張宇嬌 范虹興 劉東圓 黃雄峰 姜嵐 聶靚靚

摘要：針對(duì)抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況復(fù)雜，利用常規(guī)的基于靜力學(xué)計(jì)算的疲勞強(qiáng)度校核法和單工況疲勞破壞次數(shù)評(píng)估法，極易低估疲勞損傷對(duì)機(jī)組運(yùn)行年限的累積影響。提出一種動(dòng)載荷作用下的發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子T尾部疲勞壽命評(píng)估方法。采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)求得的時(shí)變離心應(yīng)力，與電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)計(jì)算的電磁應(yīng)力、熱應(yīng)力疊加得到各工況的動(dòng)應(yīng)力載荷譜的方法，結(jié)合疲勞實(shí)驗(yàn)所得S-N（stress-life）曲線，確定疲勞破壞點(diǎn)及循環(huán)次數(shù)。根據(jù)G-M（gmver-manson）疲勞累積損傷準(zhǔn)則，結(jié)合已投運(yùn)年限內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)運(yùn)行年限。最后，以一臺(tái)廣州蓄能電站已投運(yùn)機(jī)組為例，發(fā)現(xiàn)破壞危險(xiǎn)點(diǎn)位于轉(zhuǎn)子磁極T尾部，并確定機(jī)組的運(yùn)行年限，驗(yàn)證了該評(píng)估方法的正確性。

關(guān)鍵詞：發(fā)電電動(dòng)機(jī);轉(zhuǎn)子T尾部;累積疲勞損傷;結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算;疲勞壽命預(yù)測(cè)

DoI：10.15938/j.emc.2019.08.014

中圖分類(lèi)號(hào)：TV734;TM307文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1007-449x（2019）08-0112-10

0引言

發(fā)電電動(dòng)機(jī)是抽水蓄能電站的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響電站的運(yùn)行穩(wěn)定性。不同于傳統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的多次發(fā)電啟停、電動(dòng)啟停、甩負(fù)荷和飛逸工況，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子承受電磁、溫度和時(shí)變離心力疊加導(dǎo)致的動(dòng)應(yīng)力作用。文獻(xiàn)[5]的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到142.9rev/min，轉(zhuǎn)輪葉片的應(yīng)力將超過(guò)材料的疲勞極限（Crl3Ni4Mo合金為210MPa）。上述復(fù)雜工況下，發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子更易因頻繁變化的動(dòng)載荷導(dǎo)致疲勞損傷而出現(xiàn)破壞，從而引發(fā)機(jī)組嚴(yán)重的運(yùn)行故障。研究復(fù)雜運(yùn)行工況下轉(zhuǎn)子動(dòng)載荷作用下的疲勞損傷及運(yùn)行年限。無(wú)論是已投運(yùn)機(jī)組檢修策略的制定，還是機(jī)組國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)都具有重要意義。

目前，以發(fā)電電動(dòng)機(jī)為對(duì)象的研究大多集中在變頻啟動(dòng)方式研究，電磁一溫度場(chǎng)耦合分析，穩(wěn)態(tài)應(yīng)力分析。然而，由于動(dòng)力學(xué)計(jì)算方程和運(yùn)行年限預(yù)測(cè)方程復(fù)雜，對(duì)于發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子承受動(dòng)載荷作用下的時(shí)變應(yīng)力分析，以及疲勞運(yùn)行年限評(píng)估方面的研究較少。機(jī)組設(shè)計(jì)制造中為預(yù)防結(jié)構(gòu)疲勞破壞采取如下簡(jiǎn)化方法：基于靜力學(xué)計(jì)算的轉(zhuǎn)子疲勞強(qiáng)度因子校核法;常規(guī)單工況疲勞破壞循環(huán)次數(shù)計(jì)算法。考慮到發(fā)電電動(dòng)機(jī)的特殊運(yùn)行情況，常規(guī)方法無(wú)法準(zhǔn)確的評(píng)估復(fù)雜工況下結(jié)構(gòu)上的動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化過(guò)程，和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)機(jī)組因疲勞破壞出現(xiàn)運(yùn)行故障的年限。同時(shí)，上述2種方法極易低估了發(fā)電電動(dòng)機(jī)復(fù)雜運(yùn)行工況下的累積疲勞損傷對(duì)機(jī)組運(yùn)行年限縮減的累積影響效應(yīng)。

