侯 莉

(1. 上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院； 2. 上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

增安型電動機(jī)是一種在石油、化工等行業(yè)使用廣泛的電動機(jī)。該類型防爆電機(jī)適用于工廠2區(qū)、引燃溫度為T3及以下溫度組別的爆炸性危險(xiǎn)場所。這種電動機(jī)相對于隔爆型電動機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：重量輕、無隔爆結(jié)合面、維護(hù)方便。

YAKS系列增安型防爆電動機(jī)采用TMEIC電機(jī)結(jié)構(gòu)。TMEIC電動機(jī)體積小且功率密度大，相同機(jī)座號功率可以做得更大。與國內(nèi)Y系列產(chǎn)品相比，同樣功率電動機(jī)機(jī)座可以降低2～3檔。借鑒TMEIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增安型防爆電機(jī)，在市場上更有競爭力。

1 電機(jī)的設(shè)計(jì)

1.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GB 3836.1 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第1部分：通用要求

GB 3836.2 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第2部分：隔爆型“d”

GB 3836.3 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第3部分：增安型“e”

GB 3836.4 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第4部分：本質(zhì)安全型“i”

GB 3836.5 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第5部分：正壓型“p”

Q/JDAD134—2014 YAKK、YAKS系列高壓增安三相異步電動機(jī)技術(shù)條件

1.2 增安型防爆電機(jī)的防爆原理

常規(guī)電機(jī)在正常運(yùn)行條件下不會產(chǎn)生電弧、火花或危險(xiǎn)高溫，增安型防爆電機(jī)是在常規(guī)電機(jī)結(jié)構(gòu)上采取一些保護(hù)措施，如機(jī)械、電氣和發(fā)熱等方面，使之進(jìn)一步避免在正?；蛘J(rèn)可的過載條件下出現(xiàn)電弧、火花或高溫的危險(xiǎn)，從而確保其防爆安全性。這種電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)沒有引燃源，可用于防爆危險(xiǎn)環(huán)境。這就是增安型電機(jī)的防爆原理。

1.3 電磁設(shè)計(jì)

電動機(jī)電磁計(jì)算采用引進(jìn)的TMEIC計(jì)算程序。增安型電動機(jī)定子繞組導(dǎo)體電流密度控制、極相組間的間隙控制、絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防電暈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等直接影響電機(jī)高溫、電暈的產(chǎn)生，進(jìn)而影響電機(jī)防爆安全性能。

本項(xiàng)目采用F級絕緣，絕緣規(guī)范選用企業(yè)自編的《10 kV F級高壓增安型電機(jī)定子絕緣規(guī)范》。線規(guī)：2.24 mm×4.5 mm，云母銅線4M56-F，匝間絕緣0.56，主絕緣單邊厚度2.25 mm。電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條選用11.2 mm×40 mm硬銅母線TMYD。

增安型電動機(jī)對定子繞組的防暈要求很高，采用特有的防暈措施，保證線圈端部間隙同相間6.5 mm、異相間8 mm。沖片三圓及磁路參數(shù)如表1所示。

表1 YAKS500-2 1 400 kW 10 kV電磁參數(shù)

電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下。

電機(jī)型號：YAKS500-2 安裝方式：IMB3

功率：1 400 kW 防護(hù)等級：IP54

電壓：10 kV 絕緣等級：F級

防爆等級：Ex eⅡT3 溫升：按B級考核

額定頻率：50 Hz 冷卻方式：IC81W

效率：94.2% 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：0.38

功率因數(shù)：0.897 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：2.5

堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)：5.4

1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.4.1 電機(jī)總體布局

該電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借鑒了TMEIC電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

圖1 YAKS500-2結(jié)構(gòu)簡圖

電機(jī)主體結(jié)構(gòu)與TMEIC系列電機(jī)相似。冷卻方式為IC81W，采用徑向風(fēng)路結(jié)構(gòu)，為兩端進(jìn)風(fēng)、中間出風(fēng)的對稱風(fēng)路。定子風(fēng)道數(shù)15寬6 mm，轉(zhuǎn)子風(fēng)道數(shù)7寬6 mm，電機(jī)定子繞組溫度分布達(dá)到比較均衡的理想狀態(tài)，有效避免電機(jī)內(nèi)部局部過熱現(xiàn)象。

1.4.2 定子設(shè)計(jì)

TMEIC系列電機(jī)機(jī)座與定子鐵心采用底腳螺栓固定的方式見圖2。這種固定方式優(yōu)點(diǎn)如下：首先，由于定子鐵心從機(jī)座頂部裝入見圖3，因此，機(jī)座止口的大小不受定子外徑影響；其次，電機(jī)振動性能好，因?yàn)槎ㄗ予F心振動通過底腳傳向機(jī)座下部。

