朱雪健 王宇峰

摘要：本文討論了Y560-2 1600kW 11kV IP23二極異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與研究，圍繞著設(shè)計(jì)過(guò)程中主要部件進(jìn)行了分析研究，為今后二極異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：二極異步電動(dòng)機(jī)；撓度；臨界轉(zhuǎn)速；振動(dòng)；

1問(wèn)題的提出

二極異步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工、煤炭、電站、冶金等行業(yè)，為風(fēng)機(jī)、水泵提供必要的動(dòng)力。

筆者接到產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)，為某電廠引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)配套Y560-2 1600kW11kV IP23電動(dòng)機(jī)，由于二極電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，更易產(chǎn)生異常振動(dòng)等現(xiàn)象，對(duì)電機(jī)和生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，這就首先要求合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，滿足電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，提高生產(chǎn)效率。

2電動(dòng)機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)

2.1電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

額定功率：1600kW；

額定電壓：11000V；

額定電流：96A；

額定頻率：50Hz；

額定轉(zhuǎn)速：2982r/min

絕緣等級(jí)：F級(jí)

防護(hù)等級(jí)：IP23

冷卻方式：IC611；

結(jié)構(gòu)及安裝型式：IMB3；

3依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：GB755《旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能》

該產(chǎn)品采用箱式焊接結(jié)構(gòu)，端蓋滑動(dòng)軸承，具有外形美觀，噪聲低、振動(dòng)小，高效節(jié)能，運(yùn)行穩(wěn)定，安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)繞組絕緣結(jié)構(gòu)所采用的材料在電機(jī)溫升作用下，其絕緣性能將逐漸變壞，而當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，絕緣材料的絕緣特性會(huì)被迅速破壞，最后甚至失去絕緣能力。因此，為了獲得經(jīng)濟(jì)的使用壽命，該電機(jī)的定子線圈絕緣采用F級(jí)絕緣，提高了整個(gè)電機(jī)的絕緣水平，有利于延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。Y560-21600kW 11kV IP23異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2982r/min，轉(zhuǎn)差率為0.6%。對(duì)于如此高轉(zhuǎn)速的異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)要求很高，如何滿足這一要求成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

3.1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)軸是電機(jī)中最重要的零部件之一，二極高速電機(jī)的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)更是非常重要。在轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)中，為了滿足高轉(zhuǎn)速下機(jī)械強(qiáng)度的要求，并改善異步電動(dòng)機(jī)的特性，轉(zhuǎn)子材質(zhì)一般為45號(hào)鍛鋼（見(jiàn)圖1），并且為了有足夠的強(qiáng)度、剛度還要作正火、回火、或調(diào)質(zhì)等一系列的熱處理。另外個(gè)別截面要有足夠的強(qiáng)度，在正常負(fù)載及規(guī)定的特殊情況下（如突然短路等），轉(zhuǎn)軸不能產(chǎn)生殘余變形或損壞。轉(zhuǎn)軸的撓度必須在電機(jī)氣隙的10%范圍內(nèi)，還有臨界轉(zhuǎn)速與工作轉(zhuǎn)速問(wèn)應(yīng)有足夠的差值，以免發(fā)生共振。下面就撓度和臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算作詳細(xì)說(shuō)明。

3.1.1撓度計(jì)算

計(jì)算轉(zhuǎn)軸撓度，不外乎采用兩種方法：作圖法及分析法。作圖法，需要制作轉(zhuǎn)軸的彈性線，從彈性線上按照某種尺寸比例，可以得出任何一點(diǎn)的撓度，此法準(zhǔn)確度很高，但應(yīng)用此法會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間。實(shí)際上通常只需知道轉(zhuǎn)子鐵心安放位置上中點(diǎn)的轉(zhuǎn)軸撓度即已足夠。計(jì)算這一點(diǎn)撓度的最簡(jiǎn)易方法是分析法。該方法花費(fèi)時(shí)間少，還可避免可能的誤差，現(xiàn)在已經(jīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)完成此操作，所以在電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸計(jì)算時(shí)，分析法得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)計(jì)算Y560-2 1600kW 11kV IP23電機(jī)b點(diǎn)撓度結(jié)果見(jiàn)圖一

3.1.2轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速

除了對(duì)軸的撓度計(jì)算外，還應(yīng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子固有振動(dòng)特性進(jìn)行分析，即主要計(jì)算轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速，軸自己橫向振動(dòng)的周率不應(yīng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸速度一致。一般情況下，僅考慮單邊磁拉力作用于轉(zhuǎn)軸，有一個(gè)負(fù)荷在鐵心中部時(shí)的影響，苴臨界速度可表示為

在普通電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，按照機(jī)械計(jì)算公式，當(dāng)轉(zhuǎn)軸的撓度小于氣隙的10%時(shí)，臨界轉(zhuǎn)速一般都能高出額定轉(zhuǎn)速的30%，這樣的軸，稱之為剛性軸。而對(duì)于二極異步電動(dòng)機(jī)，也有采用柔性軸（即一階臨界轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速）。本文所述電動(dòng)機(jī)也采用了剛性軸的設(shè)計(jì)理念，使其一階臨界轉(zhuǎn)速高出額定轉(zhuǎn)速的30%。

在電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，縮短機(jī)座長(zhǎng)度，并調(diào)整檔位使分布更合理；端蓋滑動(dòng)軸承采用B型軸承；

3.2轉(zhuǎn)子沖片的設(shè)計(jì)

二極電機(jī)由于轉(zhuǎn)子沖片的內(nèi)徑較小，對(duì)轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度要求又很高，所以二極電機(jī)不安裝輻板，而是在轉(zhuǎn)子沖片上加工通風(fēng)孔（圖2），使通風(fēng)孔疊壓后形成的管道與轉(zhuǎn)子的通風(fēng)槽管連通，靠通風(fēng)槽管旋轉(zhuǎn)來(lái)冷卻電機(jī)，由于二極電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，其冷卻的效果也可以滿足電機(jī)的要求。本機(jī)在此基礎(chǔ)上，縮小轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔孔徑，縮小通風(fēng)孔定位直徑，降低沖片應(yīng)力；取消鍵槽改用熱套方式，使轉(zhuǎn)子鐵芯與轉(zhuǎn)軸過(guò)盈量均勻，受力均勻。沖片應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖二：

3.3其他結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)

增加壁板和通筋，加固機(jī)座；轉(zhuǎn)子端板加厚，防止轉(zhuǎn)子鐵芯彈開(kāi)過(guò)大；增加弧鍵、保護(hù)環(huán)防止轉(zhuǎn)軸軸向竄動(dòng)；

4結(jié)語(yǔ)

電機(jī)主要性能參數(shù)設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)值的對(duì)比

由上表可見(jiàn)，該嚴(yán)品性能指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，電機(jī)如期合格出廠。該電機(jī)電磁設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是成功的，為今后設(shè)計(jì)制造高效低噪三相異步電動(dòng)機(jī)積累了經(jīng)驗(yàn)。

綜上所述，通過(guò)以上設(shè)計(jì)電機(jī)結(jié)構(gòu)可以有效的降低電機(jī)振動(dòng)的概率，但是引起二極電動(dòng)機(jī)振動(dòng)原因是多方面的，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要注意以上的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，并且嚴(yán)把機(jī)械加工和裝配，控制各個(gè)工序，就可以在源頭消除振動(dòng)，可以大大地減少由于電動(dòng)機(jī)振動(dòng)帶來(lái)?yè)p失。