱點(diǎn)出現(xiàn)的區(qū)域，還可以將熱應(yīng)力的影響考慮進(jìn)疲勞評估中。在電磁場和溫度場計(jì)算完成后，采用動力學(xué)計(jì)算方法對轉(zhuǎn)子的運(yùn)動情況進(jìn)行了分析，得到了幾種典型運(yùn)行情況下發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子各部件所受到的應(yīng)力/應(yīng)變情況——疲勞分析所需的載荷譜，彌補(bǔ)了監(jiān)

4、測傳感器存在的局限性以及靜力學(xué)分析無法考慮動態(tài)過程的特點(diǎn)，為發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子的疲勞分析奠定了基礎(chǔ)。針對多物理場計(jì)算中涉及到的數(shù)據(jù)傳遞問題，采用異型網(wǎng)格間的數(shù)據(jù)傳遞方法加以解決。
　　合理評估抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子的疲勞性能和剩余壽命是本課題的重要研究內(nèi)容，是制定機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)檢修策略的主要依據(jù)。在多物理場分析的基礎(chǔ)上，首先探尋發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子部件材料的疲勞失效機(jī)理，通過疲勞試驗(yàn)獲得轉(zhuǎn)子各部件材料的疲勞壽命特性;其次結(jié)合應(yīng)變壽命評估法對各