内容简介：: H450-4设计说明一、产品的整体设计(设计产品适用于dI和dIIB防爆场所)：1. 结构部分：H450-4高压圆筒结构电机，外壳结构采用灰铸铁HT250，端盖及轴承内外盖结构都采用灰铸铁HT250，转轴采用焊筋轴，内风扇采用铸铝内镶套结构，外风扇采用圆盘钢板焊接结构，端罩采用钢板焊接结构。电机冷却方式为IC411，内部冷却风路在铸铝转子与内风扇之间加导风筒；外部冷却风路端罩内部焊接伞形罩，并在伞形罩上固定消音材料，即起到导流作用，又考虑噪音的消除。电机采用前后共两个轴承的结构，负载端为滚球轴承，非负载端为滚柱轴承。主辅接线盒及接线盒支座全部用灰铸铁结构。电机带定子、轴承测温及加热器。2. 电磁部分：电机试制定转子铁芯冲片材质：50W350铁芯长度：740（机座长度有限，端部间距调整到5mm，线圈端部长度160，线圈直线部分伸出铁芯长40）最高磁密：15000（转子齿磁密） RT1气隙磁密：7900 BG定子电密：2.26 J转子导条电密：2.4 J端环电密：1.8 J热负荷计算：842（温升考核105K，计划做到80K）效率计算：96.59（考核95.6）IETA功率因数计算：0.8613（0.86）COSQ堵转电流计算：6.37（6.5）堵转转矩计算：1.11（0.8）最大转矩计算：2.64（2.0）TM线圈匝间绝缘：0.4主绝缘：3.0二、产品零部件的具体设计：1. 定子设计：a. 定子中机座与铁芯采用过盈配合，过盈量在0.20左右；b. 定子上共有4个出线口，其中两个位置安装盖板；一个位置安装主接线盒的支座，另外在支座内安装挡板（用户保护定子内的绕组防止由于绕组引线老化、三相端子间短路或者其它故障产生的火星掉入定子内部，烧毁绕组），挡板上出绕组引线位置安装密封圈，防止挡板损伤绕组引线，并可起到密封圈箍紧引线，防止绕组引线下坠；余下的一个位置安装辅助接线盒；c. 在定子的对角位置安装两个旋转吊环；2. 有绕组定子铁芯设计：a. 有绕组定子铁采用白坯下线，VPI真空压力浸漆，使有绕组定子铁芯具有较高的电气强度、机械强度、绝缘性能、防潮性和热稳定性。b. 有绕组定子铁芯引线按照电机额定电流的1.5倍选型，留有一定裕量，符合国家标准及历来用户最严格的的对绕组引线选型的要求。c. 电机带定子测温，可以加强对电机运行情况的监控，避免电机运行中较大事故的发生；并且对绕组测温引线的布置严格要求，避免测温引线内屏蔽线感应产生的电压产生有害影响，通过支板固定在绕组端部，使测温引线与绕组端部有一定的间隙。d. 有绕组定子铁芯带防潮加热带，防潮加热带按照加热空腔的大小选择300W的功率。e. 有绕组定子铁芯中主绝缘按照3.0，匝间绝缘按照0.4；绕组线圈端部间隙按照5毫米设计；f. 绕组端部端箍采用16的涤玻绳链式绑扎，绕组两端内外圆各两道，完全可以保证电机运行时绕组端部强度；解决了用钢端箍调整困难的问题。3. 定子铁芯设计：a. 定子铁芯采用扣片结构，定子铁芯两端采用定子齿压板，再用定子压圈压紧齿压板，然后靠铁芯外围的扣片焊接固定牢固；定子铁芯叠压后加工定子铁芯外圆，外圆尺寸由740加工到739，产品试制时加工；试制试验后根据温升试验情况再决定是否加工。b. 机座加工尺寸公差设计按照739(+0.125,+0.05)，铁芯加工的尺寸设计按照739.3(0,-0.08)，机座与铁芯过盈量在0.150.25之间。c. 下线后绕组端部间隙设计5毫米；线圈包绝缘后宽度与槽型相差0.8毫米，主要是考虑铁芯的不齐度、线圈包绝缘的尺寸公差和线圈下线时需要的间隙。4. 机座设计：a. 机座采用灰铸铁HT250结构，机座毛坯图纸标注1200kg，该重量需要毛坯来后实称；加工前与定子铁芯配合段厚度22，两端喇叭口位置厚度14；b. 机座结构特点：机座散热片水平竖直分布；在机座水平线上下45度位置，铸造形成4个电机内部热量与外部冷却风量进行交换的内循环通道；c. 