摘要：本文對(duì)水利發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子壽命預(yù)測(cè)的分析主要由全壽命分析理論來(lái)進(jìn)行。全壽命分析理論是一個(gè)系統(tǒng)工程，其是一個(gè)科學(xué)的理論。全壽命分析理論貫穿于水利發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子壽命預(yù)測(cè)的全過(guò)程，并且在每個(gè)環(huán)節(jié)都有密切聯(lián)系。水輪發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、推力軸承、機(jī)架、冷卻系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)等組成。本文主要對(duì)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行分析，分別從水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心體的應(yīng)力計(jì)算、水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心提壽命計(jì)算兩個(gè)方面詳細(xì)闡述。
　　關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；壽命；預(yù)測(cè)
　　1. 水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心體的應(yīng)力計(jì)算
　　貫流機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分三維模型的構(gòu)建根據(jù)其設(shè)計(jì)圖來(lái)進(jìn)行，從發(fā)電機(jī)軸承處將主軸截?cái)啵�其主要包括發(fā)電機(jī)軸承以下主軸、磁軛、磁軛鍵、轉(zhuǎn)子中心體、轉(zhuǎn)子中心體合縫面螺栓以及聯(lián)軸螺栓。用接觸單元將主軸法蘭面和中心體法蘭面連接、將轉(zhuǎn)子中心體合縫面連接、將徑向銷(xiāo)與兩個(gè)法蘭面連接將磁軛鍵和中心體及磁軛連接。轉(zhuǎn)子中心體的集合模型和邊界條件如圖1所示，在額定工況和飛逸工況下，轉(zhuǎn)子中心體應(yīng)力分布結(jié)果如圖2所示。
　　
　　圖1轉(zhuǎn)子中心體模型及邊界條件
　　
　　圖2轉(zhuǎn)子中心體應(yīng)力分布結(jié)果
　　危險(xiǎn)點(diǎn)位置的確定由靜態(tài)計(jì)算，然后該點(diǎn)應(yīng)力譜再由等效計(jì)算來(lái)得到，所得時(shí)域圖如圖3所示。
　　
　　圖3飛逸工況危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力譜時(shí)域圖
　　2. 水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心提壽命計(jì)算
　　鋼Q235為轉(zhuǎn)子中心體材料，對(duì)轉(zhuǎn)子中心體材料在應(yīng)力比R=0.047的條件下來(lái)進(jìn)行疲勞測(cè)試，如圖4所示，常數(shù)和對(duì)數(shù)S-N曲線，其中，應(yīng)力循環(huán)最大值在縱坐標(biāo)上。數(shù)據(jù)現(xiàn)行度為0.995，由此可見(jiàn)數(shù)據(jù)具有較高的可信度。
　　根據(jù)熱像法測(cè)定實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)子中心體材料在R=-1的荷載特征條件下，161Mpa為疲勞極限，154Mpa為R=0的荷載特征條件下的疲勞極限。平均應(yīng)力修正分別用Goodman方法和Gerber方法來(lái)進(jìn)行。經(jīng)驗(yàn)證表明，對(duì)于轉(zhuǎn)子中心體材料鋼Q235在R=0條件下，162.5MPa為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)疲勞極限，可見(jiàn)其具有較高的精確度。
　　
　　圖4Q235S-N曲線
　　在兩工況下正常運(yùn)行，疲勞分析計(jì)算結(jié)果不受應(yīng)力修正方法種類(lèi)的影響，其都沒(méi)有破壞點(diǎn)。換句話說(shuō)，只要應(yīng)力在啟動(dòng)過(guò)程中單調(diào)遞增，應(yīng)力在停機(jī)過(guò)程中單調(diào)遞減，機(jī)組所能承受的啟停次數(shù)是一樣的。因此，啟停機(jī)過(guò)程中的應(yīng)力時(shí)域譜可用歸一化后的半周期標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線來(lái)對(duì)其進(jìn)行模擬。
　　計(jì)算結(jié)果表明，轉(zhuǎn)子中心體疲勞壽命不會(huì)受在額定工況下的啟停機(jī)過(guò)程影響。而在飛逸工況下，疲勞破壞發(fā)生在啟停機(jī)271次后。疲勞破壞發(fā)生的位置和壽命分布如圖5所示。
　　
　　圖5Goodman平均應(yīng)力修正計(jì)算結(jié)果
　　一般情況下，將疲勞安全系數(shù)設(shè)置在機(jī)件在原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，從而使得在額定工況下的啟停機(jī)和運(yùn)行過(guò)程確保對(duì)機(jī)件不會(huì)造成疲勞損傷。在R=-1的條件下，轉(zhuǎn)子中心體最大等效應(yīng)力的計(jì)算通過(guò)Goodman修正平均應(yīng)力方法，其多得到的值為76.48MPa，其疲勞極限要比161MPa小的多，因此，疲勞破壞不會(huì)發(fā)生在轉(zhuǎn)子中心體中，其驗(yàn)證了結(jié)果的準(zhǔn)確度。
　　3. 結(jié)語(yǔ)
　　本文主要對(duì)國(guó)際疲勞試驗(yàn)進(jìn)行模擬，在模擬過(guò)程中主要采用全壽命分析理論和數(shù)值方法來(lái)進(jìn)行，所得結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的最大誤差為6.58%，從而使得數(shù)值方法的可信度和精確度被驗(yàn)證出來(lái)。本文水利發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心體采用的鋼Q235，根據(jù)其合金鋼疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)把S-N曲線繪制出來(lái)，然后在根據(jù)S-N曲線計(jì)算轉(zhuǎn)子中心體疲勞壽命。因此，對(duì)啟停機(jī)頻率進(jìn)行降低，盡量使機(jī)組運(yùn)行在額定工況附近，從而使飛逸工況的出現(xiàn)得以避免，這種方法同時(shí)也是對(duì)轉(zhuǎn)子中心體發(fā)生疲勞損壞進(jìn)行避免的最有效方法。如果機(jī)組必須由停機(jī)啟動(dòng)至飛逸工況附近，應(yīng)及時(shí)檢修機(jī)組。可以參考圖5確定重點(diǎn)檢測(cè)部位來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)子中心體的檢修工作。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]]胡金榮.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子改造的若干技術(shù)問(wèn)題[J].水電站機(jī)電技術(shù),1992,(04).