為分析復(fù)雜工況下頻繁變化的時(shí)變應(yīng)力對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行年限的累積影響，本文提出了動(dòng)載荷作用下發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子T尾部的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。首先，建立周期性有限元分析模型。隨后，采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算各工況下的時(shí)變離心力，與電磁一熱一結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的電磁應(yīng)力、熱應(yīng)力相疊加作為疲勞壽命計(jì)算的載荷。設(shè)計(jì)疲勞實(shí)驗(yàn)確定s-N曲線，計(jì)算各工況下結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。確定疲勞破壞危險(xiǎn)點(diǎn)的位置及循環(huán)周次。最后，根據(jù)G-M（grover-man-son）疲勞累積損傷準(zhǔn)則，結(jié)合已運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)使用年限。本文選取南方電網(wǎng)廣州蓄能電站的一臺(tái)已投運(yùn)發(fā)電電動(dòng)機(jī)應(yīng)用動(dòng)載荷作用下的疲勞壽命評(píng)估方法，發(fā)現(xiàn)破壞危險(xiǎn)點(diǎn)位于轉(zhuǎn)子磁極T尾部，并確定機(jī)組的運(yùn)行年限。

1動(dòng)載荷作用T疲勞壽命評(píng)估方法

評(píng)估發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行年限的前提是正確分析發(fā)電啟停、電動(dòng)啟停、甩負(fù)荷和飛逸工況下結(jié)構(gòu)上的交變應(yīng)力，并考慮各工況下結(jié)構(gòu)上的疲勞損傷對(duì)運(yùn)行年限縮減的累積效應(yīng)。這是一個(gè)涉及到電磁學(xué)、傳熱學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、材料學(xué)和疲勞破壞的多學(xué)科領(lǐng)域交叉的問(wèn)題，具體流程如圖1所示。

首先，建立發(fā)電電動(dòng)機(jī)周期性有限元分析模型。隨后，由磁一結(jié)構(gòu)計(jì)算求取電磁應(yīng)力;并提取電機(jī)全域的電磁損耗作為熱一結(jié)構(gòu)計(jì)算的熱源，分析電機(jī)全域溫度分布和轉(zhuǎn)子上的熱應(yīng)力;提取機(jī)組實(shí)際運(yùn)行曲線，采用時(shí)域動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算各工況時(shí)變離心應(yīng)力。疊加上述3類(lèi)應(yīng)力，分析各種運(yùn)行情況下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力。對(duì)于超過(guò)材料屈服極限的部件，改進(jìn)其結(jié)構(gòu)從而預(yù)防破壞。

選取轉(zhuǎn)子部件實(shí)際材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定反映循環(huán)應(yīng)力幅和循環(huán)周次的函數(shù)關(guān)系的S—N曲線。結(jié)合已求得的時(shí)變應(yīng)力曲線，確定轉(zhuǎn)子上破壞危險(xiǎn)點(diǎn)的位置并計(jì)算各工況的最小循環(huán)周次?？紤]復(fù)雜工況對(duì)結(jié)構(gòu)剩余壽命的累積影響，結(jié)合疲勞損傷準(zhǔn)則預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行年限。最后，根據(jù)已確定的破壞危險(xiǎn)點(diǎn)位置和破壞出現(xiàn)年限，為機(jī)組的檢修周期安排提供理論依據(jù)。

1.1結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

電機(jī)內(nèi)的瞬態(tài)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子上的電流相互拉扯產(chǎn)生電磁力。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，選取穩(wěn)態(tài)電磁力分析其導(dǎo)致的應(yīng)力，應(yīng)力計(jì)算的張量方程為：

2模型和參數(shù)

