JP5159440B2 - Method for evaluating natural frequency of generator rotor torsion, apparatus for evaluating torsional natural frequency, and method for designing generator rotor - Google Patents
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Description
本発明は、発電機ロータのねじり固有振動数評価方法、およびそのねじり固有振動数評価装置、並びに、発電機ロータの設計方法に関する。 The present invention relates to a torsional natural frequency evaluation method for a generator rotor, a torsional natural frequency evaluation apparatus, and a method for designing a generator rotor.
一般的なタービン発電機ロータは、回転軸のねじり固有振動数、特にロータコア部の両端が逆位相でねじれる１次ねじりモードが構造強度上の問題となっている。 In general turbine generator rotors, the torsional natural frequency of the rotating shaft, particularly the primary torsion mode in which both ends of the rotor core portion are twisted in opposite phases, is a problem in structural strength.
発電機に逆位相電流が流れた場合、発電機のロータに系統周波数の２倍の周波数で電気トルクが作用する。このとき、ねじり固有振動数がこの周波数の近傍に存在すると、ロータはタービン翼とともに連成振動を発生させる。これは翼の高サイクル疲労破壊の原因となる場合がある。この現象を抑制するためには、ロータを設計する段階でロータが停止しているときおよび回転しているときにおける、ねじり固有振動数を高精度に推定しておくことが必要となる。 When antiphase current flows through the generator, electric torque acts on the rotor of the generator at a frequency twice the system frequency. At this time, if the torsional natural frequency exists in the vicinity of this frequency, the rotor generates coupled vibration together with the turbine blade. This can cause high cycle fatigue failure of the blade. In order to suppress this phenomenon, it is necessary to accurately estimate the torsional natural frequency when the rotor is stopped and rotating at the stage of designing the rotor.
ねじり特性の評価方法は、例えば特許文献１に開示されているように、測定されたねじり振動に基づいて算出された振動周波数、および減衰係数等のねじり振動パラメータを用いて車輪の周方向ねじり特性などを評価する方法が知られている。
For example, as disclosed in
また、特許文献２に開示されているように、トルク変動周波数と誘導電動機の軸に発生した振動レベルとの関係を、誘導電動機のロータバーのねじり振動特性として表示する表示器等から構成されるねじり固有振動数検出装置により、共振による振動および騒音の増大を未然に防止する方法が知られている。
上記の特許文献１に開示されたねじり特性の評価方法は、ねじり振動パラメータを得るために実験を行う必要がある。さらにこの実験に伴い関連する試料および装置などを準備する必要がある。さらに、対象物の形状、寸法などの諸条件が異なる場合には、これらの諸条件の全てについて実験を行うことになる。このため、評価のために多大な時間とコストが必要になる。また、対象物が軸方向に短い車輪としているため、発電機のロータのように軸方向に長い部品への対応は困難になる場合がある。
The method for evaluating torsional characteristics disclosed in the above-mentioned
また、特許文献２に開示されたねじり固有振動数の検出方法では、振動計測によってねじり固有振動数を評価する方法であるため、計測および評価に多大な時間とコストが必要になる。
In addition, since the torsional natural frequency detection method disclosed in
本発明は上述した課題を解決するものであり、その目的は、発電機ロータを設計する段階で回転しているときの当該発電機ロータのねじり固有振動数を簡易的かつ高精度に評価することにある。 The present invention solves the above-mentioned problems, and its object is to simply and accurately evaluate the torsional natural frequency of the generator rotor when it is rotating at the stage of designing the generator rotor. It is in.
