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給水泵電動機轉子的事故及處理 (刊登在《中國電力》1999年第4期上)

發布時間:2011-01-08

山西漳澤電力股份有限公司 文生元 AG真人手機版_官網 王常春

刊登在《中國電力》1999年第4期上

  近年來我國火力發電廠所使用的磨煤機、風機、給水泵、排粉機等旋轉機械的高壓電動機,經常發生鼠籠轉
子斷條事故,給電廠安全生產帶來一定影響。我廠給水泵電動機為原蘇聯所產 3150KW , 2 極, 6000V 電動機
,由于隨著累計開停機次數的增多、本身結構及制造欠缺等原因,造成轉子導條斷裂比較嚴重,經過對導條斷裂
的原因進行認真的理論分析后,采取反事故措施,對轉子進行了結構改造,現已有 3 臺重新投入運行,目前運行
情況良好。

1.1 轉子鐵心

    轉子鐵心制作精美,疊片緊密,槽為閉口槽沒有留槽口,轉子鐵心表面有一層噴涂層,十分光滑漂亮。

1.2 轉子導條

    轉子導條制作成下部矩形、上部梯形,出鐵心槽口后直至端環之間導條高度下降一倍,其截面僅為 12 mm×
16 mm 的矩形,導條伸長 90 mm 左右,這種導條設計結構是AG真人手机版首例見到。

1.3 轉子端環

    轉子端環的內徑與軸之間留有 2mm 的間隙,由于這一間隙的存在,使端環即沒有禁固在軸上,也沒有考慮這
一位置的通風問題;端環與導條的焊接部位變成薄壁環,有利于焊接時的加溫;端環外周沒有護環保護;端環重
心半徑設計得很小。

1 .4 轉子斜鍵

    轉子斜鍵的設置是在導條下部打進一對斜鍵,借以從高度方向頂緊導條,然后將斜鍵的小頭彎折,焊在轉子
兩端的焊接斜鍵的環上。

•  斷條原因的分析

2.1 導條的撐緊

    參考文獻 2 的分析表明,轉子在轉子鐵心槽中必須牢牢地撐緊,才能保證轉子導條不易斷裂。 然而原蘇聯
產 3150KW , 2 極轉子的導條在槽中撐緊確實存在一定問題,其撐緊結構原理如圖 1 、 2 所示、從圖中可見,
導條上部為梯形,導條下部為一對斜鍵,斜鍵的大小頭交錯對打,這樣越打斜鍵的高度越增高就能把導條向上頂
得很緊。這種結構不僅原蘇聯采用,就是國內大型電機制造廠在生產高速電動機時也采用此種結構,特別是近年
來有向低速電機發展的趨勢。 然而這只是理論上的推測,與實際運行情況卻存在很大距離,這是因為鐵心槽存在
疊片公差,導條本身存在著角度公差和尺寸公差,同樣一對斜鍵也存在著角度公差和尺寸公差。這樣一來,導條
看似頂緊,實際上不可能在鐵心槽中處處頂緊,頂緊只發生一點或幾點處,而其他部位則存在著間隙,這就給導
條在槽中振動提供了條件,同時熱彎曲變形成帶來的應力,也能一并在導條根部發揮作用。同時,由于振動的作
用產生磨擦,使導條和斜鍵的配合越來越松,根據實物檢查,有的轉子導條在槽中高度方向的間隙多達 3mm 左右
,致使整臺轉子導條徹底松動,并產生統一的軸向串動,甚至一側的伸長全部串到另一側,造成長側的伸長達到
原伸長的 2 倍,從而迫使端環搖頭,這不僅增加斷條的可能性,而且又破壞了動平衡。
中國·哈爾濱 大電機新技術專題研討會論文集 2002 年 1 月

2.2 導條伸長與幾何尺寸

    根據參考文獻 1 可知,導條伸長需根據懸臂梁和兩端剛性固定梁的公式進行綜合計算,可是原蘇聯 3150KW
, 2 極電動轉子的導條伸長,對兩端剛性固定梁而言,它的伸長是足夠用的,然而對于懸臂梁而言,它的伸長就
未免太長了。對于受均布載荷的懸梁而言,它的支點反力和梁的長度一次方成正比,因此梁越長反力也就越大,
所以對于過長的導條伸長也是很容易引起斷條的。 再就是這種轉子導條伸長部位的幾何形狀呈正方形,對比槽中
的導條高度降低一倍多,從材料力學角度考慮,矩形截面的斷面系數公式為: W=bh 2 /6 。從公式中可以看出,
斷面系數 W 和導條高度 h 2 成正比,所以導條高度的減少,使得斷面系數 W 成平方減少,材料的應力和斷面系
數 W 的一次方成反比,即斷面系數 W 越小,材料的應力也就越大。將這一原理用于分析導條的應力可知,大幅
度削減導條的高度,將引起導條根部這一危險斷面的應力增加,因此很容易造成斷條事故。

•  對原轉子的改造措施

    由于AG真人手機版_官網采用其研制的燈籠型轉子,已經實施改造了 30 多臺電動機轉子,取得了
改造運行經驗。因此,山西漳澤電力股份有限公司運用燈籠型轉子對這批轉子進行了技術改造。

3.1 導條的設計

    原轉子導條下方有一對斜鍵借以撐緊轉子導條 , 這次改造設計取消這一對斜鍵,將斜鍵所有的空間改成導條
的實體 , 即將導條的實際高度增加 10mm ,根據 2.2 節的分析,這樣可以大大地增加導條的斷面系數 W ,借以
防止斷條,實際導條形狀如圖 3 所示。同時采用AG真人手機版_官網在轉子鐵心中撐緊導條的辦法,能
使導條在轉子槽中撐得很緊,又由于去除一對斜鍵后,使導條變成一根實體導條,一旦能夠撐緊就不會松動。值
得一提的是,導條伸長部位的截面幾何尺寸和鐵心槽中的導條截面幾何尺寸相比較沒有任何變化,仍然一致。但
是導條伸長部位按燈籠型轉子結構一律向心變曲,最后嵌入端環的通槽內焊接。

3.2 轉子端環的設計

    轉子端環的內徑與軸之間留有 15mm 的間隙,作為端環及導條伸長部位的冷卻風路,端環外周銑出 34 個通
槽,使導條嵌滿全槽,大大增加導條的焊接面積。另外,在端環的外周導條露出部位套有非磁性鋼護環,以確保
萬無一失,改造后的轉子端部結構.

4 結束語

    由于改造后的轉導條在轉子鐵心槽中撐得很緊,使導條在轉子鐵心槽中無法產生振動,同時,由于熱彎曲
變形等因素均不會在轉子導條根部的危險斷面處產生應力,加之導條伸長部位及端環的發熱有通風予以冷卻,使
端環的熱變形受到抑制,并且上有護環進行保護,因而不能松成斷條因素,使總體結構變得十分可靠。目前,已
經按這種結構改造3臺, 1996年7月改造2臺,1998年4月改造1臺,至今運行良好。

5 、參考文獻

•  王常春,關于高速大容量鼠籠型異步電機轉子端部強度的探討、大電機技術。 1982(3)
•  王常春、王勝五,鼠籠轉子導條斷裂的研究與新型防斷條結構。 中國電力, 1993.26(2)
 

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