[发明专利]一种上导滑转子系统有限元分析方法

说明书

本发明公开了一种上导滑转子系统有限元分析方法，包括以下几个步骤：S1、按照图纸尺寸构建滑转子、绝缘层、铜带和套筒的三维模型；S2、将构建的滑转子、绝缘层、铜带和套筒三维模型绘制网格并计算得到套筒内圆的径向变形；S3、用套筒内圆的图纸尺寸减去套筒内圆的径向变形来修改套筒的三维模型；S4、构建主轴的三维模型，并将滑转子、绝缘层、铜带以及修改后的套筒划分网格，施加温度边界，计算温度场；S5、对滑转子系统添加边界条件及载荷，并导入温度场，对滑转子系统进行分析，本发明解决了现有技术对局部细节的简化与实际结构的受力偏差较大的问题，与实际情况更符合，获取了更加准确的分析结果。

技术领域

本发明涉及机械结构设计领域，特别涉及一种上导滑转子系统有限元分析方法。

背景技术

水轮发电机上导滑转子系统结构复杂，包含主轴、套筒、绝缘层、铜带以及滑转子。绝缘层、铜带与套筒先装配，再与滑转子热套，再加工热套后的套筒内壁，最后再与主轴热套，其装配关系也较复杂,因此仿真计算难度较大。

现有部分分析模型认为滑转子与套筒间的装配过盈量远大于套筒与主轴的过盈量，不会发生滑移脱开等情况，因此计算时将滑转子、绝缘层、铜带、套筒简化为一个整体结构。现有部分分析模型考虑了滑转子与绝缘层、铜带及套筒间的装配关系，但并未考虑套筒与滑转子热套装配后再加工的工艺过程。

现有分析模型存在以下的问题和缺点，部分分析模型既不考虑铜带与绝缘层的材料特性，又不考虑部件之间的装配关系，与实际情况相差甚远；还有部分分析模型考虑了铜带与绝缘层的材料特性以及滑转子与绝缘层、铜带及套筒间的装配关系，但忽略了滑转子与绝缘层、铜带及套筒装配后还需加工套筒内壁最后才与主轴热套的装配工艺，因此与实际情况不符；温度对滑转子系统的影响较大，现有分析模型没有考虑滑转子与主轴间的温度差异，计算结果会不准确。

现有技术中提出有公开号CN113051677A，公开日为2021年6月29日的中国发明专利文献，该专利文献所公开的技术方案如下：

该发明公开了一种基于ANSYS-WORKBENCH的转子系统圆弧端齿连接结构参数化建模方法，包括建立几何模型、定义材料属性、有限元网格划分，施加边界约束和载荷，以参数化变量作为输入变量，最大等效应力为输出变量进行循环仿真计算，计算对应参数的应力敏感性。通过该发明能够计算装配状态和实际工作状态下的圆弧端齿的应力分布情况，还可将材料的弹性模量、泊松比、摩擦系数以及几何尺寸、载荷等定义为参数化设计变量，分析各个参数的变化对最大等效应力的影响，分析各个设计变量的应力敏感性，建立的模型可应用于结构优化设计和强度可靠性评估过程中。

该发明能够计算装配状态和实际工作状态下的圆弧端齿的应力分布情况，还可将材料的弹性模量、泊松比、摩擦系数以及几何尺寸、载荷等定义为参数化设计变量，能够实现圆弧端齿凸齿和凹齿对应几何尺寸的谐同变化，保证凸齿和凹齿始终保持啮合状态，减少了参数的数量。还可以分析各个参数的变化对最大等效应力的影响，分析各个设计变量的应力敏感性，建立的模型可应用于结构优化设计和强度可靠性评估过程中，不过该发明模型考虑了材料特性以及装配关系，但忽略了滑转子与绝缘层、铜带及套筒装配后还需加工套筒内壁最后才与主轴热套的装配工艺，因此与实际情况不符。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种上导滑转子系统有限元分析方法，解决了现有技术对局部细节的简化与实际结构的受力偏差较大的问题，本发明进行了更接近实际的考虑。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种上导滑转子系统有限元分析方法，包括以下几个步骤：

S1、按照图纸尺寸构建滑转子、绝缘层、铜带和套筒的三维模型；

S2、将构建的滑转子、绝缘层、铜带和套筒三维模型绘制网格并计算得到套筒内圆的径向变形；

S3、用套筒内圆的图纸尺寸减去套筒内圆的径向变形来修改套筒的三维模型；