上記目的を達成するための本発明に係る発電機ロータの固有振動数評価方法は、回転軸を具備するロータコアの外周部に周方向に沿って複数のスロット部および複数のコアティース部が交互に配置され、前記スロット部内に挿入された絶縁体およびコイルを楔状部材により外周側から固定するように構成された発電機ロータのねじり固有振動数を評価する方法において、前記ロータコアおよび楔状部材のねじり剛性比に基づいて前記楔状部材の横弾性係数を算出する楔状部材横弾性係数算出工程と、前記楔状部材横弾性係数算出工程の後に、算出された前記ロータコアおよび楔状部材の横弾性係数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数を算出するばね定数算出工程と、前記ばね定数算出工程の後に、算出された前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を算出する角振動数算出工程と、前記角振動数算出工程の後に、算出された前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を合成した合成角振動数に基づいて増分ねじり固有振動数を算出する増分ねじり固有振動数算出工程と、前記増分ねじり固有振動数算出工程の後に、算出された前記増分ねじり固有振動数に停止時ロータねじり固有振動数を加算して回転時のロータねじり固有振動数を算出する回転時ロータねじり固有振動数算出工程と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for evaluating the natural frequency of a generator rotor according to the present invention includes a plurality of slot portions and a plurality of core teeth portions alternately arranged along the circumferential direction on the outer peripheral portion of a rotor core having a rotating shaft. In the method for evaluating the torsional natural frequency of a generator rotor arranged and fixed from the outer peripheral side by an wedge-shaped member to an insulator and a coil inserted into the slot portion, the torsional rigidity of the rotor core and the wedge-shaped member A wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating step for calculating a transverse elastic coefficient of the wedge-shaped member based on the ratio; and a wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating step, and then, based on the calculated lateral elastic modulus of the rotor core and the wedge-shaped member, The spring constant calculating step for calculating the spring constant of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member, and the calculated spring constant after the spring constant calculating step An angular frequency calculating step of calculating an angular frequency of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member based on a spring constant of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member, and the calculated rotor core teeth portion and the wedge shape after the angular frequency calculating step. Incremental torsional natural frequency calculation step of calculating an incremental torsional natural frequency based on a composite angular frequency obtained by synthesizing the angular frequency of the member, and after the incremental torsional natural frequency calculation step, the calculated incremental torsional natural frequency And a rotor torsional natural frequency calculation step during rotation for calculating a rotor torsional natural frequency during rotation by adding the rotor torsional natural frequency during stoppage to the vibration frequency.
また、本発明に係る発電機ロータのねじり固有振動数評価装置は、回転軸を具備するロータコアの外周部に周方向に沿って複数のスロット部および複数のコアティース部が交互に配置され、前記スロット部内に挿入された絶縁体およびコイルを楔状部材により外周側から固定するように構成された発電機ロータのねじり固有振動数を評価するねじり固有振動数評価装置において、入力手段と、前記入力手段により入力された情報に基づいてねじり固有振動数を計算する計算手段と、前記計算手段により計算した結果を出力する出力手段と、を有し、前記計算手段は、前記ロータコアおよび楔状部材のねじり剛性比に基づいて前記楔状部材の横弾性係数を算出する楔状部材横弾性係数算出手段と、前記楔状部材横弾性係数算出手段によって算出された前記ロータコアおよび楔状部材の横弾性係数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数を算出するばね定数算出手段と、前記ばね定数算出手段によって算出された前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を算出する角振動数算出手段と、前記角振動数算出手段によって算出された前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を合成した合成角振動数に基づいて増分ねじり固有振動数を算出する増分ねじり固有振動数算出手段と、前記増分ねじり固有振動数算出手段によって算出された前記増分ねじり固有振動数に停止時のロータねじり固有振動数を加算して回転時のロータねじり固有振動数を算出する回転時ロータねじり固有振動数算出手段と、を有することを特徴とする。 Further, in the generator rotor torsional natural frequency evaluation device according to the present invention, a plurality of slot portions and a plurality of core teeth portions are alternately arranged along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the rotor core having the rotating shaft, In a torsional natural frequency evaluation apparatus for evaluating a torsional natural frequency of a generator rotor configured to fix an insulator and a coil inserted in a slot portion from the outer peripheral side by a wedge-shaped member, input means, and the input means Calculation means for calculating the torsional natural frequency based on the information input by the output means, and output means for outputting the result calculated by the calculation means, wherein the calculation means comprises the torsional rigidity of the rotor core and the wedge-shaped member. Calculated by a wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating means for calculating a transverse elastic coefficient of the wedge-shaped member based on the ratio, and the wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating means A spring constant calculating means for calculating a spring constant of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member based on the transverse elastic modulus of the rotor core and wedge-shaped member, and the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member calculated by the spring constant calculating means. Based on the spring constant, the angular frequency calculation means for calculating the angular frequency of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member, and the angular frequency of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member calculated by the angular frequency calculation means are synthesized. Incremental torsional natural frequency calculating means for calculating an incremental torsional natural frequency based on the composite angular frequency, and the rotor torsional natural vibration at the time of stopping to the incremental torsional natural frequency calculating means calculated by the incremental torsion natural frequency calculating means Calculate the rotor torsional natural frequency during rotation by adding the numbers. And having a kinematic number calculating means.
