趙堅 李彬

泰豪沈陽電機有限公司

一、前言

由中方總承包的越南和發(fā)集團榕橘鋼鐵有限公司180萬噸/年球團項目施工全面展開。該項目建成后將成為東南亞規(guī)模最大的全紅礦球團生產(chǎn)線，可大幅提升越南鋼鐵冶煉技術(shù)水平，有助于當(dāng)?shù)匾苯甬a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時也讓中國的冶金技術(shù)和中國制造設(shè)備走出國門、走向海外。隨著“一帶一路”戰(zhàn)略為我國裝備制造業(yè)“走出去”帶來了新的發(fā)展機遇，近年來國內(nèi)東南亞出口項目數(shù)量日益增大。我公司為越南和發(fā)集團榕橘鋼鐵有限公司生產(chǎn)的燒結(jié)風(fēng)機用大功率高轉(zhuǎn)速三相同步電動機，型號為T6700-6/1730 6700kW 10kV IP54，是公司具有代表性的出口項目之一，用于拖動燒結(jié)風(fēng)機。

二、設(shè)計研制

（一）總體介紹

冶煉鋼鐵時，鐵礦石在冶煉之前要用燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，而燒結(jié)爐則須用到煙氣主抽風(fēng)機。燒結(jié)廠用煙氣主抽風(fēng)機的主要選擇是離心式鼓風(fēng)機，因為其具備大風(fēng)量、高負(fù)壓的性能特點，而拖動離心式鼓風(fēng)機必須用到本文介紹的大功率高轉(zhuǎn)速三相同步電動機。

該電機的設(shè)計符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 755《旋轉(zhuǎn)電機定額和性能》和JB/T 2224 《大型交流三相同步電動機技術(shù)條件》，電動機額定功率為6700kW，額定電壓為10kV，額定電流為445A，額定頻率為50Hz，F(xiàn)級絕緣，額定轉(zhuǎn)速為1000 r/min，額定功率因數(shù)為0.9（超前），電動機定子引出線為6根，Y點打開，定額為連續(xù)定額S1，拖動機組飛輪力矩GD2 = 68500kg·m2，電動機的外殼防護(hù)等級為IP54，電機冷卻方式為軸、徑向混合通風(fēng)的空-上水冷，結(jié)構(gòu)及安裝型式為IM7311，電機定額為連續(xù)工作制S1。

電動機性能參數(shù)如下：在額定電壓下，失步轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值的保證值為1.7，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值的保證值為1.0，牽入轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值的保證值為0.8，堵轉(zhuǎn)電流標(biāo)幺值的保證值為7.0。

（二）電磁計算

根據(jù)三相同步電動機的功率6700kW，極數(shù)6，確定機座號為1730（定子扇形片外圓）。根據(jù)電壓等級10kV，來決定定子沖片的內(nèi)徑尺寸及沖片開槽的尺寸。通過調(diào)整定子鐵心長度和定子線圈的匝數(shù)將定子齒磁密和磁極極身磁密控制在15500高斯以內(nèi)，氣隙磁密控制在8000高斯以內(nèi)以確保電機性能的情況下提高材料利用率。由于對出口產(chǎn)品的質(zhì)量控制，此次設(shè)計定子沖片采用50W-470冷軋無取向硅鋼片。

參考電機拖動的風(fēng)機轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載曲線得知，風(fēng)機的轉(zhuǎn)動慣量及啟動負(fù)載大，尤其是在多種因素共同起作用的時候，給電機的起動特別是牽入同步過程造成困難，本臺電機功率達(dá)到6700kW，轉(zhuǎn)速高達(dá)1000r/min，負(fù)載的GD2達(dá)到68.5t·m2，設(shè)計時需要保證電機起動性能，尤其是牽入轉(zhuǎn)矩的保證。此外還要注意起動時發(fā)熱量的數(shù)據(jù)，必要時需采用磁極線圈散熱匝結(jié)構(gòu)和極靴表面的散熱處理。

