主氦风机驱动电机转子的强度研究与结构优化

摘要

不可再生资源的日趋减少和经济的快速发展使得我国对核电的需求量越来越大，大型主氦风机驱动电机是核电站反应堆一回路冷却剂（氦气）循环的驱动设备，通过其驱动冷却剂为核电站反应堆提供冷却介质，其转子在高速运行下会受到较大的离心力作用，准确计算转子的强度对电机的稳定运行尤为重要。
　　本文对转子冲片的周向应力进行了分析，以一台最大运行转速为4200r/min的主氦风机驱动电机的转子为算例，运用解析法得出了其转子冲片的内圆周向应力值，建立了转子的三维模型，运用有限元法得出了转子铁心周向应力云图，将有限元法得出的转子冲片内圆周向应力值与解析法得出的结果进行了对比，从而对本文运用的分析方法的正确性进行了验证。
　　运用有限元法仿真计算了不同工况下转子铁心的Mises等效应力分布情况，并对转子冲片的强度进行了校核。采用控制变量法分析得出了转子铁心与轴的装配过盈量、转子转速、转子温度这三种因素对转子冲片Mises等效应力和其与轴过盈面接触压力的影响。
　　本文以转子冲片的应力满足强度要求为前提对其结构进行了优化，通过改变转子槽形、改变转子冲片轴向通风孔的位置或其轴向通风孔直径的大小改进转子冲片的结构，计算了转子铁心在不同结构下的Mises等效应力分布情况，分析了不同结构下的转子冲片抵抗破坏的能力，设计出了一种因去掉轴向通风孔而降低了其最大Mises等效应力点值的强度更高的转子冲片结构。
　　本文对转子端部的强度进行了研究，建立了转子端部的三维模型，采用有限元法得出了高速运行下转子端部的应力分布情况，并对其强度进行了校核。设计出了一种强度更高的转子端部，将原结构中端环与护环的配合方式由间隙配合改为了过盈配合，使得在高速运行时护环有效地限制了端环和铜条的径向变形。分析对比了优化前后转子端部的强度，阐述了优化的合理和必要性。
　　论文研究的内容为电机转子在外力的作用下抵抗永久变形和断裂能力的提高以及转子的结构设计提供了理论参考，对主氦风机驱动电机的安全稳定运行具有重要意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2变频调速异步电动机的发展及现状

1.3强度研究现状

1.4课题主要研究内容

第2章 转子冲片周向应力的数值计算和解析计算

2.1转子冲片内圆周向应力的解析计算

2.2转子冲片周向应力的数值计算

2.3本章小结

第3章 转子冲片强度校核及影响其Mises等效应力和接触压力因素分析

3.1转子冲片强度的校核

3.2影响转子冲片的Mises等效应力和接触压力因素的分析

3.3本章小结

第4章 转子冲片的结构优化

4.1改进转子槽形

4.2改变转子冲片轴向通风孔的直径或其轴向通风孔的位置

4.3本章小结

第5章 转子端部的强度校核及结构优化

5.1转子端部原结构

5.2转子端部的结构优化

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果

致谢