李培德，李賢明，張福東，王 松，林洪濤，劉文超，陳 鯤

(山東齊魯電機(jī)制造有限公司，山東濟(jì)南 250100)

0 引言

近年來，經(jīng)過深入的研究和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)解決了電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和軸承漏油問題，開發(fā)試制出了顧客滿意的優(yōu)良的產(chǎn)品。

1 電磁設(shè)計(jì)

1.1 基本技術(shù)參數(shù)

額定功率:4 000 kW 額定電壓:10 kV

額定轉(zhuǎn)速:2 992 r/min 額定頻率:50 Hz

額定電流:263 A 極 數(shù):2

相 數(shù):3 定子接法:Y

絕緣等級:F級 結(jié)構(gòu)形式:IMB3

防護(hù)等級:IP54 定額類型:S1

效 率:96.8% 功率因數(shù):0.90

最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù):2.67 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù):0.84

堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù):6.74 冷卻方式:IC81W

1.2 設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)

定子槽數(shù):48，外徑:1 300 mm，內(nèi)徑:640 mm，凈鐵心長:682 mm，定子通風(fēng)道數(shù):20(寬6);

轉(zhuǎn)子槽數(shù):40，氣隙:5.5 mm，內(nèi)徑:340 mm，凈鐵心長:682 mm，轉(zhuǎn)子通風(fēng)道數(shù):10(寬12)，端環(huán)截面面積:40×100。

2 鐵心及風(fēng)路設(shè)計(jì)

該型號的電機(jī)由于采用水冷結(jié)構(gòu)，密封較好，噪聲一般不會(huì)超標(biāo)，重點(diǎn)應(yīng)該考慮的是在保證電機(jī)效率的前提下，采用合理的內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)和大小適中的風(fēng)扇。

電磁計(jì)算程序計(jì)算結(jié)果顯示，風(fēng)道是否對齊對該型號電機(jī)的性能幾乎沒有影響。根據(jù)西屋公司的研究結(jié)果，轉(zhuǎn)子風(fēng)道寬12 mm，定子風(fēng)道寬6 mm，風(fēng)道之間寬窄兩種疊片厚度間隔排列，由于定子風(fēng)道數(shù)增加導(dǎo)致散熱面積增加，加上采用風(fēng)道不對齊結(jié)構(gòu)，可以有效地降低通風(fēng)噪聲和定子溫升，見圖1。

圖1 定轉(zhuǎn)子鐵心風(fēng)道排列

有的資料上建議大型箱式結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)特別是低速電機(jī)采用軸向通風(fēng)比較好，認(rèn)為軸向通風(fēng)可以在電機(jī)一端采用足夠大的離心風(fēng)扇，以增加通風(fēng)量。我們認(rèn)為軸向通風(fēng)風(fēng)路長，風(fēng)阻大，如果采用徑向通風(fēng)相當(dāng)于把同樣長的風(fēng)路掐斷后并聯(lián)。風(fēng)路變短，通風(fēng)面積成倍增大，再把電機(jī)一端的大風(fēng)扇改成兩個(gè)小風(fēng)扇裝在電機(jī)兩端，避免了窩風(fēng)，通風(fēng)效果大大改觀。由于該電機(jī)是2極高轉(zhuǎn)速電機(jī)，電機(jī)兩端的風(fēng)扇設(shè)計(jì)成鋼板焊接結(jié)構(gòu)的軸流風(fēng)扇，實(shí)踐證明:如果將風(fēng)扇設(shè)計(jì)成后傾式離心風(fēng)扇，電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)對冷卻效果的影響不大。

3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如果轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中有易松動(dòng)件，勢必引起電機(jī)振動(dòng)，高速電機(jī)尤其嚴(yán)重。應(yīng)該引起高度重視。

由于離心力的作用，電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可能引起轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在槽內(nèi)松動(dòng)，因此設(shè)計(jì)時(shí)在槽底增加了楔鍵槽，穿入導(dǎo)條后打入楔鍵楔緊并在兩端焊死。

軸由一整根35CrMo鍛鋼加工而成，轉(zhuǎn)子鐵心和軸之間采用過盈30絲配合加25 mm寬的鍵的連接方式，既避免了純過盈配合時(shí)對鐵心的過度加熱，降低了加熱溫度，又防止了純鍵連接的易松動(dòng)現(xiàn)象。工藝性和可靠性都很好。

