一种上导滑转子系统有限元分析方法技术方案

本发明专利技术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，本发明专利技术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。确的分析结果。确的分析结果。

【技术实现步骤摘要】
一种上导滑转子系统有限元分析方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]现有技术中提出有公开号CN113051677A，公开日为2021年6月29日的中国专利技术专利文献，该专利文献所公开的技术方案如下：该专利技术公开了一种基于ANSYS
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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。通过该专利技术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。
[0006]该专利技术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，不过该专利技术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。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术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，本专利技术进行了更接近实际的考虑。
[0008]本专利技术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；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。
[0009]进一步的，所述S1步骤还包括输入不同部件的材料特性参数的步骤。
[0010]进一步的，所述材料特性参数包括密度、弾性模型、泊松比和热膨胀系数。
[0011]进一步的，所述S1步骤中构建绝缘层和铜带的三维模型时，将铜带与绝缘层分别简化为空心圆柱。
[0012]进一步的，所述铜带直接与套筒接触，绝缘层设置在铜带外，绝缘层简化为一个空心圆柱，所述绝缘层简化的空心圆柱的厚度为多层绝缘层的厚度之和。
[0013]进一步的，所述S2步骤中滑转子与绝缘层建立标准接触、绝缘层与铜带建立绑定接触、铜带与套筒建立标准接触。
[0014]进一步的，所述主轴的三维模型取滑转子系统中的主轴部分进行构建。
[0015]进一步的，所述步骤S4中，计算温度场时，主轴与套筒建立绑定接触。
[0016]进一步的，所述步骤S5中，主轴与套筒建立标准接触。
[0017]进一步的，所述分析包括计算出滑转子系统的应力及变形的步骤。
[0018]本专利技术的有益效果表现在：1、本专利技术考虑了滑转子系统的配合关系以及装配、加工顺序，将工艺过程中滑转子与绝缘层、铜带及套筒在热套过程中产生的径向变形首次纳入计算；径向变形值远大于主轴与套筒间的过盈配合，又由于滑转子轴向刚度的不同，径向变形会沿轴向发生变化，因此径向变形会影响整个滑转子系统的变形分布，将工艺过程中先热套再加工的过程进行了仿真，得到了热套并加工后的更加真实的套筒三维模型，使结果更加准确，最后还考虑了滑转子系统运行时部件的温度差异，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，考虑了滑转子系统的装配、加工顺序，还考虑了滑转子系统运行时部件的温度差异，与实际情况更符合，获取了更加准确的分析结果。
[0019]2、本专利技术中，S1步骤还包括输入不同部件的材料特性参数的步骤，加入对不同部件的材料特性的考虑，对滑转子系统进行更全面的考虑，增加分析结果的准确性。
[0020]3、本专利技术中，材料特性参数包括密度、弾性模型、泊松比和热膨胀系数，更接近实际的考虑，提高分析结果的准确性。
[0021]4、本专利技术中，S1步骤中构建绝缘层和铜带的三维模型时，简化绝缘层与铜带的结构，将铜带与绝缘层分别简化为空心圆柱，对绝缘层、铜带部件做适当简化，提高了计算效率。
[0022]5、本专利技术中，铜带直接与套筒接触，绝缘层设置在铜带外，绝缘层简化为一个空心圆柱，所述绝缘层简化的空心圆柱的厚度为各层绝缘层的厚度之和，实际应用中，需要在套筒上缠绕一定层数的绝缘层，然后再缠绕铜带，最后再在铜带上缠绕一定层数的绝缘层，通过该方式进行三维模型的构建过于复杂，且计算难度过大，不方便进行计算，故在三维模型的构建时进行简化，直接将铜带设置在套筒外，绝缘层设置在铜带外，绝缘层简化为一个空心圆柱，所述绝缘层简化的空心圆柱的厚度为各层绝缘层的厚度之和，降低构建难度和计算难度。
[0023]6、本专利技术中，S2步骤中滑转子与绝缘层建立标准接触、绝缘层与铜带建立绑定接触、铜带与套筒建立标准接触，主轴不参与计算，根据实际情况对各部位进行考虑，提高计算效率与结果的准确性。
[0024]7、本专利技术中，主轴的三维模型取滑转子系统中的主轴部分进行构建，用以简化模型，无需对整个主轴进行构建，提高计算效率。
[0025]8、本专利技术步骤S4中，计算温度场时，主轴与套筒建立绑定接触，滑转子与绝缘层、铜带及套筒热套本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种上导滑转子系统有限元分析方法，其特征在于，包括以下几个步骤：S1、按照图纸尺寸构建滑转子（5）、绝缘层（3）、铜带（4）和套筒（2）的三维模型；S2、将构建的滑转子（5）、绝缘层（3）、铜带（4）和套筒（2）三维模型绘制网格并计算得到套筒（2）内圆的径向变形；S3、用套筒（2）内圆的图纸尺寸减去套筒（2）内圆的径向变形来修改套筒（2）的三维模型；S4、构建主轴（1）的三维模型，并将滑转子（5）、绝缘层（3）、铜带（4）以及修改后的套筒（2）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。2.根据权利要求1所述的一种上导滑转子系统有限元分析方法，其特征在于，所述S1步骤还包括输入不同部件的材料特性参数的步骤。3.根据权利要求2所述的一种上导滑转子系统有限元分析方法，其特征在于，所述材料特性参数包括密度、弾性模型、泊松比和热膨胀系数。4.根据权利要求1所述的一种上导滑转子系统有限元分析方法，其特征在于，所述S1步骤中还包括简化绝缘层（3）与铜带（4）的结构的步骤，将铜带（4）与绝缘层（3）分别简化为空心圆柱。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：汤琴，何启源，陈昌林，罗功富，张建伟，王世建，周俊鹏，孙锋，杜轩，张乐，
申请(专利权)人：东方电气集团东方电机有限公司，
类型：发明
国别省市：