また、本発明に係る発電機ロータの設計方法は、回転軸を具備するロータコアの外周部に周方向に沿って複数のスロット部および複数のコアティース部が交互に配置されて、前記スロット部内に挿入された絶縁体およびコイルを楔状部材により外周側から固定するように構成された発電機ロータの回転時ねじり固有振動数に基づいて、共振防止措置および構造変更を行う発電機ロータ設計方法において、前記ロータコアおよび楔状部材のねじり剛性比に基づいて前記楔状部材の横弾性係数を算出する楔状部材横弾性係数算出工程と、前記楔状部材横弾性係数算出工程の後に、算出された前記ロータコアおよび楔状部材の横弾性係数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数を算出するばね定数算出工程と、前記ばね定数算出工程の後に、算出された前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を算出する角振動数算出工程と、前記角振動数算出工程の後に、算出された前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を合成した合成角振動数に基づいて増分ねじり固有振動数を算出する増分ねじり固有振動数算出工程と、前記増分ねじり固有振動数算出工程の後に、算出された前記増分ねじり固有振動数に停止時ロータねじり固有振動数を加算して回転時のロータねじり固有振動数を算出する回転時ロータねじり固有振動数算出工程と、を有することを特徴とする。 Further, in the generator rotor design method according to the present invention, a plurality of slot portions and a plurality of core teeth portions are alternately arranged along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the rotor core having the rotation shaft, In the generator rotor design method for performing resonance prevention measures and structural changes based on the torsional natural frequency during rotation of the generator rotor configured to fix the inserted insulator and coil from the outer peripheral side by a wedge-shaped member, A wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating step for calculating a transverse elastic coefficient of the wedge-shaped member based on a torsional rigidity ratio of the rotor core and the wedge-shaped member; and the calculated rotor core and wedge-shaped member after the wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating step A spring constant calculating step of calculating a spring constant of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member based on a transverse elastic coefficient of the spring constant, and the spring constant After the exiting step, after calculating the angular frequency of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member based on the calculated spring constant of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member, and after the angular frequency calculating step An incremental torsional natural frequency calculating step for calculating an incremental torsional natural frequency based on a combined angular frequency obtained by synthesizing the calculated angular frequencies of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member, and the incremental torsional natural frequency calculating step. After that, the rotor torsional natural frequency calculation at the time of rotation to calculate the rotor torsional natural frequency at the time of rotation by adding the rotor torsional natural frequency at the time of stop to the calculated incremental torsional natural frequency, Features.
本発明によれば、発電機ロータを設計する段階で回転しているときの当該発電機ロータのねじり固有振動数を簡易的かつ高精度に評価することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to evaluate the torsional natural frequency of the said generator rotor when it rotates in the step which designs a generator rotor simply and with high precision.
