Y560—21600kW 11kV工P23二極異步電動機設計與研制

朱雪健 王宇峰

摘要：本文討論了Y560-2 1600kW 11kV IP23二極異步電動機設計與研究，圍繞著設計過程中主要部件進行了分析研究，為今后二極異步電動機的設計積累了經驗。

關鍵詞：二極異步電動機；撓度；臨界轉速；振動；

1問題的提出

二極異步電動機廣泛應用于石油、化工、煤炭、電站、冶金等行業，為風機、水泵提供必要的動力。

筆者接到產品設計任務，為某電廠引風機設計配套Y560-2 1600kW11kV IP23電動機，由于二極電機轉速較高，更易產生異常振動等現象，對電機和生產帶來了嚴重的影響，這就首先要求合理設計結構，滿足電機安全穩定運行要求，提高生產效率。

2電動機的基本技術參數

2.1電動機額定參數及結構特點

額定功率：1600kW；

額定電壓：11000V；

額定電流：96A；

額定頻率：50Hz；

額定轉速：2982r/min

絕緣等級：F級

防護等級：IP23

冷卻方式：IC611；

結構及安裝型式：IMB3；

3依據標準：GB755《旋轉電機定額和性能》

該產品采用箱式焊接結構，端蓋滑動軸承，具有外形美觀，噪聲低、振動小，高效節能，運行穩定，安裝、維護方便等優點。電動機繞組絕緣結構所采用的材料在電機溫升作用下，其絕緣性能將逐漸變壞，而當溫度升高到一定程度時，絕緣材料的絕緣特性會被迅速破壞，最后甚至失去絕緣能力。因此，為了獲得經濟的使用壽命，該電機的定子線圈絕緣采用F級絕緣，提高了整個電機的絕緣水平，有利于延長電機的使用壽命。Y560-21600kW 11kV IP23異步電動機額定轉速為2982r/min，轉差率為0.6%。對于如此高轉速的異步電動機，其轉子結構機械設計要求很高，如何滿足這一要求成為設計的關鍵所在。

3.1轉子結構設計

轉軸是電機中最重要的零部件之一，二極高速電機的轉軸設計更是非常重要。在轉子設計中，為了滿足高轉速下機械強度的要求，并改善異步電動機的特性，轉子材質一般為45號鍛鋼（見圖1），并且為了有足夠的強度、剛度還要作正火、回火、或調質等一系列的熱處理。另外個別截面要有足夠的強度，在正常負載及規定的特殊情況下（如突然短路等），轉軸不能產生殘余變形或損壞。轉軸的撓度必須在電機氣隙的10%范圍內，還有臨界轉速與工作轉速問應有足夠的差值，以免發生共振。下面就撓度和臨界轉速的計算作詳細說明。

3.1.1撓度計算

計算轉軸撓度，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，可以得出任何一點的撓度，此法準確度很高，但應用此法會耗費大量時間。實際上通常只需知道轉子鐵心安放位置上中點的轉軸撓度即已足夠。計算這一點撓度的最簡易方法是分析法。該方法花費時間少，還可避免可能的誤差，現在已經用計算機來完成此操作，所以在電機設計轉軸計算時，分析法得到了廣泛應用。經計算Y560-2 1600kW 11kV IP23電機b點撓度結果見圖一

3.1.2轉軸的臨界轉速

除了對軸的撓度計算外，還應對電機轉子固有振動特性進行分析，即主要計算轉軸的臨界轉速，軸自己橫向振動的周率不應與轉子旋轉軸速度一致。一般情況下，僅考慮單邊磁拉力作用于轉軸，有一個負荷在鐵心中部時的影響，苴臨界速度可表示為

在普通電動機的設計中，按照機械計算公式，當轉軸的撓度小于氣隙的10%時，臨界轉速一般都能高出額定轉速的30%，這樣的軸，稱之為剛性軸。而對于二極異步電動機，也有采用柔性軸（即一階臨界轉速低于額定轉速）。本文所述電動機也采用了剛性軸的設計理念，使其一階臨界轉速高出額定轉速的30%。

在電機結構設計上，縮短機座長度，并調整檔位使分布更合理；端蓋滑動軸承采用B型軸承；

3.2轉子沖片的設計

二極電機由于轉子沖片的內徑較小，對轉軸的強度要求又很高，所以二極電機不安裝輻板，而是在轉子沖片上加工通風孔（圖2），使通風孔疊壓后形成的管道與轉子的通風槽管連通，靠通風槽管旋轉來冷卻電機，由于二極電機的轉速較高，其冷卻的效果也可以滿足電機的要求。本機在此基礎上，縮小轉子通風孔孔徑，縮小通風孔定位直徑，降低沖片應力；取消鍵槽改用熱套方式，使轉子鐵芯與轉軸過盈量均勻，受力均勻。沖片應力計算結果見圖二：

3.3其他結構上的設計

增加壁板和通筋，加固機座；轉子端板加厚，防止轉子鐵芯彈開過大；增加弧鍵、保護環防止轉軸軸向竄動；

4結語

電機主要性能參數設計值與試驗值的對比

由上表可見，該嚴品性能指標滿足標準要求，電機如期合格出廠。該電機電磁設計及結構設計是成功的，為今后設計制造高效低噪三相異步電動機積累了經驗。

綜上所述，通過以上設計電機結構可以有效的降低電機振動的概率，但是引起二極電動機振動原因是多方面的，我們在設計時要注意以上的幾點注意事項，并且嚴把機械加工和裝配，控制各個工序，就可以在源頭消除振動，可以大大地減少由于電動機振動帶來損失。