在水平线上方左右两侧的内循环通风风道上预留有接线盒安装位置；可以满足用户对电动机接线盒左右前后的安装位置要求。d. 机座两端内径大于机座与铁芯档配合段的内径，呈微喇叭张口形状，两端机筒内壁上分布有散热筋；e. 机座安装地脚直接在水平线下方的内循环风道上衍生出来；5. 端盖的设计：a. 承受爆炸压力的螺栓强度核算：已知条件：爆炸压力值根据表1选取 Q=1.5Mpa螺栓个数： n=12 （个）端盖止口外径： D=740mm端盖轴孔内径（轴承室直径）： d=230mm预紧系数选取： K=1.1 计算过程：Q1=F/n=K*Q*A/n=1.11.5388339.5/12 53397N Q1=F/n=K*P*S/n=K*P*0.25*pai*D2/nA=0.785(7402-2302)=388339.5经查表，使用的螺栓级别8.8级的保证载荷：91100（M16,8.8级的保证载荷） 53397N其规格为 M16；性能等级8.8；材料：35、Q235A b. 两端端盖采用灰铸铁HT250，满足矿用和工厂用防爆电机对外壳结构的要求。c. 端盖壁厚12，常规设计壁厚在1215之间，结合以往对电机整体与接线盒的耐爆试验情况：H560电机耐爆试验传爆时，曾将端盖与机座连接的螺纹崩脱，但端盖仍然完好；设计的IIC高压电机接线盒壁厚为8个、10个，耐爆试验及静压试验也没问题；因此端盖壁厚设计为12，既可满足强度要求，也可以有效散热。d. 端盖设计采用斜面结构，增加了铸件的铸造工艺性，减少废品；在斜面的内外两侧增加筋，既可起到加强作用，也能对电机的局部散热起到很好的效果。e. 端盖外圆搭子设计与机座搭子配套，装配后比较美观；搭子设计时内侧端面和端盖与机座配合的止口端面相比低2个毫米，避免加工端盖与机座配合的止口端面时，出现断续加工，对床子和零部件不利。f. 端盖止口设计：端盖与机座止口配合总长设计为30，其中10毫米长即为定位台阶，也是隔爆台，但与机座止口间隙设计最大0.12，另外20毫米长设计最大间隙0.18；(0.18-0.12=0.005-(-0.055)这样增加一个定位台阶，既可以使得定转子铁芯同轴，保证气隙均匀，也可以减少端盖拆装时划伤机座止口；另外根据经验还可以减少电机轴承装配产生的轴承噪音。g. 端盖轴承室部分与轴承内外盖最大外圆对齐。h. 非轴伸端端盖设计端罩安装搭子。6. 轴承装配部分：a. 轴承内盖设计：轴承内盖与轴贯通部分，按照防爆标准的要求，间隙设计为0.4，隔爆长度不小于40，实际设计为50，主要是考虑铸造及加工中的尺寸偏差和一些圆角，所以比40大10毫米；为提高铸造工艺性，减轻铸件重量，轴承内盖安装螺纹孔位置设计凸块，按照标准要求，孔周围壁厚不小3毫米，因此凸块高度设计为25毫米；轴承内盖与端盖部分的平面隔爆面长度设计为20，设计符合标准要求的在12.5和25之间，隔爆间隙不大于0.15。b. 轴承外盖上带注排油管；轴伸端按照防爆标准的要求，端盖及轴承外盖上紧固件用内六方的螺钉，固定位置带沉孔，非轴伸端端盖及轴承外盖用螺栓而不带沉孔。c. 甩水环用定位螺钉固定，方便安装和拆卸。d. 轴承选用：电机轴伸端选用6226轴承，非轴伸端选用NU218轴承，根据初步计算转子重量在1t左右，6226额定动负荷156000左右，静负荷132000左右，额定转速2600NU218额定动负荷183000左右，静负荷220000左右，额定转速3600电机轴伸端采用定位的滚球轴承，电机转轴发生热胀冷缩时，不至对负载轴向产生太大影响。轴承计算理想寿命分别为100万小时（6226）和180万小时（NU218）。三、电机外壳结构强度设计：为保证机座的刚度和强度，减轻重量和节约材料，必须根据设备的受力情况，选择经济合理的截面形状。机座虽受力较复杂，但不外是拉、压、弯、扭的作用。当受简单拉、压作用时，变形只和截面积有关，而与截面形状无关，设计时主要是选择合理的尺寸。如果受弯、扭作用时，变形与截面形状有关。