以下、本発明に係る発電機ロータのねじり固有振動数評価方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本実施形態における発電機ロータのねじり固有振動数評価方法であって、諸条件の入力から回転時のねじり固有振動数を算出するまでのフロー図である。図２は、図１のねじり剛性比とロータ回転数との関係を示したグラフである。図３は、本実施形態でねじり固有振動数を解析する発電機ロータのロータ断面ばねモデルを示す断面モデル図である。図４は、図３のIV-IV線矢視側面図である。図５は、本実施形態でねじり固有振動数を解析するロータにおいて１つのスロット部２内に複数の楔状部材４が配置されたロータ軸方向ばねモデルを示す側面モデル図である。図６は、図１のフローで算出された楔状部材４の横弾性係数と、ねじり固有振動数の関係を示したグラフである。図７は、図１の発電機ロータのねじり固有振動数評価方法に用いる装置の一例を示す構成図である。
Hereinafter, an embodiment of a torsional natural frequency evaluation method for a generator rotor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a method for evaluating the torsional natural frequency of the generator rotor in the present embodiment, and is a flow chart from the input of various conditions to the calculation of the torsional natural frequency during rotation. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the torsional rigidity ratio of FIG. 1 and the rotor rotational speed. FIG. 3 is a cross-sectional model diagram showing a rotor cross-section spring model of the generator rotor that analyzes the torsional natural frequency in this embodiment. 4 is a side view taken along line IV-IV in FIG. FIG. 5 is a side model diagram showing a rotor axial spring model in which a plurality of wedge-
先ず、図１に示すように、ロータ回転数とねじり剛性比の関係に基づいて、評価するロータ回転数におけるねじり剛性比を求める（ステップＳ１）。ねじり剛性比は図３に示すロータコア１のねじり剛性を分子として楔状部材４のねじり剛性を分母にしたときの、これらの比率であって、図２に示すように、ロータ回転数に対して負の相関を有する。
First, as shown in FIG. 1, the torsional rigidity ratio at the rotor rotational speed to be evaluated is determined based on the relationship between the rotor rotational speed and the torsional rigidity ratio (step S1). The torsional rigidity ratio is the ratio of the torsional rigidity of the wedge-
次に、算出したねじり剛性比を定数として、ロータコア１の横弾性係数、断面２次極モーメント、および楔状部材４の断面２次極モーメントを入力して、式（１）および式（２）により、楔状部材４の横弾性係数を算出する（ステップＳ２）。
Next, using the calculated torsional rigidity ratio as a constant, the transverse elastic modulus of the
楔状部材４の横弾性係数は、既知の材料力学の式（１）を応用して式（２）により算出する。
The lateral elastic modulus of the wedge-
Ｋ＝Ｇ・Ｉｐ …（１）
このとき、Ｋはねじり剛性、Ｇは横弾性係数、Ｉｐは断面２次極モーメントである。
K = G · Ip (1)
At this time, K is a torsional rigidity, G is a transverse elastic modulus, and Ip is a cross-sectional secondary pole moment.
Ｋ（ｒ）／Ｋ（ｋ）＝［Ｇ（ｒ）・Ｉｐ（ｒ）］／［Ｇ（ｋ）・Ｉｐ（ｋ）］…（２）
このとき、Ｋ（ｒ）／Ｋ（ｋ）はねじり剛性比、Ｇ（ｒ）はねじり剛性比、Ｉｐ（ｒ）はロータコア１の断面２次極モーメント、Ｇ（ｋ）は楔状部材４の横弾性係数、Ｉｐ（ｋ）は楔状部材４の断面２次極モーメントである。
K (r) / K (k) = [G (r) · Ip (r)] / [G (k) · Ip (k)] (2)
At this time, K (r) / K (k) is the torsional rigidity ratio, G (r) is the torsional rigidity ratio, Ip (r) is the cross-sectional secondary pole moment of the
次に、ロータコアティース部３のばね定数および楔状部材４のばね定数を以下の手順で算出する（ステップＳ３）。
Next, the spring constant of the rotor