端環(huán)為鍛紫銅材料，計(jì)算證明電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力將導(dǎo)致端環(huán)發(fā)生變形，因此在端環(huán)外面加裝了護(hù)環(huán)，護(hù)環(huán)材料為50Mn18Cr5。護(hù)環(huán)外端加裝平衡環(huán)，平衡環(huán)熱套在軸上用以防止互環(huán)發(fā)生軸向位移，裝配時(shí)護(hù)環(huán)和平衡環(huán)之間留有1 mm的間隙作為導(dǎo)條受熱時(shí)的伸縮空間;平衡環(huán)上開有環(huán)狀通風(fēng)孔，以保證足夠的軸向風(fēng)量，轉(zhuǎn)子沖片和轉(zhuǎn)子壓圈都留有軸向通風(fēng)孔。見圖2。

圖2 端環(huán)固定結(jié)構(gòu)

另外，為了保證壓指有足夠的壓力并避免壓指松動(dòng)，轉(zhuǎn)子壓圈采用整塊鋼板(16Mn)線切割而成，周邊帶壓指結(jié)構(gòu)。

4 端蓋防漏油結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該電機(jī)采用的是端蓋式滑動(dòng)軸承:DQY18-200B/BJ端蓋式滑動(dòng)軸承，復(fù)合潤滑。雖然軸承本身有兩道密封結(jié)構(gòu)，但是，面對大功率兩極高速電機(jī)內(nèi)風(fēng)扇產(chǎn)生的負(fù)壓，電機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)不斷有油霧被吸到電機(jī)內(nèi)部，即所謂的軸承漏油。軸承漏油對電機(jī)本身特別是電機(jī)絕緣不會(huì)產(chǎn)生有害的影響，但清理起來非常麻煩，會(huì)造成潤滑油不必要的浪費(fèi)和環(huán)境污染，為此，該電機(jī)在端蓋的外側(cè)上方增加了一道扇形百葉窗蓋板，在端蓋內(nèi)側(cè)增加了一道分半式漏斗形擋風(fēng)扳，見圖3。這樣，擋風(fēng)扳3就將軸承1和負(fù)壓區(qū)隔離開來，擋風(fēng)扳3內(nèi)側(cè)的負(fù)壓可以將外側(cè)的空氣通過擋風(fēng)扳3和軸之間的很小間隙吸到電機(jī)內(nèi)部，擋風(fēng)扳3外側(cè)的空氣又和百葉窗外面的空氣相通，大大減小了電機(jī)內(nèi)部負(fù)壓對軸承內(nèi)潤滑油的吸力，擋風(fēng)扳3內(nèi)圓車環(huán)形密封槽和軸之間留有間隙，加上其它密封措施防護(hù)等級可以達(dá)到IP54?；旧峡梢员苊庥挽F進(jìn)入到電機(jī)內(nèi)部。

圖3 防漏油端蓋結(jié)構(gòu)

5 機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為避免因機(jī)座剛度不夠引起的電機(jī)振動(dòng)，在機(jī)座的側(cè)板和底板上焊接“井”字形分布的加強(qiáng)筋，軸向在四個(gè)角上焊接4根直徑φ120 mm鋼管，機(jī)座軸向包括端板在內(nèi)共分布了7個(gè)環(huán)筋板，其中兩個(gè)用來固定檔風(fēng)板的厚度為12 mm，其余5個(gè)厚度為45 mm，鐵心中部的環(huán)筋板也可以采用20 mm厚的。側(cè)板和底板的兩端中間開口，用以安裝圖3中的擋風(fēng)板3。

6 安裝調(diào)試與試驗(yàn)

該3臺(tái)電機(jī)的試制過程非常順利，只是由于電機(jī)轉(zhuǎn)速高，功率大，動(dòng)平衡要求較高，很小的不平衡量就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)，電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)站借用了我公司汽輪發(fā)電機(jī)專用的八通道平衡儀經(jīng)過15天的認(rèn)真調(diào)試才解決了振動(dòng)問題。

7 結(jié)論與探討

型式試驗(yàn)表明:該電機(jī)的溫升70 K，噪聲、額定電流、效率、功率因數(shù)等技術(shù)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值一致并滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，軸承基本不存在漏油現(xiàn)象，說明各項(xiàng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和技術(shù)措施是很成功和有效的。電機(jī)外形圖見圖4。

另外，定子鐵心分成20個(gè)6 mm寬的通風(fēng)道，雖然通風(fēng)面積增加了噪聲變小，但是風(fēng)阻變大了，冷卻效果改善應(yīng)該不會(huì)太明顯，對于水冷式封閉電機(jī)降低噪聲的效果也不是很明顯。完全可以定轉(zhuǎn)子都采用10個(gè)10 mm寬的通風(fēng)道，不對齊分布。

2極高速電機(jī)也可以采用后傾式離心風(fēng)扇，這樣電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)對冷卻效果的影響不大。

圖4 電機(jī)外形軸伸端視圖