（三）機械計算

對于高轉(zhuǎn)速三相同步電動機，巨大的離心力導(dǎo)致轉(zhuǎn)子各個部件必須進(jìn)行機械強度計算，計算時應(yīng)考慮轉(zhuǎn)動過速Np=1.2＊n。首先要考慮的是臨界轉(zhuǎn)速；其次，是離心力體現(xiàn)在高速旋轉(zhuǎn)零件的固定強度上，主要是轉(zhuǎn)子線圈，處理方法是每極線圈由鍛鋼極靴板通過高強度螺栓固定在磁極極身上，并通過相鄰線圈撐架進(jìn)行徑向固定。因此必須計算撐架強度，撐架固定螺栓強度，磁極螺釘強度及磁極螺釘螺紋牙及數(shù)量計算。

（四）結(jié)構(gòu)設(shè)計

電機由定子、轉(zhuǎn)子、冷卻器構(gòu)成，轉(zhuǎn)子支撐采用Z系列座式滑動軸承。電機雙軸伸，為標(biāo)準(zhǔn)圓柱形軸伸。

電機定子為箱式結(jié)構(gòu)，構(gòu)成定子的主要部件包括定子機座，定子鐵芯，定子線圈及線圈端部支撐，線圈測溫元件，主接線盒。定子機座是架構(gòu)定子的主要鉚焊件，機座的強度直接影響整個電機的穩(wěn)定性。起主要結(jié)構(gòu)作用的鐵芯段機壁分別由40mm厚的Q235B鋼板制成，并用圓周方向均布的16塊20mm厚Q235B筋板支撐，整個機座貫穿6根直徑90mm圓鋼，鐵芯中部增設(shè)中機壁，用以增加機座強度。定子鐵芯是組成電機磁路的主要部件，由0.5mm冷軋無取向硅鋼片疊壓而成，疊壓系數(shù)高達(dá)0.98以上。鐵芯長度990mm，為達(dá)到散熱目的，將鐵芯分段后增設(shè)徑向通風(fēng)道。整個定子鐵芯通過拉緊螺桿固定在定子機座上。定子線圈采用雙玻璃絲薄膜銅扁線繞制，主絕緣為云母帶及防暈高低阻帶，繞組形式為雙層疊繞組，同相上下層線圈中間放置定子測溫元件（Pt100鉑熱電阻）。槽底及上下層線圈采用環(huán)氧玻璃布板絕緣，再用槽楔固定。為克服線圈端部電磁力，整個線圈端部用無磁性不銹鋼端箍綁扎固定，再用絕緣支架固定。端部接線完成后進(jìn)行高壓耐壓試驗，無破壓情況下整個定子進(jìn)行真空高壓浸漆（VPI）。

電機轉(zhuǎn)子為6極凸極實心磁極結(jié)構(gòu)，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的主要部件包括轉(zhuǎn)軸，磁軛和極靴，磁極線圈以及風(fēng)扇。轉(zhuǎn)軸使其機械性能滿足以下幾點：許用撓度為氣隙的百分?jǐn)?shù)不超過8%；軸承及軸肩處按疲勞計算的相當(dāng)應(yīng)力不超過500；臨界轉(zhuǎn)速避開1.3倍的額定轉(zhuǎn)速；選取軸徑時，軸承的計算負(fù)載不超過其允許的負(fù)載。

三、結(jié)論

此電動機制成后，通過廠內(nèi)型式試驗，性能數(shù)據(jù)合格，電動機研制成功。該電機在越南項目現(xiàn)場環(huán)境溫度高達(dá)39℃的情況下溫升振動指標(biāo)正常，運行一次成功，是國產(chǎn)自主品牌打入國外市場的成功項目。為該類型電機在國外產(chǎn)品的應(yīng)用積累了經(jīng)驗，更具有意義的是為東北工業(yè)基地的自主品牌打入國際市場奠定基礎(chǔ)。