在其它条件相同情况下，抗扭惯性矩Ic越大，扭转变形越小，抗扭刚度越大。封闭空心截面的刚度较好，但为了铸造清砂及其内部零部件的装配和调整，必须在机座壁上开“窗口”，其结果使机座整体刚度大大降低。若单靠增加壁厚提高刚度，势必使机座笨重、浪费材料，故常用增加隔板和加强筋来提高刚度。加强筋常见的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四种。直形筋的铸造工艺简单，但刚度最小；米字筋的刚度最大，但铸造工艺最复杂。加强筋和隔板的厚度，一般取壁厚的0.8倍。四、电机外壳连接紧固件选用设计：采用国家强制性国家标准五、电机的散热风路结构设计：机座结构特点：机座散热片水平竖直分布，其中电机内部热量；在机座水平线上下45度位置，铸造形成4个电机内部热量与外部冷却风量进行交换的内循环通道，这四条通道是电机内部热量散发的主要途径之一；六、电机消除噪声设计：磁噪声主要是由气隙磁场作用于定子铁芯的径向分量所产生的。它通过磁轭向外传播，使定子铁芯产生振动变形。其次是气隙磁场的切向分量，它与电磁转矩相反，使铁芯齿局部变形振动。当径向电磁力波与定子的固有频率接近时，就会引起共振，使振动与噪声大大增强，甚至危及电机的安全。根据麦克斯韦定律，气隙磁场中单位面积的径向电磁力按下式计算：式中：B气隙磁密机械角位移0真空磁导率由于定、转子绕组中存在着主波磁势与各次谐波磁势，它们相互作用可以产生一系列的力波。主波磁场产生的力波主波磁场B1所产生的径向力波为：Pr1=P0+P1，式中，是径向力的不变部分，它均匀作用于圆周上，使定子铁芯受到压缩应力。不变部分不会产生振动与噪声。P1=P0cos(2p-21t-20)，其中p主波的极对数，1主波的角速度，0初相角。P1是径向力波的交变部分，这个力波的角频率是21，即2倍的电源频率，它使定、转子产生2倍电源频率的振动与噪声。它的强度与气隙磁密的平方成正比。这在两极的大容量电机中，容易产生较大的影响，而在一般情况下，由于它的频率较低，其影响不显著谐波磁场产生的力波谐波磁场产生的力波所引起的振动与噪声，一方面与该力波的幅值大小有关，也与力波的次数有关。在大多数情况下，次数小于10的影响较大，高次数的力波一般不考虑。所以一定要选择合适的定转子槽配合，以避免产生较低次的力波。若Z1和Z2分别代表定、转子槽数，则要求：Z1-Z2(0或2p),Z1-Z2(1或2p1)，Z1-Z2(2或2p2),Z1-Z2(3或2p3)。七、电机的密封结构设计：密封瓦的型式通常有两类，一类是盘式，中等容量的发电机采用这种型式；另一类是环式，环式又分为单流、双流及三流环式三种。双流环式油系统，氢侧油系统与空侧油系统各自独立，空、氢两侧油压相等，油流向分开，油量无交换。发电机在运行中密封油压高于氢压1个恒定压差，这个差值由压力调节阀来实现。空侧与氢侧油压由压力平衡阀来调节平衡，一般允许差值为0.049 MPa。双流环式油系统无真空净油装置，要求平衡阀和压差阀质量要高，要保证两侧油压平衡，维持油和氢之间有一定压差。三流环式油系统与双流环式相似，氢侧油压与空侧油压也要相等，但在两侧油流的中间又增加了1路浮动油，油压略高于空侧油压，其作用是将密封环在大轴上“浮起”。空侧油系统有回油箱，汽侧和励侧各有1台密封油泵和冷油器。氢侧油压高于氢压，由油泵出口旁路阀来调节。中间浮动油系统有1台交流油泵，1只油箱，油源取自空侧的供油母管，中间油压略高于空侧。三流环式密封瓦共有4个油系统，6台油泵，结构较复杂，但密封较好，漏氢量少。单流环式供油系统只有1套，不分氢侧和空侧。在正常运行方式下，汽轮机来的润滑油进入密封油真空箱，经主密封油泵升压后由差压调节阀调节至合适的压力，经滤网过滤后进入发电机的密封瓦。空气侧的回油进入空气析出箱，氢气侧的回油进入膨胀箱后再向下流入浮子阀箱，而后依靠压差流入空气析出箱。单流环式供油系统机构简单，但是漏氢量较大。临河动力站发电机密封油系统就属于这钟。