楔状部材４および隣接するロータコアティース部ばねをモデル化する。図３および図４に示すように、ロータコアティース部ばねモデルは、回転軸（図示せず）を有する円筒形のロータコア１の外周部に周方向に沿って等間隔に複数のスロット部２が設けられている。これらのスロット部２の外周側は開放された状態になっている。互いに隣接する２つのスロット部２に挟まれてロータコアティース部３が形成される。すなわち、スロット部２とロータコアティース部３は交互に配置されている。スロット部２の内部には、絶縁体（図示せず）およびコイル（図示せず）が挿入されている。これらの絶縁体およびコイルを外周側から固定するように楔状部材４が配置されている。すなわち、楔状部材４によってスロット部２の開放された部位を閉止している。
The wedge-
図５は、１つのスロット部２に複数本の楔状部材４が配置された例を示している。この例では、１つのロータコアティース部３に隣接する２つのスロット部２それぞれに、６本の楔状部材４が配置されている。
FIG. 5 shows an example in which a plurality of wedge-
楔状部材４がロータ軸方向に対して１本で構成されている場合は、図３および図４に示すロータ断面ばねモデルを使用してばね定数を算出する。楔状部材４がロータ軸方向に対して複数本で構成されている場合は、図３および図４に示すロータ断面ばねモデルと、図５に示すロータ軸方向ばねモデルとを併用してばね定数を算出する。
When the wedge-
これらのモデルを用いて、ロータコアティース部３の横弾性係数、ロータコアティース部３の回転軸に垂直な断面積、ロータコアティース部３の長さ寸法（ロータコア１の半径方向の長さおよび幅の寸法等）、楔状部材４の横弾性係数、楔状部材４の回転軸に垂直な断面積、楔状部材４の寸法（ロータコア１の半径方向の長さ、幅、軸方向長さの寸法等）を入力する。
Using these models, the transverse elastic modulus of the rotor
これらの入力された条件値と、既知の材料力学の式（３）に基づいて、ロータコアティース部３のばね定数および楔状部材４のばね定数を算出する。
The spring constant of the rotor
ｋ＝Ｇ・Ａ／Ｌ …（３）
このとき、ｋはロータティース部３または楔状部材４のばね定数、Ｇはロータティース部３または楔状部材４の横弾性係数、Ａはロータティース部３または楔状部材４の回転軸に垂直な断面積、Ｌはロータティース部３または楔状部材４の上述の長さ寸法である。
k = G · A / L (3)
In this case, k is a spring constant of the
次に、ロータコアティース部３および楔状部材４の角振動数を以下の手順で算出する（ステップＳ４）。
Next, the angular frequencies of the rotor
ロータコアティース部３のばね定数および質量を入力値として、既知の材料力学の式（４）に基づいて、ロータコアティース部３の角振動数を算出する。同様に、楔状部材４のばね定数および質量を入力値として式（４）に基づいて、楔状部材４の角振動数を算出する。
The angular frequency of the rotor
ω2＝ｋ／ｍ …（４）
このとき、ωはロータティース部３または楔状部材４の角振動数、ｋはロータティース部または楔状部材４のばね定数、ｍはロータティース部または楔状部材４の質量である。
ω 2 = k / m (4)
In this case, ω is the angular frequency of the
次に、ロータコアティース部３の角振動数と楔状部材４の角振動数とを合成する（ステップＳ５）。
Next, the angular frequency of the rotor
楔状部材４がロータ軸方向に対して１本で構成されている場合は、既知の直列結合形合成法の式（５）を用いて合成する。
When the wedge-shaped
１／Σω２＝（１／ω12）＋（１／ω22）＋・・・＋（１／ωn2） …（５）
このとき、Σωは合成角振動数、ω1、ω2、…、ωnは個々の部品の角振動数である。
1 / Σω 2 = (1 / ω1 2 ) + (1 / ω2 2 ) +... + (1 / ωn 2 ) (5)
At this time, Σω is a composite angular frequency, and ω1, ω2,..., Ωn are angular frequencies of individual components.
楔状部材４がロータ軸方向に対して複数本で構成されている場合は、既知の直列結合形合成法の式（５）と、既知のポテンシャルエネルギの合成法の式（６）を併用して角振動数を合成する。
When the wedge-shaped
Σω２＝ω12＋ω22＋・・・＋ωn2 …（６）
このとき、Σωは合成角振動数、ω1、ω2、…、ωnは個々の部品の角振動数である。
Σω 2 = ω1 2 + ω2 2 + ... + ωn 2 (6)
At this time, Σω is a composite angular frequency, and ω1, ω2,..., Ωn are angular frequencies of individual components.
次に、合成した角振動数から既知の振動工学の式（７）を用いて、増分ねじり固有振動数を算出する（ステップＳ６）。 Next, an incremental torsion natural frequency is calculated from the synthesized angular frequency by using a known vibration engineering equation (7) (step S6).
ω＝２πｆ …（７）
このとき、ωは合成された角振動数、ｆは固有振動数である。
ω = 2πf (7)
At this time, ω is the synthesized angular frequency, and f is the natural frequency.
次に、停止時のロータねじり固有振動数を以下の手順で算出する（ステップＳ７）。 Next, the rotor torsional natural frequency at the time of stop is calculated according to the following procedure (step S7).
