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(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

目前國內(nèi)外電機(jī)公司高壓方箱電機(jī)通風(fēng)結(jié)構(gòu)主要分兩種，分別為徑向通風(fēng)結(jié)構(gòu)和混流通風(fēng)結(jié)構(gòu)[1]。大極數(shù)電機(jī)多采用混流通風(fēng)結(jié)構(gòu)，混流通風(fēng)結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點是電機(jī)內(nèi)、外部溫度場換熱充分，電機(jī)冷卻效果好。但整體電機(jī)的軸向溫度梯度較大，而且內(nèi)風(fēng)扇側(cè)軸承溫度相對偏高。特別是對于滑動軸承自潤滑結(jié)構(gòu)，由于滑動軸承與軸之間屬于線性摩擦，摩擦系數(shù)較滾動軸承大很多，所以發(fā)熱量也比滾動軸承大很多；同時由于自潤滑結(jié)構(gòu)，熱量僅能依靠軸承自身進(jìn)行散熱，而強(qiáng)迫潤滑則可由潤滑油將大部分熱量帶走，加之電機(jī)內(nèi)部熱風(fēng)的影響，進(jìn)一步導(dǎo)致內(nèi)風(fēng)扇側(cè)軸承溫度升高。

本文研究的目的是通過對混流通風(fēng)自潤滑電機(jī)不同軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并對其進(jìn)行試驗對比分析，最終確定能夠有效降低混流通風(fēng)自潤滑電機(jī)內(nèi)風(fēng)扇側(cè)軸承溫度的軸承結(jié)構(gòu)，從而為今后混流通風(fēng)自潤滑電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

1 軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計及對比分析試驗

本次研究共設(shè)計了四種不同軸承結(jié)構(gòu)，并對新設(shè)計的軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體電機(jī)溫升試驗、將新設(shè)計的軸承結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的軸承溫度進(jìn)行對比分析，具體如下。

1.1 軸承上方增加擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)

為了減小混流通風(fēng)結(jié)構(gòu)內(nèi)風(fēng)扇側(cè)熱風(fēng)對自潤滑電機(jī)軸承溫度的影響，在內(nèi)風(fēng)扇側(cè)端蓋上安裝玻璃鋼擋風(fēng)板，擋風(fēng)板延伸至風(fēng)扇平衡環(huán)下方，盡可能減小擋風(fēng)板與風(fēng)扇間距離，以達(dá)到阻隔熱風(fēng)的目的[2]，如圖1所示。試驗對比分析結(jié)果如表1所示(表中軸承溫度均為折算到環(huán)境溫度40℃后的溫度，以下均同)。

圖1 軸承上方增加擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)

表1 試驗對比

通過試驗數(shù)據(jù)對比可以看出：軸承上方增加擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)對軸承溫度并無太大改善作用。分析其原因，首先由于考慮到實際裝配的可操作性，擋風(fēng)板與風(fēng)扇間需留出一定空間，避免與風(fēng)扇刮蹭，因此，擋風(fēng)板并未將全部熱風(fēng)隔離；其次當(dāng)電機(jī)內(nèi)部達(dá)到一個熱平衡狀態(tài)后，熱量最終也會穿越風(fēng)扇輻板、擋風(fēng)板后傳遞到軸瓦，引起軸承溫度升高。因此，采用軸承上方增加擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)，不能有效解決混流通風(fēng)自潤滑軸承溫度偏高的問題。

1.2 軸承外側(cè)安裝軸流風(fēng)扇結(jié)構(gòu)

為了增加自潤滑電機(jī)軸承表面散熱能力，在軸承外側(cè)安裝一個軸流風(fēng)扇及擋風(fēng)罩，通過加快空氣流動，帶走軸承表面熱量[3]。前文已經(jīng)提到，內(nèi)風(fēng)扇側(cè)軸承溫度受電機(jī)內(nèi)部熱風(fēng)影響較大，所以僅需在內(nèi)風(fēng)扇側(cè)軸承外側(cè)端增加軸流風(fēng)扇即可，如圖2、圖3所示。試驗對比分析見表2。

圖2 軸承外側(cè)安裝軸流風(fēng)扇結(jié)構(gòu)圖

圖3 軸承外側(cè)安裝軸流風(fēng)扇效果圖

表2 試驗對比

通過表2試驗對比分析可以看出，兩臺電機(jī)在內(nèi)風(fēng)扇軸側(cè)承外側(cè)增加軸流風(fēng)扇后，軸承溫度分別下降了9.2℃和11.6℃。因此可以得出結(jié)論：采用軸承外側(cè)增加軸流風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，能夠有效解決混流通風(fēng)自潤滑電機(jī)軸承溫度偏高的問題。