圖2 定子鐵心與機(jī)座的固定

圖3 定子鐵心從機(jī)座上部吊入

TMEIC系列與Y系列的最大區(qū)別就在于如何在相同大小的外殼內(nèi)裝下更大的電機(jī)有效體積，以提高電機(jī)的出力。

該電機(jī)機(jī)座采用TMEIC結(jié)構(gòu)機(jī)座，為鋼板焊接，所有焊縫均要求連續(xù)焊，并消除應(yīng)力。機(jī)座頂部與冷卻器結(jié)合平面加工粗糙度要求提高，并在機(jī)座頂部開槽嵌入橡膠條保證電機(jī)外殼的氣密性。

1.4.3 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完全同TMEIC電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，見圖4。采用24+6的風(fēng)道設(shè)計(jì)，增大通風(fēng)面積。電機(jī)軸為光軸結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子為銅條轉(zhuǎn)子，采用下端環(huán)加護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子兩端分別熱套一個軸流式風(fēng)扇，與轉(zhuǎn)子風(fēng)道形成對稱風(fēng)路。

圖4 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

電機(jī)內(nèi)風(fēng)扇為鑄鋁結(jié)構(gòu)，見圖5。風(fēng)扇的設(shè)計(jì)以較小的損耗取得最大的冷卻效果為原則，采用流行型曲面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在最大限度提高風(fēng)扇通風(fēng)效率的同時(shí)，盡可能地降低通風(fēng)噪聲。

圖5 內(nèi)風(fēng)扇

TMEIC系列全部采用下端環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與Y系列端面端環(huán)比較，見圖6。①可不用加工端面端環(huán)上的焊接槽；②轉(zhuǎn)子不用上車床車導(dǎo)條鋸齒；③銀焊料用量較少，不需要中頻焊接。因此有必要在實(shí)踐的基礎(chǔ)上研究是否可以擴(kuò)大該結(jié)構(gòu)在Y系列電機(jī)上的應(yīng)用范圍。同時(shí)，TMEIC的高速電機(jī)薄壁護(hù)環(huán)見圖7結(jié)構(gòu)簡單，省時(shí)省料，也有著推廣和擴(kuò)大使用的意義。

圖6 Y系列端環(huán)結(jié)構(gòu)

圖7 TMEIC端環(huán)及護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)

1.4.4 冷卻器

電機(jī)冷卻方式為IC81W，全封閉空-水冷方式。空-水冷卻器的結(jié)構(gòu)和型式參考TMEIC系列電機(jī)產(chǎn)品，側(cè)面預(yù)留正壓系統(tǒng)泄壓閥接口。

為保證電機(jī)整體密封性，冷卻器與機(jī)座配合的底板加厚，并要求金加工，平面度在1 mm以內(nèi)。冷卻器與機(jī)座之間的襯墊采用硅橡膠密封墊，在密封墊位置開槽，槽深根據(jù)硅橡膠的壓縮量設(shè)計(jì)，起到限位作用。

1.5 吹掃系統(tǒng)

增安型電機(jī)啟動過程中容易產(chǎn)生火花，因此，需對增安型電機(jī)加裝啟動預(yù)吹掃裝置。自動預(yù)啟動吹掃裝置吹掃、流量控制、吹掃完成整個過程實(shí)現(xiàn)自動控制，信號進(jìn)入DCS系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程就地操作，既方便用戶現(xiàn)場使用，又增加了安全可靠性。

本電機(jī)采用英國EXPO公司的D758換氣及泄漏補(bǔ)償系統(tǒng)，見圖8。保證電動機(jī)啟動前，電機(jī)內(nèi)腔可燃性氣體在得到有效的置換后，允許啟動電動機(jī)。啟動后正壓系統(tǒng)可關(guān)閉，確保為項(xiàng)目提供安全可靠的防爆電機(jī)。D758系統(tǒng)工作原理簡易圖，見圖9。

2 試驗(yàn)

電機(jī)型式試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，電機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)性能均良好，效率、溫升和振動均滿足了客戶要求。從型式試驗(yàn)中的溫升來看，電機(jī)溫升裕度較大，尚有很大的升容空間，也為YAKS系列電機(jī)今后的改進(jìn)提供了依據(jù)。今后，同規(guī)格增安型電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮適當(dāng)?shù)目s短鐵心。

圖8 啟動預(yù)吹掃裝置D758

圖9 D758系統(tǒng)工作原理簡易圖

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

YAKS500-2 1 400 kW 10 kV高壓增安型三相異步電動機(jī)的主要性能指標(biāo)(設(shè)計(jì)值)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，接近國際先進(jìn)水平。通過與華強(qiáng)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司的通力合作及公司內(nèi)各部門的精誠協(xié)作，上電在增安型電機(jī)領(lǐng)域初步形成競爭優(yōu)勢。