本節(jié)中，選擇一臺(tái)中國(guó)南方電網(wǎng)廣州抽水蓄能電站的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，建立有限元模型。選取轉(zhuǎn)子各部件材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定力學(xué)性能和S-N曲線。

2.1模型

忽略端部效應(yīng)，電機(jī)具有很明顯的軸向?qū)ΨQ(chēng)性。故選取二維模型分析轉(zhuǎn)子時(shí)變應(yīng)力。從圖2可以看出，二維模型具有明顯的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性。為簡(jiǎn)化計(jì)算，選取1/12模型作為分析對(duì)象。表1為電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)。磁極和磁軛通過(guò)T尾部直接相連，該部位直接限制磁極的離心運(yùn)動(dòng)，是電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)峰值離心力的區(qū)域。其中，轉(zhuǎn)子磁極材料為500TG硅鋼;轉(zhuǎn)子磁軛材料為SD320硅鋼。

2.2疲勞實(shí)驗(yàn)

本文選取的機(jī)組轉(zhuǎn)子各部件的力學(xué)性能參數(shù)由電測(cè)法試驗(yàn)測(cè)得，試驗(yàn)對(duì)象主要包括：磁軛材料一SD320硅鋼;磁極材料-500TG硅鋼。同時(shí)，安排材料拉伸試驗(yàn)測(cè)得了各部件的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。具體參數(shù)如表2所示。

為獲取轉(zhuǎn)子各部件材料的疲勞性能參數(shù)，選取磁極、磁軛的備片經(jīng)加工處理成圖3（b）所示的疲勞試樣。利用圖3（a）所示的RUMUL高頻疲勞試驗(yàn)樣機(jī)。在室溫條件下加載頻率為110Hz左右的對(duì)稱(chēng)拉壓應(yīng)力幅（R=-1），進(jìn)行高周疲勞試驗(yàn)。建立應(yīng)力幅σR和循環(huán)次數(shù)Ⅳ問(wèn)的關(guān)系（S-N曲線），如圖3所示。其中，500TG硅鋼的疲勞極限為300MPa;SD320硅鋼的疲勞極限為315MPa。

3轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力分析

本節(jié)中計(jì)算了轉(zhuǎn)子上由電磁力、溫升和時(shí)變離心力疊加作用的動(dòng)應(yīng)力。具體計(jì)算內(nèi)容為：1）電磁力導(dǎo)致的應(yīng)力根據(jù)磁一結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)計(jì)算可得;2）提取電磁損耗分析電機(jī)的溫升，并由熱一結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)計(jì)算計(jì)算熱應(yīng)力;3）根據(jù)機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速變化曲線，利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)構(gòu)上的時(shí)變離心應(yīng)力。

3.1磁一結(jié)構(gòu)分析

選取二維模型計(jì)算轉(zhuǎn)子的電磁力時(shí)，將端部效應(yīng)用集中參數(shù)的方法計(jì)入電路方程中。采用場(chǎng)路耦合法設(shè)定外電路，在定子繞組上加載電壓激勵(lì)。其等效電路和電路參數(shù)的計(jì)算方程可參照文獻(xiàn)[29]。根據(jù)表1中的運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算端部繞組電阻為0.0013Ω，漏感為4.2908uH。負(fù)載電阻為0.87Ω，電感為0.0013uH。外電路電壓的有效值為14.695kV。

圖4所示為機(jī)組2種工況下定子電流波形，其中，發(fā)電工況相電流峰值為15.48kA，電動(dòng)工況相電流峰值為15.88kA。根據(jù)表1提供的運(yùn)行參數(shù)，由解析法計(jì)算實(shí)際情況下定子電流的峰值，其中，發(fā)電工況相電流峰值為15.15kA，電動(dòng)工況為15.75kA。對(duì)比仿真計(jì)算結(jié)果，發(fā)電和電動(dòng)工況下的相對(duì)誤差分別為2.13%和0.82%。

