一种基于水机电耦合模型的抽水蓄能机组寿命分析方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109033488A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201810520773.0(22)申请日2018.05.25(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号申请人江西洪屏抽水蓄能有限公司(72)发明人周建中于辉许颜贺李如海王康生彭宣霖段然刘烨刘畅郭文成李超顺张楠赵志高闫双庆赖昕杰李红辉(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人李智曹葆青(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图6页(54)发明名称一种基于水机电耦合模型的抽水蓄能机组寿命分析方法(57)摘要本发明公开了一种基于水机电耦合模型的抽水蓄能机组寿命分析方法，包括：建立水轮发电机有限元模型和抽水蓄能机组全流道水体模型，分别进行瞬态电磁场仿真和瞬态流场仿真，得到水轮发电机的定转子气隙间的电磁场分布和电磁力密度、全流道流场内部压力分布与速度分布；将定转子气隙间的电磁场分布和电磁力密度、全流道流场内部压力分布与速度分布转化为瞬态激励，将瞬态激励作用于抽水蓄能电站轴系有限元模型后进行瞬态动力学仿真，得到轴系的应力应变变化云图和应力变化曲线；对应力变化曲线进行统计分析，得到载荷谱，利用载荷谱进行疲劳计算，得到抽水蓄能机组疲劳寿命。本发明获得精度更高且更加贴近工程实际的寿命分析结果。CN109033488ACN109033488A权利要求书1/2页1.一种基于水机电耦合模型的抽水蓄能机组寿命分析方法，其特征在于，包括：(1)建立水轮发电机有限元模型，对水轮发电机有限元模型进行瞬态电磁场仿真，得到水轮发电机的定转子气隙间的电磁场分布和电磁力密度；建立抽水蓄能机组全流道水体模型，对抽水蓄能机组全流道水体模型进行瞬态流场仿真，得到全流道流场内部压力分布与速度分布；(2)建立抽水蓄能电站轴系有限元模型，将定转子气隙间的电磁场分布和电磁力密度、全流道流场内部压力分布与速度分布转化为瞬态激励，将瞬态激励作用于抽水蓄能电站轴系有限元模型后进行瞬态动力学仿真，得到轴系的应力应变变化云图和应力变化曲线；(3)对应力变化曲线进行统计分析，得到载荷谱，利用载荷谱进行疲劳计算，得到抽水蓄能机组疲劳寿命。2.如权利要求1所述的一种基于水机电耦合模型的抽水蓄能机组寿命分析方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：(1-1)利用水轮发电机各部件的材料、尺寸和运行参数建立水轮发电机有限元模型，在水轮发电机有限元模型的转子部分建立圆形band计算域，将水轮发电机有限元模型的定子外测边界设置为VectorPotential边界，设置水轮发电机有限元模型的转子线圈为额定励磁电流激励，以水轮发电机有限元模型的定子外径为圆形band计算域的边界，对水轮发电机有限元模型进行瞬态电磁场仿真，得到水轮发电机的定转子气隙间的电磁场分布和电磁力密度；(1-2)利用水轮发电机各部件的材料、尺寸和水力参数建立各过流部件的三维几何模型，通过布尔运算构造各过流部件的流体域模型，结合各过流部件的三维几何模型和流体域模型，得到各过流部件的水体模型，将各过流部件的水体模型组合成抽水蓄能机组全流道水体模型；(1-3)对抽水蓄能机组全流道水体模型进行网格划分后进行瞬态流场仿真，得到全流道流场内部压力分布与速度分布。3.如权利要求1或2所述的一种基于水机电耦合模型的抽水蓄能机组寿命分析方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：(2-1)建立抽水蓄能电站轴系有限元模型，设置轴系约束，对抽水蓄能电站轴系整体进行模态分析，获得轴系各阶振型及固有频率，根据定转子气隙间的电磁场分布和电磁力密度、全流道流场内部压力分布与速度分布进行瞬态分析，得到额定工况下轴系的瞬态激励；(2-2)将瞬态激励作用于抽水蓄能电站轴系有限元模型后进行瞬态动力学仿真，得到轴系的应力应变变化云图和应力变化曲线。4.如权利要求3所述的一种基于水机电耦合模型的抽水蓄能机组寿命分析方法，其特征在于，所述轴系约束包括：将轴连接体的上下端面作固定端处理，在机组轴系导轴承处采用平面上共节点互相垂直的两对接地弹簧单元来模拟，并赋予机组轴系导轴承横向等效刚度值；在机组轴系推力轴承处用接地弹簧单元赋予机组轴系推力轴承对应的扭转等效刚度值和纵向等效刚度值。5.如权利要求3所述的一种基于水机电耦合模型的抽水蓄能机组寿命分析方法，其特征在于，所述瞬态分析包括：利用定转子气隙间的电磁场分布和电磁力密度、全流道流场内部压力分布与速度分2CN109033488A权利要求书2/2页布，得到水泵水轮机在额定工况下受到的驱动力矩与阻尼力矩，将驱动力矩与阻尼力矩加载到抽水蓄能电站轴系有限元模型，并进行瞬态分析，得到额定工况下轴系的应力与应变的分布与