魏銀秀

(蘭州電機股份有限公司，甘肅蘭州 730030)

1 電動機概述

電動機設(shè)計重點是如何解決電動機的長徑比，減小電動機的撓度，提高電動機的穩(wěn)定性，筆者結(jié)合設(shè)計重點，闡述了采用改進電動機的軸承結(jié)構(gòu)和集電環(huán)連接型式提高電動機穩(wěn)定性，達到減少制造電動機的原材料及壓縮電動機成本的目的。

(1)電動機型號和規(guī)格

型號:T710－6;額定功率:1250 kW;額定電壓:6 000 V;頻率:50 Hz;防護等級:IP23;工作方式:S1;安裝方式:IMB3;冷卻方式:IC01。

(2)電磁設(shè)計

絕緣規(guī)范采用我公司6 kV絕緣規(guī)范。定子采用2．0×4．5 的繞包線，轉(zhuǎn)子采用 2．12×31．5 的銅帶，定子槽楔為環(huán)氧布板。定子電密4．04 A/mm2，線負荷474 A/cm，定轉(zhuǎn)子氣息6 mm，定子溫升41 K，轉(zhuǎn)子溫升58 K。絕緣等級為F級，考核溫升為105 K。

(3)電動機結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

電動機安裝形式為IMB3。電動機冷卻風(fēng)路采用經(jīng)濟實用半管道出風(fēng)。轉(zhuǎn)子鐵心兩端不帶冷卻風(fēng)扇。為了確保電動機性能的準確性，設(shè)計電磁方案時盡量使氣隙磁場分布接近合理化，性能指標達到最高，定、轉(zhuǎn)子均采用新系列通用冷軋硅鋼片設(shè)計。圖1為電動機軸承均采用滾動軸承，電動機結(jié)構(gòu)示意圖。

圓柱滾子軸承只用于承受徑向載荷，且承載能力強，使用中對同軸度要求高，在滾子軸承中極限轉(zhuǎn)速較高。允許外圈與內(nèi)圈軸線偏斜度較小(2'～4')，故只能用于剛性較大的軸上，并要求支撐座孔很好地對稱［1］。此次設(shè)計中，對大軸及相關(guān)零部件的加工質(zhì)量有嚴格的要求，特別是軸承檔的全跳不得超過0．025 mm。

深溝球軸承主要用于承受徑向載荷，但當(dāng)增大軸承徑向游隙時，具有一定的角接觸球軸承的性能，可以承受徑向、軸向聯(lián)合載荷。在轉(zhuǎn)速較高又不宜采用推力球軸承時，也可用來承受純軸向載荷。深溝球軸承裝在軸上后，在軸承的軸向游隙范圍內(nèi)，可限制軸或外殼兩個方向的軸向位移，因此可在雙向作軸向定位。此外，該類軸承還具有一定的調(diào)心能力，當(dāng)相對于外殼孔傾斜2'～10'時，仍能正常工作，但對軸承壽命有一定的影響。與尺寸相同的其他類型軸承比較，此類軸承摩擦因數(shù)小、極限轉(zhuǎn)速高、噪聲低，且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。外圈帶止動槽的可簡化軸向定位，縮小軸向尺寸［1］。

綜合兩種軸承的性能特點，在該同步電動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計時軸伸端采用深溝球軸承6244M/C3和圓柱滾子軸承NU244M/C3相結(jié)合(見圖2)，非軸伸端用一件圓柱滾子軸承NU244M/C3，這種軸承組合在力求成本最低的情況下，充分利用了各個軸承的優(yōu)勢，滿足電動機的設(shè)計要求［2］。

圖1 改進后電動機的結(jié)構(gòu)圖

圖2 軸承結(jié)構(gòu)圖

2 電動機重點結(jié)構(gòu)部分設(shè)計

2．1 軸 承

傳統(tǒng)的同步電動機結(jié)構(gòu)是采用座式滑動軸承，電動機機座與端罩及軸承同裝在一個底板上，兩軸承中心的軸向距離為2 000 mm(圖3)。而采用端蓋滑動軸承后兩軸承中心的軸向距離壓縮為1 770 mm，(圖4)。通過本次改進，采用滾動軸承后的兩軸承中心的軸向距離壓縮到了1 297 mm(圖1)。

圖3 座式軸承電動機結(jié)構(gòu)圖

圖4 端蓋滑動軸承的電動機結(jié)構(gòu)圖

2．1．1 轉(zhuǎn)軸撓度的計算［3］

(1)用端蓋滑動軸承時的轉(zhuǎn)軸撓度計算

G=2 935 kg，D=79．8 cm，L=49 cm，g=0．6 cm，m=5，n=5(未注長度單位為 cm)，d1=20，d2=25，d3=29，d4=26．5，d5=27，d1'=20，d2'=25，d3'=29，d4'=26．5，d5'=27，L1=11，L2=20，L3=26，L4=47．5，L5=84．5，L1'=10．3，L2'=20，L3'=26．3，L4'=55．5，L5'=92．5，D2=44，b=8．7，t=6。

撓度數(shù)值:f=0．037 mm

撓度占氣隙的百分比:f/e=0．61%(OK)

