[发明专利]一种可参数化建模的发电机转子强度计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型发电机转子本体与槽楔机械强度的有限元计算方法，适用于发电机与大型电机，属于发电机本体强度计算和改进的技术领域。

背景技术

发电机转子本体强度计算是发电机总体设计的一个重要部分，涉及到转子齿部与槽楔各关键位置处的平均应力与最大应力，主要用来计算并校核发电机转子与槽楔的机械强度、优化与改进转子嵌线槽与槽楔的形状与结构尺寸，以保证发电机能够在设计使用寿命内正常运行。

以往的计算方法主要有两种：第一种是采用基于离心力和均布压力作用下旋转体应力和变形的平面应变解模型，进行经典力学公式推导与计算，即在考虑转子齿部、槽内部件及槽楔离心力的作用下，计算出转子齿与槽楔各关键位置处所受到的平均拉应力、尾部最大应力、平均剪应力、平均接触压力等，由于计算时模型简化过多，计算值较为保守，而且不能计算圆角处的集中应力；第二种是采用有限元进行计算，即针对特定机型转子，建立转子的半齿半槽模型或者转子的1/4模型来进行计算，该方法可以精确计算出齿颈、嵌线槽底部、副槽底部等各关键圆角处应力，但是每更换一种槽型甚至一个结构尺寸，就需要花费大量时间来重新建模与画网格，容易出现操作失误，而且不同研发人员在计算时的建模与网格处理方式方法有所不同，会使得计算结果存在一定的偏差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于多种转子槽型、操作简单、可实现计算方法与流程标准化的发电机转子强度有限元计算方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种可参数化建模的发电机转子强度计算方法，步骤为：

步骤1、采用经典公式计算得出离心力作用下槽内部件施加给槽楔底面的压力，其特征在于：

步骤2、输入以下参数：转子与槽楔的单元类型、单元属性与材料属性；输入转子内外径、槽分度数、槽数、极数、槽宽、齿颈槽宽、齿头底部槽宽、齿颈圆角、齿头尾部圆角、线槽槽底圆角；转子嵌线槽形状；嵌线槽槽型种类数及每种槽型的槽偏角、线槽高、总槽高；若转子嵌线槽底部含有副槽，则输入副槽宽度与副槽槽底圆角；若转子含有阻尼槽，则设置阻尼槽槽型识别参数；嵌线槽槽楔总高、槽楔肩高、槽楔斜倾角、槽楔顶部宽度、槽楔肩部宽度、槽楔底部宽度、槽楔颈部圆角、槽楔肩部圆角、槽楔顶部偏离本体外径距离；设置槽楔颈部圆角形状；若转子含有阻尼槽槽楔，设置阻尼槽槽楔形状识别参数，输入阻尼槽槽楔槽数与阻尼槽槽楔相关结构尺寸参数；计算转速、槽楔底部与槽内部件接触宽度、输入由步骤1所计算槽内部件施加给槽楔底面的压力；

步骤3、根据步骤2所输入的参数，采用可参数化转子强度计算程序将自动识别转子槽型、并生成转子本体及槽楔的几何模型，若有阻尼槽楔，则生成阻尼槽楔的几何模型；建立几何模型后，参考相关网格尺寸与网格类型，给转子本体、槽楔以及阻尼槽楔画网格，同时自动给转子与槽楔间建立接触单元、弱弹簧；然后给整个模型添加位移约束、转速以及每个槽楔底部所受到的槽内部件离心力，最后设置多载荷步进行求解。

优选地，所述参数化转子强度计算程序分为数据输入部分、几何建模部分及有限元模型建立、边界条件及求解部分。

优选地，所述数据输入部分的步骤为：

步骤1.1、设置转子与槽楔的单元类型、单元属性及材料属性；

步骤1.2、设置转子内外径、槽分度数、槽数、极数、槽宽、齿颈槽宽、齿头底部槽宽、齿颈圆角、齿头尾部圆角、线槽槽底圆角；

步骤1.3、设置转子嵌线槽齿身形状识别参数：根据转子嵌线槽齿身形状，赋予特定的转子嵌线槽齿身形状识别参数，若转子嵌线槽齿身形状为梯形，还需输入梯形底部宽度与梯形高度；

步骤1.4、若转子嵌线槽底部含有副槽，则输入副槽宽度与副槽槽底圆角；

步骤1.5、首先设置嵌线槽槽型种类数，其次采用数组形式输入每种槽型的槽偏角、线槽高、总槽高；

步骤1.6、若转子含有阻尼槽，则首先设置阻尼槽槽型识别参数，根据输入的阻尼槽槽型，为不同槽型，赋予特定的阻尼槽槽型识别参数；

步骤1.7、输入嵌线槽槽楔总高、槽楔肩高、槽楔斜倾角、槽楔顶部宽度、槽楔肩部宽度、槽楔底部宽度、槽楔颈部圆角、槽楔肩部圆角、槽楔顶部偏离本体外径距离；

步骤1.8、根据不同的槽楔颈部圆角形状，赋予特定的槽楔颈部圆角形状识别参数；若槽楔颈部圆角为内嵌式，还需输入圆角处肩宽。

步骤1.9、若转子含有阻尼槽槽楔，则根据不同的阻尼槽槽楔形状，赋予特定的阻尼槽槽楔形状识别参数，然后输入阻尼槽槽楔槽数与阻尼槽槽楔相关结构尺寸参数；