圖5為發(fā)電和電動(dòng)2種工況下轉(zhuǎn)子上電磁力波形圖。由圖可見(jiàn)，電動(dòng)工況下的最大電磁力為13.5MN，高于發(fā)電工況下13.0MN的最大電磁力。提取電動(dòng)工況下轉(zhuǎn)子上的電磁力，分析其在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上導(dǎo)致的應(yīng)力。圖6為電磁力單獨(dú)作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布圖，轉(zhuǎn)子最大應(yīng)力出現(xiàn)在磁軛T尾槽，達(dá)到2.12MPa。

3.2熱一結(jié)構(gòu)分析

由于發(fā)電電動(dòng)機(jī)發(fā)電與電動(dòng)啟、停過(guò)程不超過(guò)5min，且發(fā)生甩負(fù)荷或飛逸情況時(shí)間通常為十幾秒。熱應(yīng)力是由于溫度變化引起的，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在啟動(dòng)的短時(shí)過(guò)程中，溫升幾乎為0，因此在啟動(dòng)工況下可以忽略熱應(yīng)力的影響。此外，根據(jù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，甩負(fù)荷與飛逸工況基本都是在穩(wěn)定運(yùn)行情況下突然發(fā)生的，與停機(jī)過(guò)程相同，此時(shí)的溫度仍然是穩(wěn)定運(yùn)行工況下的溫度值，而轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力也依然由前一個(gè)過(guò)程的溫升引起。綜合上述原因，本文在考慮熱應(yīng)力時(shí)，采用的是穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算方法。通常機(jī)組實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷常低于滿(mǎn)負(fù)荷，所以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷計(jì)算電磁損耗作為溫度場(chǎng)的熱源。根據(jù)實(shí)際散熱條件，由式（4）計(jì)算定子鐵心表面和轉(zhuǎn)子磁極表面的等效導(dǎo)熱系數(shù)。環(huán)境溫度設(shè)定為28℃。

圖7所示為電機(jī)溫度分布云圖。其中，根據(jù)圖7（b）可以看出磁極的溫度分布沿著徑向遞增，在磁極外徑出現(xiàn)轉(zhuǎn)子峰值溫度，達(dá)到71.2℃。考慮到轉(zhuǎn)子熱形變沿半徑方向不受約束，不會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)力集中。結(jié)合圖7（c）給出的磁軛溫度分布可以看出，轉(zhuǎn)子T尾部的峰值溫度出現(xiàn)在磁軛T尾槽的T1點(diǎn)和T2點(diǎn)，達(dá)到68.4℃。上述2個(gè)區(qū)域的熱形變被磁極T尾所約束，會(huì)導(dǎo)致T尾部的熱應(yīng)力過(guò)大。

圖8為安裝在定子鐵心中部的機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)示意圖。由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的機(jī)組實(shí)際運(yùn)行溫度變化區(qū)間為61.72℃到64.81℃，取其平均值為63.27℃。對(duì)比圖7（a）中的定子鐵心溫度分布，測(cè)溫點(diǎn)的溫度仿真結(jié)果約為65.3℃，與實(shí)際溫度情況相對(duì)比的誤差僅為3.2%。

圖9為轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力的分布情況。對(duì)比圖9（a）和圖9（b）中的應(yīng)力分布情況可以得出，最大熱應(yīng)力出現(xiàn)在磁極T尾部，達(dá)到195MPa。而轉(zhuǎn)子除T尾部外的熱應(yīng)力較小，僅為20MPa。并且，T尾部處出現(xiàn)的最大熱應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)不會(huì)因溫度變化出現(xiàn)破壞。

3.3時(shí)變離心應(yīng)力分析

根據(jù)廣州蓄能電站某機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行曲線，模擬轉(zhuǎn)子發(fā)電模式啟停工況、電動(dòng)模式啟停工況、甩負(fù)荷工況和飛逸工況的轉(zhuǎn)速變化。各工況轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化曲線如圖10所示。