臨界轉(zhuǎn)速:nk=5 814 r/min

(2)用滾動軸承時的轉(zhuǎn)軸撓度計算

G=2 670 kg，D=79．8 cm，L=49 cm，g=0．6 cm，m=4，n=4(未注長度單位為 cm)，d1=22，d2=25，d3=26．5，d4=27，d1'=22，d2'=25，d3'=26．5，d4'=27，L1=6．5，L2=19．5，L3=24．1，L4=61．1，L1'=3．3，L2'=11．3，L3'=31．7，L4'=68．7，D2=44，b=8．7，t=6。

撓度數(shù)值:f=0．011 mm

撓度占氣隙的百分比:f/e=0．18%(OK)

臨界轉(zhuǎn)速:nk=11 049 r/min

(3)采用滾動軸承的電機，其轉(zhuǎn)軸撓度僅為滑動軸承電機轉(zhuǎn)軸撓度的2/7，而臨界轉(zhuǎn)速卻約達2倍。

2．1．2 滾動軸承基本負荷計算［2］

轉(zhuǎn)子外徑D=798 mm，有效鐵心長L=400 mm，氣隙 δ=6 mm，氣隙磁密 Bδ=0．7277 T。

轉(zhuǎn)子重量 G=2 670 kg，單邊磁拉力 P0=0．06DLBδ

2=1 014 kg。計算得:軸伸端載荷F1=19．49 kN，非軸伸端徑向載荷 F2=17．35 kN。

軸承NU244M/C3的基本額定靜負荷為Cr=702 kN，F(xiàn)1、F2符合范圍。

2．1．3 兩種軸承淺析

(1)滑動軸承存在的缺點:①滑動軸承軸瓦一般為巴氏合金瓦，其磨損快，壽命短，更換頻繁，故障多;②檢修瓦工期長，勞動強度較高;③滑動軸承傳動阻力較大;④滑動軸承不宜維護檢修，若刮研瓦或安裝稍微達不到要求精度及潤滑跟不上時，就將發(fā)生高溫?zé)吖收隙绊懮a(chǎn)。

(2)滾動軸承的優(yōu)點:①節(jié)電:滾動軸承內(nèi)外圈之間由滾子支撐，運轉(zhuǎn)時滾子沿內(nèi)外圈的滾道滾力滾動，摩擦系數(shù)遠遠小于滑動摩擦系數(shù)，由滑動軸承的0．04降低到滾動軸承的0．0025，只有原來的1/16。起動電流減小，工作電流也減小;②節(jié)省潤滑油:滾動軸承為滾動式線接觸，用油量少，油質(zhì)的劣變現(xiàn)象很小。去掉了潤滑站，主軸承的維修使用都非常方便。消除了缺油斷水、瓦升溫、修機停產(chǎn)的事故發(fā)生;③維修方便，質(zhì)量可靠:省去一系列復(fù)雜技術(shù)要求及供油、供水的冷卻系統(tǒng)，因此維修工作量大大減少;④滾動軸承由專業(yè)廠家生產(chǎn)，材料、精度均按相關(guān)標準執(zhí)行，質(zhì)量有保障;⑤滾動軸承代替滑動軸承，有效降低了摩擦能耗，解決了大負荷下軸承壽命、機組軸向竄動、軸承密封等一系列問題。

2．2 集電環(huán)

對用戶要求集電環(huán)防護等級為IP23的同步機，原來設(shè)計的集電環(huán)為下端采用支架承托和上端用螺桿拉緊聯(lián)合固定形式(到機座端面距離為850 mm)。

在本電動機設(shè)計時改變大型同步機集電環(huán)的支撐形式，在電動機端蓋上加工止口，并設(shè)計了高度為100 mm的連接環(huán)，實行過渡連接(集電環(huán)端面到機座端面距離為650)。由于連接環(huán)的高度有限，原用軸承測溫元件WZP－280體積大，考慮到安裝特別困難，設(shè)計時改用體積小，經(jīng)濟實惠的端面熱電阻WZPM－201來檢測軸承溫度。改進集電環(huán)連接形式后，安裝方便，電動機結(jié)構(gòu)因此而更加緊湊。

2．3 連接環(huán)

設(shè)計連接環(huán)時，在保證連接環(huán)與軸承外蓋不干涉的情況下，考慮用戶給軸承加脂以及排脂時的空間、方便安裝軸承測溫和把合螺絲，所以連接環(huán)的圓周設(shè)計為輻射筋、周邊為敞開的形式。

3 結(jié)語

節(jié)材分析見表1。通過試驗對電動機各點的振動進行了仔細的檢測，7臺電動機最大振點的振速為2．2 mm/s，國標要求不得超過 2．8 mm/s，符合標準。通過實驗，各項性能指標及參數(shù)都符合設(shè)計值和相關(guān)要求。

該產(chǎn)品是從改變電動機的軸承和集電環(huán)連接型式方面做了改進，達到節(jié)材的目的。為以后設(shè)計同類產(chǎn)品、完善產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計積累了經(jīng)驗。

表1 主要部件節(jié)材對照表

［1］ 成大先．機械設(shè)計手冊［M］．第2卷．第四版．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002．

［2］ 吳恒顓．電機常用材料手冊［M］．西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2001．

［3］ 白延年．水輪發(fā)電機設(shè)計與計算［M］．北京:機械工業(yè)出版社，1982．