スロット部２内に絶縁体およびコイルが配置されて、スロット部２の外周部を楔状部材４で固定したロータコア１の有限要素解析モデルを作成する。このモデルを用いて固有振動解析を行い、停止時のロータねじり固有振動数を算出する。
An insulator and a coil are arranged in the
停止時のロータ固有振動数は、有限要素法により解析結果の他に、ロータねじり固有振動数の実測結果、または既知の材料力学式を応用した理論解析によって算出された結果を用いてもよい。 As the rotor natural frequency at the time of stop, in addition to the analysis result by the finite element method, the actual measurement result of the torsional natural frequency of the rotor or the result calculated by the theoretical analysis applying a known material dynamic equation may be used.
最後に、図６に示すように、算出した停止時ロータねじり固有振動数ｆ０に、増分ねじり固有振動数Δｆを加算して回転時ロータねじり固有振動数を算出する（ステップＳ８）。 Finally, as shown in FIG. 6, the rotor torsional natural frequency at rotation is calculated by adding the incremental torsional natural frequency Δf to the calculated rotor torsional natural frequency f 0 at the time of stop (step S8).
以上により、発電機ロータの回転時ねじり固有振動数を算出することが可能となる。また、この方法により算出されたねじり固有振動数に基づいて、発電機ロータを設計する段階において、共振防止措置および構造変更等を行うことが可能となる。 As described above, the torsional natural frequency during rotation of the generator rotor can be calculated. In addition, based on the torsional natural frequency calculated by this method, it is possible to perform a resonance prevention measure, a structure change, and the like at the stage of designing the generator rotor.
続いて、本実施形態の発電機ロータのねじり固有振動数評価方法に用いる装置について、図７を用いて説明する。本実施形態の発電機ロータのねじり固有振動数評価装置は、入力手段２１、計算手段２２、および出力手段２３を有する。 Next, an apparatus used in the method for evaluating the torsional natural frequency of the generator rotor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The generator rotor torsional natural frequency evaluation apparatus of the present embodiment includes an input means 21, a calculation means 22, and an output means 23.
入力手段２１では、ロータコア１および楔状部材４等に関する諸条件値（パラメータ）を入力する。例えば、ロータコア１の断面２次極モーメント、ロータコア１の横弾性係数、ロータコア１の寸法、ロータコア１の質量密度または質量、楔状部材４の断面２次極モーメント、楔状部材４の寸法、楔状部材４の質量密度または質量、楔状部材４の数量、ロータの回転数、ロータ停止時のねじり固有振動数などを入力する。
The input means 21 inputs various condition values (parameters) regarding the
ロータコア１の寸法については、ロータコア１の直径、ロータコア１の軸方向長さ、楔状部材４と隣接するロータコアティース部３のロータ半径方向長さおよび幅などの寸法を入力する。楔状部材４の寸法については、楔状部材４の幅、ロータ半径方向の長さ、および軸方向長さなどを入力する。
Regarding the dimensions of the
計算手段２２は、入力手段２１で入力した値に基づいて、例えば、ねじり剛性比、楔状部材４の横弾性係数、ロータコアティース部３のばね定数、楔状部材４のばね定数、ロータコアティース部３の角振動数、楔状部材４の角振動数、ロータコアティース部３と楔状部材４の合成角振動数、増分ねじり固有振動数、および、回転時のロータねじり固有振動数などについて、計算を行う。
Based on the value input by the input means 21, the calculation means 22, for example, the torsional rigidity ratio, the lateral elastic modulus of the wedge-shaped
入力手段２１でロータコア１の質量密度および楔状部材４の質量密度を入力した場合には、計算手段２２でロータコア１の寸法および楔状部材４の寸法に基づいて、ロータコア１の質量および楔状部材４の質量を計算して、角振動数の計算に用いる。
When the
また、計算手段２２で行う計算方法は、図１〜図６を用いて説明した上述の算出方法に沿って計算する。 Moreover, the calculation method performed by the calculation means 22 is calculated along the above-described calculation method described with reference to FIGS.
出力手段２３では、計算手段２２で計算された回転時のロータねじり固有振動数の算出結果を出力する。
The
本実施形態によれば、昇速過程におけるねじり固有振動数の増加を、発電機ロータを設計する段階で、簡易的かつ高精度に評価できる。したがって、回転しているときの発電機ロータの安定運用が可能となり、かつ高品質、高信頼性の発電機を提供することが可能となる。 According to the present embodiment, an increase in the torsional natural frequency in the speed-up process can be easily and accurately evaluated at the stage of designing the generator rotor. Therefore, the generator rotor can be stably operated when rotating, and a high-quality and highly reliable generator can be provided.
