Structural component fatigue analysis of a hydrogenerator rotor

• Carlos Mantilla Viveros ^[1] ; Andrés Felipe Cardona ^[1] ; Fernando Casanova García ^[1]
  1. [1] Universidad del Valle (Colombia)

     Universidad del Valle (Colombia)

     Colombia

     
• Localización: DYNA: revista de la Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia. Sede Medellín, ISSN 0012-7353, Vol. 87, Nº. 214, 2020, págs. 155-164
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Análisis de fatiga de los componentes estructurales del rotor de un hidrogenerador
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• Resumen
  • español

    Este artículo presenta un cálculo de vida a fatiga para el polo, la corona y la maza rotorica de un hidro-generador de 100 MW. Se midieron parámetros mecánicos y eléctricos durante el arranque, con la máquina trabajando a varios niveles de potencia y durante un rechazo de carga desde 100 MW. Las cargas medidas, junto con la fuerza centrífuga, la gravedad y la tracción magnética fueron incluidas en modelos de elementos finitos para cuantificar esfuerzos. También se evaluaron los esfuerzos producidos durante: embalado, falla fase a tierra y falla entre fases. Se obtuvo una historia de esfuerzos acoplando los esfuerzos calculados, con la historia de generación de potencia recolectada cada hora durante un año de operación de la máquina. Se realizaron cálculos de vida a fatiga utilizando la historia de esfuerzos junto con el modelo de fatiga multiaxial de Wang-Brown.

    Se encontró que las tres piezas evaluadas están trabajando bajo el régimen de vida infinita

  • English

    This paper presents a fatigue life calculation for the pole, rotor rim, and rotor spoke of a 100 MW hydrogenerator. The mechanical and electrical parameters were measured during unit start, with the hydrogenerator working at several power levels, and during a 100 MW load rejection. The measured loads, together with centrifugal force, gravity, and magnetic pulling force, were included in finite element models to quantify stresses. Additionally, stresses produced during overspeed, phase-to-ground failure, and phase-to-phase failure conditions were evaluated. A stress history for each element was obtained by fitting the calculated stresses with a power generation history collected hourly during one year of machine operation. Fatigue life calculation was performed by using the stress history along with the Wang-Brown multiaxial fatigue model.

    It was found that the three evaluated pieces are working under an infinite life regime