李光耀， 陳偉華， 李志強， 顧德軍

(上海電機系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心，上海 200063)

0 引言

隨著高效電機的推廣和電機系統(tǒng)節(jié)能改造工作的推進，淘汰、替換下來的低效電機會越來越多。據(jù)2010年上海市電平衡數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前上海市在用工業(yè)低效電機約2 000萬kW，按5年替換高效電機1 000萬kW的話，每年將有200萬kW的淘汰電機。

對56家電機生產(chǎn)企業(yè)進行調(diào)查，電機售出一年內(nèi)的返修率為1% ～2.3%。目前，我國在使用的存量電機基本上都是Y系列、Y2系列等低效率電機，總?cè)萘考s15億kW，年返修率若按0.5%計算，每年將有750萬kW舊電機流入社會維修市場。

如何處理舊電機是必然面臨的難題，如果這些電機經(jīng)過簡單翻新后再次流入市場，將造成政府一邊補貼高效電機、另一邊低效舊電機又重新流入市場的狀況，必將惡化電機系統(tǒng)節(jié)能環(huán)境，對推廣高效電機以及電機系統(tǒng)節(jié)能工作嚴重不利。所以，對低效舊電機的高效再制造是國家節(jié)能減排工作的必然要求。

1 電機高效再制造的目的與意義

電機高效再制造，就是將低效電機通過重新設計、更換零部件等方法，再制造成高效率電機或適用于特定負載和工況的系統(tǒng)節(jié)能電機(如水泵風機專用高效電機、變極電機、變頻電機、永磁電機等)。

電機高效再制造是節(jié)能減排的重要手段。對1 000萬kW存量低效電機進行高效再制造，可實現(xiàn)年節(jié)電量為59億 kWh，相當于節(jié)約標煤177萬 t，減少 CO2排放460萬t。

電機高效再制造是實現(xiàn)資源節(jié)約和循環(huán)經(jīng)濟的重要途徑。電機高效再制造產(chǎn)業(yè)符合循環(huán)經(jīng)濟和資源綜合利用的政策和理念，實現(xiàn)資源再利用高級化、最大化，解決了電機傳統(tǒng)拆解資源利用層次低、環(huán)境風險大的問題，更加有利于加快資源節(jié)約型和環(huán)境友好型建設。

按Y系列電機的材料平均用量:按定、轉(zhuǎn)子鐵心硅鋼片約6.10 kg/kW，機座、端蓋鑄鐵約5.51 kg/kW計算;同時按“鑄鐵件可比單位綜合能耗”為230 kg標煤/t，“噸鋼綜合能耗”為2.0 t標煤計算。再制造電機1 000萬kW，可循環(huán)利用鑄鐵5.5萬 t、硅鋼片6.1萬 t，實現(xiàn)間接節(jié)能，相當于標煤13.5萬t，減少CO2排放35萬t。

2 電機高效再制造與傳統(tǒng)翻新、維修的區(qū)別

電機高效再制造與傳統(tǒng)翻新、維修有顯著區(qū)別，主要體現(xiàn)在三個方面，如表1所示。

表1 電機高效再制造與傳統(tǒng)維修的區(qū)別

由表1可看出，電機高效再制造絕不僅僅是簡單的傳統(tǒng)維修，而是系統(tǒng)、規(guī)范、科學合理地利用現(xiàn)有資源，使再制造產(chǎn)品效率升級，是符合循環(huán)經(jīng)濟要求、實現(xiàn)資源綜合利用的一種新興產(chǎn)業(yè)。

3 再制造電機的設計技術(shù)和產(chǎn)品標準

(1)新設計電機要達到高效率等級的措施:

①在設計技術(shù)、制造工藝、材料成本等方面有很大提高;

②新設計電機可以通過調(diào)整鐵心和槽形的尺寸、繞組數(shù)據(jù)來平衡電機的各項損耗和性能，以達到高效。

(2)再制造設計的難點:

①鐵心和槽形的尺寸不能調(diào)整，設計受到限制;

②低效電機的鐵心一般采用熱軋硅鋼片，鐵耗較大，使得在降低繞組銅耗、風摩耗、雜散損耗等方面須采取更多的技術(shù)和方法;

③不同生產(chǎn)廠家的舊電機，其設計裕度和鐵心材料不盡相同，使得再制造電機的設計必須針對每一臺舊電機進行。

因此，必須在高效再制造電機的設計、工藝上采取有效提高效率的措施，并在電機與風機、水泵負載的功率匹配上更加精細化，才能達到電機高效再制造的目的。

電機高效再制造設計的幾個主要產(chǎn)品方向:高效電機、風機水泵專用高效電機、變極雙速和多速電機、變頻調(diào)速電機、高效永磁電機。

對于普通低效電機再制造成高效電機的方法:(1)定轉(zhuǎn)子鐵心繼續(xù)使用，更換電機繞組，將原電機再制造成同功率的高效電機或降功率等級的風機、水泵專用高效電機;(2)原定子鐵心加長，配新的轉(zhuǎn)子鐵心，改變電機的繞組數(shù)據(jù)，將原電機再制造成高效電機。