１…ロータコア、２…スロット部、３…ロータコアティース部、４…楔状部材、２１…入力手段、２２…計算手段、２３…出力手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ロータコアおよび楔状部材のねじり剛性比に基づいて前記楔状部材の横弾性係数を算出する楔状部材横弾性係数算出工程と、
前記楔状部材横弾性係数算出工程の後に、算出された前記ロータコアおよび楔状部材の横弾性係数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数を算出するばね定数算出工程と、
前記ばね定数算出工程の後に、算出された前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を算出する角振動数算出工程と、
前記角振動数算出工程の後に、算出された前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を合成した合成角振動数に基づいて増分ねじり固有振動数を算出する増分ねじり固有振動数算出工程と、
前記増分ねじり固有振動数算出工程の後に、算出された前記増分ねじり固有振動数に停止時ロータねじり固有振動数を加算して回転時のロータねじり固有振動数を算出する回転時ロータねじり固有振動数算出工程と、
を有することを特徴とする発電機ロータのねじりの固有振動数評価方法。 A plurality of slot portions and a plurality of core teeth portions are alternately arranged along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the rotor core having the rotating shaft, and the insulator and the coil inserted into the slot portion are fixed from the outer peripheral side by a wedge-shaped member. In a method for evaluating a torsional natural frequency of a generator rotor configured to:
A wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating step of calculating a transverse elastic coefficient of the wedge-shaped member based on a torsional rigidity ratio of the rotor core and the wedge-shaped member;
A spring constant calculating step of calculating a spring constant of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member based on the calculated lateral elastic modulus of the rotor core and the wedge-shaped member after the wedge-shaped member lateral elastic coefficient calculating step;
After the spring constant calculating step, an angular frequency calculating step of calculating an angular frequency of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member based on the calculated spring constant of the rotor core tooth portion and the wedge-shaped member;
After the angular frequency calculation step, an incremental torsional natural frequency calculation step for calculating an incremental torsional natural frequency based on a combined angular frequency obtained by combining the calculated angular frequencies of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member;
After the incremental torsion natural frequency calculation step, the rotor torsion natural frequency at rotation is calculated by adding the rotor torsion natural frequency at stop to the calculated incremental torsion natural frequency and calculating the rotor torsion natural frequency at rotation. A calculation process;
A method for evaluating the natural frequency of torsion of a generator rotor.
前記楔状部材横弾性係数算出工程は、評価する回転数における前記ねじり剛性比、前記ロータコアの横弾性係数、前記ロータコアの断面２次極モーメント、前記楔状部材の断面２次極モーメントに基づいて、前記楔状部材の横弾性係数を算出することを特徴とする請求項１に記載の発電機ロータのねじり固有振動数評価方法。 The torsional rigidity ratio is a value that varies depending on the number of rotations of the rotor core,
The wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating step is based on the torsional rigidity ratio at the rotational speed to be evaluated, the transverse elastic coefficient of the rotor core, the cross-sectional secondary pole moment of the rotor core, and the cross-sectional secondary pole moment of the wedge-shaped member. 2. The method for evaluating a torsional natural frequency of a generator rotor according to claim 1, wherein the transverse elastic coefficient of the wedge-shaped member is calculated.