三种油密封系统如前所述，各有优缺点，单流环式结构简单，有油水分离装置，能将油中含有的水分先除去然后进入密封瓦，起到降低机内氢气湿度的作用，但漏氢量较大些。双流环式结构稍复杂些，要求平衡阀和差压阀质量可靠，否则会增高机内氢气湿度，其漏氢量比单流环式少。三流环式结构比较复杂，对制造和安装水平要求高，能降低机内氢气湿度，漏氢量也比较少。八、电机产品试制建议针对前期做的产品生产的纲领规划，对下一步电机产品的试制提出以下几点建议：1. 按照电动机选型的常规做法，容量在200kW及以上的一般选择高压电机。结合我们目前的生产、技术、人员能力及财力，如果试制量太大，试制面太广，由于生产能力、技术能力及设备能力的限制，造成试制产品之间冲突，难以完成试制任务，并且有可能造成试制产品积压，这部分资金不能参与流转。建议其中的低压电机不再试制，由于低压电机技术资料全部购买，待有订货时完全可以结合订货进行试制取证（低压图纸YB2及YB3图纸买进是1万元/套，这一套如何定义是否区分功率、防爆等级dI、dIIB、dIIC、极数）。2. 高压电机的试制：高压电机的试制也要有一定的针对性，选择市场需求量大，订货集中的几个规格；另外还要考虑我们自身开拓的需要，增加滑动轴承电机的试制和较大功率电机的试制；结合我们将来的市场主要集中于煤炭、石化，试制电机中建议增加2极的规格，煤炭行业主要使用4极电机，而石化主要使用2极电机；因此建议高压隔爆电机的试制规格如下，以下几个规格电机试制时，同时取IIB的防爆合格证与煤安证，IIB的防爆合格证满足工厂的要求，煤安证满足矿上的要求：a. YB2-400-4 315kW 10kV（主要考虑高压隔爆电机10kV从中心高H400起，另外还可以考验我们对10kV电机主要是绕组部分的设计、制造、检验能力）。b. YB2-450-4 710kW 6kV（YB2-450中心高电机是其中用户需求量最大，订货量最大的功率段，功率包括355kW500kW 10kV和500 kW710kW 6kV的2、4极电机，该功率段也是其中利润率相对较高的部分）。c. YB2-500-2 900kW 6kV滑动轴承强制润滑电机（按照YB2的国家标准JB/T8674的规划，H500、H560 2极电机采用滑动轴承强制润滑，滑动轴承电机是我们早晚要做的产品，该产品的试制，可以有针对性的解决我们在滑动轴承电机制造中，设计、采购、验收、装配等一系列的问题。该产品规格的试制另外还针对石化行业，根据目前石化行业征询的需求，石化上对滑动轴承电机的需求量在增加，甚至要求H400中心高上也做滑动的，主要是因为滚动轴承电机需要做大量的维护工作，并且故障率高）。d. YB2-560-4 1800kW 6kV（按照YB2国家标准JB/T8674的规划，1600kW是其中最大的一档，如果该规格试制成功，就意味着该标准中规定的所有功率档我们都能做，甚至还可以做的更大，更好；对于我们打开市场，与用户交流都将满含信心）。3. 按照规划2010年3月完成典型规格试制，基于我对公司目前的组织人员结构运作、设备、厂房及试验能力的了解，其中H450及H560列为必保项，而H400及H500列为争取完成项。4. 试制阶段，产品设计、材料采购、零部件验收、加工及装配、试验等都要严格要求，力争从设计源头降低材料采购、加工、装配等成本，力争在产品试制的各个阶段，结合国家标准要求，建立起我们自己的一套标准、规范，并且高效快捷。九、产品取证高低压隔爆电机的取证工作安排如下：1. 低压YB电机的送审取证可以在图纸资料够买后立即展开，首先完成我们图纸资料送审，然后结合订货完成样机的送审及取证工作。2. 高压隔爆电机，其中的中心高H400H450H500H560结合试制的规格完成取证，包括图纸资料送审和样机送审，同时取dIIBT4的防爆合格证及矿用

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