在電機再制造設計時，必須根據(jù)負載與工況不同，進行有針對性的再制造。對于風機、水泵系統(tǒng)，因環(huán)境、工藝變化而需要定量調(diào)節(jié)流量時，再制造成變極雙速、多速電機;對于經(jīng)常處于空載和輕載的設備，為解決運行效率和功率因數(shù)較低的問題，再制造成永磁電機，可以很好地滿足要求。

再制造的風機、水泵專用高效電機產(chǎn)品標準(《YSFE2系列水泵風機專用高效率三相異步電動機技術(shù)條件》)中，電機共有36個功率等級，比普通電機(《YX3系列高效率三相異步電動機技術(shù)條件》)增加了13個功率等級，低效電機再制造成降功率檔的高效電機，與風機、水泵的功率相匹配，解決“大馬拉小車”的狀況，提高系統(tǒng)的運行效率。

4 再制造的工藝技術(shù)

電機高效再制造工藝流程為舊件評估檢測與分類、確定再制造方案、各個零部件(定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、風扇、風罩、接線盒)的拆解與制造、裝配、出廠試驗。

(1)對于定子部分。定子線圈通過浸漬絕緣漆與定子鐵心固化為一個整體，通常很難拆解，在以往的電機修理中，采用火燒線圈的方法去掉絕緣漆，破壞了鐵心質(zhì)量，對環(huán)境污染大。再制造采用專用機床切割繞組端部，無損、無污染;切割繞組端部后，采用液壓設備壓出帶線圈的定子鐵心，鐵心進行加熱后，拉出定子線圈;按新方案重新繞制線圈;定子鐵心清理后，進行下線、接線及耐壓試驗，合格后進入VPI浸漆罐浸漆，浸漆后進入烘箱烘干。

(2)對于轉(zhuǎn)子部分。由于轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)軸之間采用過盈配合，為了不損傷軸和鐵心 ，再制造采用了中頻渦流加熱設備對電機轉(zhuǎn)子外表進行加熱，根據(jù)軸與轉(zhuǎn)子鐵心受熱膨脹系數(shù)不同，分離軸與轉(zhuǎn)子鐵心;轉(zhuǎn)軸進行加工后，采用中頻渦流加熱器加熱轉(zhuǎn)子鐵心，壓入新軸;轉(zhuǎn)子壓裝完成后在動平衡機上做動平衡檢測，采用軸承加熱器加熱新軸承，安裝到轉(zhuǎn)子上。

(3)對于機座、端蓋部分:機座、端蓋經(jīng)檢測合格后，采用噴砂設備清理外表，重新使用。

(4)對于風扇、風罩部分:原部件報廢，換用高效風扇、風罩。

(5)對于接線盒:接線盒蓋、接線板報廢，換用新件。接線盒座清理后重新使用，重新組裝接線盒。

定子、轉(zhuǎn)子、機座、端蓋、風扇、風罩和接線盒再制造完成后，按照新電機制造方法對其總裝配，并進行出廠試驗。

5 再制造產(chǎn)品的使用案例

再制造電機可廣泛應用于風機、水泵、壓縮機、機床等各種設備，節(jié)能效果明顯。

將Y-100L2-4 3 kW低效電機再制造成YX3-100L2-4 2.2 kW高效電機，使用于電機廠沖裁車間J23-25開式可傾壓力機，電機部分零部件更換(繞組、軸承、風扇、風罩)，其余零部件繼續(xù)使用(定轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子、機座、端蓋、接線盒)，再制造前、后對比如表2、表3所示。

表2 再制造前、后效率對比

表3 再制造前、后性能測試數(shù)據(jù)對比

按平均負載率為50%，每天運行16 h、年實際運行310天、電價為0.68元/kWh進行計算，則年節(jié)電費用為215元，再制造高效電機YX3100L2-4 2.2 kW的銷售價格758元，舊電機回收價格185元，投資回報期為2.66年。

6 結(jié)語

隨著我國高效電機的推廣和電機系統(tǒng)節(jié)能工作的推進，存量電機的高效再制造技術(shù)一定會得到快速發(fā)展，形成節(jié)能減排領(lǐng)域的一門新興產(chǎn)業(yè)。

［1］GB 18613—2006 中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級［S］.