入力手段と、
前記入力手段により入力された情報に基づいてねじり固有振動数を計算する計算手段と、
前記計算手段により計算した結果を出力する出力手段と、
を有し、
前記計算手段は、
前記ロータコアおよび楔状部材のねじり剛性比に基づいて前記楔状部材の横弾性係数を算出する楔状部材横弾性係数算出手段と、
前記楔状部材横弾性係数算出手段によって算出された前記ロータコアおよび楔状部材の横弾性係数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数を算出するばね定数算出手段と、
前記ばね定数算出手段によって算出された前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を算出する角振動数算出手段と、
前記角振動数算出手段によって算出された前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を合成した合成角振動数に基づいて増分ねじり固有振動数を算出する増分ねじり固有振動数算出手段と、
前記増分ねじり固有振動数算出手段によって算出された前記増分ねじり固有振動数に停止時のロータねじり固有振動数を加算して回転時のロータねじり固有振動数を算出する回転時ロータねじり固有振動数算出手段と、
を有することを特徴とする発電機ロータのねじり固有振動数評価装置。 A plurality of slot portions and a plurality of core teeth portions are alternately arranged along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the rotor core having the rotating shaft, and the insulator and the coil inserted into the slot portion are fixed from the outer peripheral side by a wedge-shaped member. In the torsional natural frequency evaluation apparatus for evaluating the torsional natural frequency of the generator rotor configured to:
Input means;
Calculation means for calculating a torsional natural frequency based on information input by the input means;
Output means for outputting a result calculated by the calculation means;
Have
The calculating means includes
A wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating means for calculating a transverse elastic coefficient of the wedge-shaped member based on a torsional rigidity ratio of the rotor core and the wedge-shaped member;
A spring constant calculating means for calculating a spring constant of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member based on a lateral elastic coefficient of the rotor core and the wedge-shaped member calculated by the wedge-shaped member lateral elastic coefficient calculating means;
Angular frequency calculating means for calculating the angular frequency of the rotor core teeth portion and wedge-shaped member based on the spring constant of the rotor core teeth portion and wedge-shaped member calculated by the spring constant calculating means;
An incremental torsion natural frequency calculating means for calculating an incremental torsion natural frequency based on a combined angular frequency obtained by synthesizing the angular frequencies of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member calculated by the angular frequency calculating means;
Calculation of rotor torsional natural frequency during rotation by adding the rotor torsional natural frequency at stop to the incremental torsional natural frequency calculated by the incremental torsional natural frequency calculating means Means,
A torsional natural frequency evaluation apparatus for a generator rotor, characterized by comprising:
前記ロータコアおよび楔状部材のねじり剛性比に基づいて前記楔状部材の横弾性係数を算出する楔状部材横弾性係数算出工程と、
前記楔状部材横弾性係数算出工程の後に、算出された前記ロータコアおよび楔状部材の横弾性係数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数を算出するばね定数算出工程と、
前記ばね定数算出工程の後に、算出された前記ロータコアティース部および楔状部材のばね定数に基づいて前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を算出する角振動数算出工程と、
前記角振動数算出工程の後に、算出された前記ロータコアティース部および楔状部材の角振動数を合成した合成角振動数に基づいて増分ねじり固有振動数を算出する増分ねじり固有振動数算出工程と、
前記増分ねじり固有振動数算出工程の後に、算出された前記増分ねじり固有振動数に停止時ロータねじり固有振動数を加算して回転時のロータねじり固有振動数を算出する回転時ロータねじり固有振動数算出工程と、
を有することを特徴とする発電機ロータの設計方法。 A plurality of slot portions and a plurality of core teeth portions are alternately arranged along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the rotor core having the rotation shaft, and the insulator and the coil inserted into the slot portion are inserted from the outer peripheral side by the wedge-shaped member. In the generator rotor design method for performing resonance prevention measures and structural changes based on the torsional natural frequency of rotation of the generator rotor configured to be fixed,
A wedge-shaped member transverse elastic coefficient calculating step of calculating a transverse elastic coefficient of the wedge-shaped member based on a torsional rigidity ratio of the rotor core and the wedge-shaped member;
A spring constant calculating step of calculating a spring constant of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member based on the calculated lateral elastic modulus of the rotor core and the wedge-shaped member after the wedge-shaped member lateral elastic coefficient calculating step;
After the spring constant calculating step, an angular frequency calculating step of calculating an angular frequency of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member based on the calculated spring constant of the rotor core tooth portion and the wedge-shaped member;
After the angular frequency calculation step, an incremental torsional natural frequency calculation step for calculating an incremental torsional natural frequency based on a combined angular frequency obtained by combining the calculated angular frequencies of the rotor core teeth portion and the wedge-shaped member;
After the incremental torsion natural frequency calculation step, the rotor torsion natural frequency at rotation is calculated by adding the rotor torsion natural frequency at stop to the calculated incremental torsion natural frequency and calculating the rotor torsion natural frequency at rotation. A calculation process;
A method for designing a generator rotor, comprising:
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