圖11為發(fā)電工況下結(jié)構(gòu)僅受離心力作用的應(yīng)力分布情況。峰值應(yīng)力出現(xiàn)磁軛順時(shí)針?lè)较虻?個(gè)T尾槽，達(dá)到416MPa。對(duì)比圖6（b）中由電磁力導(dǎo)致的最大應(yīng)力結(jié)果，其僅占到離心力導(dǎo)致應(yīng)力的0.48%。對(duì)比圖9中的熱應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，熱應(yīng)力占到離心力導(dǎo)致應(yīng)力的41.4%。計(jì)算轉(zhuǎn)子上的動(dòng)態(tài)應(yīng)力時(shí)，忽略電磁力的影響，同時(shí)根據(jù)3.2節(jié)中的分析，僅在停機(jī)、甩負(fù)荷及飛逸工況下疊加熱應(yīng)力和離心力導(dǎo)致的應(yīng)力。

圖12為不同工況下轉(zhuǎn)子應(yīng)力分布情況圖。其中，發(fā)電工況下的最大應(yīng)力出現(xiàn)在5號(hào)T尾部B點(diǎn)處，這是因?yàn)闄C(jī)組做發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。而做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使得其結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力點(diǎn)出現(xiàn)在1號(hào)T尾A點(diǎn)。這將導(dǎo)致發(fā)電及電動(dòng)2種工況下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)最大疲勞損傷的位置不同，分析復(fù)雜工況下轉(zhuǎn)子疲勞壽命時(shí)需要分別針對(duì)A點(diǎn)和B點(diǎn)分別考慮。

對(duì)比圖12和圖11中的應(yīng)力數(shù)值可以看出，結(jié)構(gòu)承受離心力作用時(shí)的最大應(yīng)力值為416MPa。然而，計(jì)及熱應(yīng)力的影響后，結(jié)構(gòu)上的最大應(yīng)力上升到466MPa。可以得出，正常運(yùn)行下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力大于由溫度或離心力單獨(dú)作用的應(yīng)力。對(duì)于采取T尾部連接的轉(zhuǎn)子，機(jī)組劇烈的溫度變化和工況切換時(shí)頻繁變化的離心力都將加劇結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。

圖13是轉(zhuǎn)子在發(fā)電模式啟動(dòng)、停機(jī)和電動(dòng)模式下啟動(dòng)、停機(jī)，以及甩負(fù)荷、飛逸工況下的時(shí)變應(yīng)力曲線。在甩負(fù)荷工況下，經(jīng)過(guò)6s轉(zhuǎn)子的疊加應(yīng)力從466MPa變化到495MPa;在飛逸工況下，經(jīng)過(guò)5s轉(zhuǎn)子的疊加應(yīng)力從466MPa變化到585MPa?？梢钥闯鰴C(jī)組在不同工況切換時(shí)，轉(zhuǎn)子上應(yīng)力會(huì)發(fā)生明顯的變化。在甩負(fù)荷和飛逸工況下，結(jié)構(gòu)的峰值應(yīng)力都不超過(guò)材料的屈服極限，因此結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生靜力學(xué)破壞。由于發(fā)電電動(dòng)機(jī)在多種工況下的頻繁切換，應(yīng)力循環(huán)超過(guò)疲勞極限導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞損傷，最終造成轉(zhuǎn)子壽命減短。

4運(yùn)行年限預(yù)測(cè)

圖12表明不同工況下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)最大應(yīng)力的位置不同，分別出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子1號(hào)T尾A點(diǎn)和5號(hào)T尾B點(diǎn)。計(jì)及復(fù)雜工況運(yùn)行下的累積損傷，這2點(diǎn)為最易出現(xiàn)疲勞破壞的位置。本節(jié)中，根據(jù)圖13中的4點(diǎn)和B點(diǎn)2個(gè)位置的時(shí)變應(yīng)力曲線和圖3中的材料s-N曲線，分別計(jì)算各工況下A點(diǎn)和B點(diǎn)最小循環(huán)周次。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行年限下各工況已發(fā)生次數(shù)，分別預(yù)測(cè)A點(diǎn)和B點(diǎn)的運(yùn)行年限，確定最短年限即為結(jié)構(gòu)的剩余壽命。