1.3 更改軸承類型

國內(nèi)高壓方箱滑動軸承電機(jī)，滑動軸承大部分采用DQY-B型軸瓦(見圖2)，該種軸瓦約有1/3部分安裝于電機(jī)內(nèi)腔，減小了電機(jī)整體長度的同時，提高了電機(jī)整體剛度。但同時也受混流通風(fēng)結(jié)構(gòu)內(nèi)風(fēng)扇側(cè)熱風(fēng)影響較大，所以對于自潤滑軸瓦溫度偏高的電機(jī)，可采用DQZ型軸瓦，如圖4所示。該種結(jié)構(gòu)軸承大部分腔體在電機(jī)外部，減小了受電機(jī)內(nèi)部熱風(fēng)的影響。試驗對比見表3。

圖4 DQZ型軸承結(jié)構(gòu)

表3 試驗對比

通過表3試驗對比分析可以看出，兩臺電機(jī)在采用DQZ型軸瓦后，內(nèi)風(fēng)扇側(cè)軸承溫度分別下降了4.5℃和5.1℃。因此可以得出結(jié)論：采用DQZ型軸瓦，能夠降低混流通風(fēng)自潤滑軸承溫度，但是效果有限。

1.4 軸承中增加冷卻水管結(jié)構(gòu)

滑動軸承熱量源于軸承內(nèi)部瓦球與軸的摩擦，為了有效將自潤滑電機(jī)軸承內(nèi)部熱量帶走，通過在軸承內(nèi)部增設(shè)冷卻水管，外部為用戶預(yù)留法蘭接口，通過外接冷卻循環(huán)水將軸承內(nèi)部熱量帶走，如圖5、圖6所示。對比試驗見表4。

圖5 軸承內(nèi)部增加水管結(jié)構(gòu)圖

圖6 軸承內(nèi)部增加水管圖

表4 試驗對比

通過表4可以明顯看出，在軸承通入冷卻水后，伸、尾端軸瓦分別降低了15.5℃和18.1℃，降溫效果非常明顯。由此可以說明：采用軸承中增加冷卻水管結(jié)構(gòu)，能夠有效解決混流通風(fēng)自潤滑軸承溫度偏高的問題。

1.5 小結(jié)

通過上述軸承設(shè)計方案及試驗數(shù)據(jù)對比分析可以看出：采用軸瓦上方增加擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)不能有效解決混流通風(fēng)自潤滑軸承溫度偏高的問題。采用DQZ型軸承替換DQY-B型軸承結(jié)構(gòu)，能夠降低軸承溫度，但是降低幅度較??；通過采用軸承外側(cè)安裝軸流風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，軸承軸瓦溫度能夠降低9～11℃；采用軸承中增加冷卻水管結(jié)構(gòu)，軸承溫度可降低15～18℃；因此可以得出以下結(jié)論：混流通風(fēng)自潤滑電機(jī)中;通過采用軸承外側(cè)安裝軸流風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、軸承中增加冷卻水管結(jié)構(gòu)均能有效解決混流通風(fēng)自潤滑電機(jī)軸承溫度偏高的問題。

2 結(jié)語

軸承在電機(jī)中起著支撐軸和其它旋轉(zhuǎn)部件的作用，是極為重要的零部件。軸承溫度高會引發(fā)電機(jī)振動、軸承異響、甚至電機(jī)抱軸等故障發(fā)生。因此軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計是電機(jī)設(shè)計中極為重要的一個環(huán)節(jié)。本文以混流通風(fēng)自潤滑電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)作為研究及試驗分析，并從中推薦出解決混流通風(fēng)自潤滑電機(jī)軸承溫度高的軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，希望能夠給予從事電機(jī)設(shè)計工作人員一定借鑒和幫助。

[1] 楊海燕.電機(jī)通風(fēng)散熱的基礎(chǔ)性研究.重慶市電機(jī)工程學(xué)會2010年學(xué)術(shù)會議論文集，2010.

[2] 張勝男,王春瑞,于京平.高壓方向電機(jī)內(nèi)部三維溫度場計算與分析.防爆電機(jī)，2015.4.

[3] 陳世坤.電機(jī)設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000.