大容量高转速同步电动机转子结构强度分析

翁祥玲, 蔡恒川 , 刘秀君, 李 良

(1. 山东齐鲁电机制造有限公司，山东 济南 250100；2. 山东彼岸电力科技有限公司，山东 章丘 250200)

0 引 言

同步电动机具有温度低、运行稳定、输出功率大等优点，能向电网发送无功功率，支持电网电压，有利于改善电网的功率因数，在石油、化工、冶金等各行业的大型设备中得到广泛使用。

本文主要针对在高转速4320r/min下同步电动机转子的齿部、槽楔和风扇的应力进行分析。

1 有限元分析方法

有限元分析从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析，其基本概念是用较简单的问题代替复杂问题求解。理论上已证明，只要用于离散求解对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。有限元分析不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段[ 1]。实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。本文采用Ansys11.0软件有限元法分析转子的齿部、槽楔和风扇的应力。

2 强度分析

2.1 建立物理模型

本文通过CAD软件创建了物理模型。转子本体的物理模型如图1所示，转子风扇的物理模型如图2所示。

图1 转子本体的物理模型

图2 转子风扇的物理模型

2.2 网格划分

所有网格的单元均采用四面体单元。转子本体的模型共有8652个单元，56493个节点。转子风扇的模型共有21287个节点，10054个单元。转子本体的网格划分如图3所示，转子槽楔的网格划分如图4所示，转子风扇的网格划分如图5所示。

图3 转子本体的网格划分

图4 转子槽楔的网格划分

图5 转子风扇的网格划分

2.3 计算结果

在超速状况下，旋转角速度ω=452rad/s，转子各部分受力最大。转子整体的应力计算结果如图6所示。

图6 转子整体的应力计算结果

转子齿部的最大应力计算结果如图7所示。

齿根处的最大应力为

σ1=257MPa

齿头处的最大应力为

σ2=115MPa

根据上述应力分析计算，合理选取转子锻件材料，满足设计要求。

转子槽楔的最大应力计算结果如图8所示。

槽楔的最大应力为

σ=169MPa

根据上述应力分析计算，合理选取转子槽楔材料，满足设计要求。

转子风扇的最大应力计算结果如图9所示。

风扇环的最大应力为

σmax=268MPa

风扇叶的最大应力为

σmax=253MPa

根据上述应力分析计算，合理选取转子风扇锻件材料，满足设计要求。

图8 转子槽楔的最大应力计算结果

图9 转子风扇的应力计算结果

3 结 语

本文采用Ansys11.0 软件有限元法分析了大容量、高转速同步电动机转子的齿部、槽楔和风扇的应力，对旋转部件转子部分各主要部件的应力分析作了详细论述，得出转子部分各主要各部件的应力分布及最大应力集中点分布。利用有限元计算方案求解工程结构的理论应力不受材料、结构形状等条件限制，不但省时、省力、节约费用，而且通用、可靠、精确，是一种值得推广的分析方法。

【参考文献】

[1] 梁醒培，王辉.应用有限元分析[M].北京： 清华大学出版社，2010.

[2] 张洪信，管殿柱.有限元基础理论与ANSYS11.0应用[M].北京： 机械工业出版社，2009.