表3為機(jī)組已投運(yùn)13年內(nèi)各工況的已發(fā)生次數(shù)。根據(jù)式（8）和式（9）計(jì)算4點(diǎn)裂紋形成階段的累積損傷因子為0.255，裂紋擴(kuò)展階段的累積損傷因子為1.89。根據(jù)式（10）預(yù)測(cè)4點(diǎn)的運(yùn)行年限為57.6年。同樣的，可預(yù)測(cè)B點(diǎn)的運(yùn)行年限為47.4年。對(duì)比機(jī)組50年的設(shè)計(jì)運(yùn)行年限，其中，B點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)誤差為5.2%。然而，A點(diǎn)的運(yùn)行年限結(jié)果明顯高于設(shè)計(jì)年限，這是因?yàn)椋姍C(jī)設(shè)計(jì)時(shí)基于靜力學(xué)結(jié)果評(píng)估壽命強(qiáng)度難以計(jì)及復(fù)雜工況下結(jié)構(gòu)上的動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化以及各工況累積效應(yīng)對(duì)壽命的影響。從圖13可以看出，A點(diǎn)出現(xiàn)最大應(yīng)力的工況僅為電動(dòng)模式啟停機(jī)，而B(niǎo)點(diǎn)出現(xiàn)最大應(yīng)力的工況為發(fā)電模式啟停機(jī)、甩負(fù)荷和飛逸。復(fù)雜工況運(yùn)行時(shí)，A點(diǎn)的結(jié)構(gòu)損傷小于B點(diǎn)，而電機(jī)設(shè)計(jì)運(yùn)行年限時(shí)并未考慮因工況變化導(dǎo)致的不同位置的損傷。因此，準(zhǔn)確計(jì)算各工況下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布，并考慮復(fù)雜工況下累積損傷對(duì)壽命的影響，分析各工況下出現(xiàn)最大應(yīng)力位置的疲勞壽命，可以更好的預(yù)測(cè)發(fā)電電動(dòng)機(jī)復(fù)雜工況運(yùn)行情況下的年限。

5結(jié)論

本文針對(duì)抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)機(jī)復(fù)雜運(yùn)行情況下頻繁變化的時(shí)變應(yīng)力和累積損傷對(duì)轉(zhuǎn)子疲勞壽命的影響，提出動(dòng)載荷作用下的轉(zhuǎn)子T尾部運(yùn)行年限預(yù)測(cè)方法，評(píng)估了一臺(tái)實(shí)際運(yùn)行于廣州蓄能電站的機(jī)組的運(yùn)行年限。得到以下主要結(jié)論：

1）與傳統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)相比，發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)更易因動(dòng)載荷作用的疲勞損傷累積導(dǎo)致破壞。常規(guī)強(qiáng)度校核法和破壞次數(shù)評(píng)估法無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估動(dòng)載荷作用的疲勞損傷對(duì)轉(zhuǎn)子壽命的累積影響，本文提出的動(dòng)載荷作用下轉(zhuǎn)子T尾部疲勞壽命評(píng)估方法對(duì)預(yù)防蓄能機(jī)組的疲勞破壞具有工程實(shí)際意義。

2）結(jié)合多物理場(chǎng)耦合分析和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算研究機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中電磁力、溫度和時(shí)變離心力在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上疊加導(dǎo)致的時(shí)變應(yīng)力發(fā)現(xiàn)，電磁應(yīng)力遠(yuǎn)小于其他兩項(xiàng)的影響，因此可忽略不計(jì)。

3）T尾結(jié)構(gòu)的疲勞破壞危險(xiǎn)點(diǎn)位于1號(hào)和5號(hào)T尾的45°倒角處，在制定檢修工作計(jì)劃時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注該部位。此外，對(duì)于電機(jī)制造廠家，可重點(diǎn)關(guān)注倒角處的設(shè)計(jì)，改進(jìn)倒角結(jié)構(gòu)以提高產(chǎn)品的使用壽命。