大容量正压型三相异步电动机的研制

乔建伟，李洪森，李小丽

(卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司，河南南阳473008)



大容量正压型三相异步电动机的研制

乔建伟，李洪森，李小丽

(卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司，河南南阳473008)

摘要介绍了YZYKS1120-4大容量正压型三相异步电动机的研制，以及电动机电气性能、结构、防爆性能设计方案，并着重对电动机的性能指标、防爆检验进行了分析和详细介绍。

关键词正压型；三相异步电动机；换气吹扫装置

0引言

随着我国石油、采矿等行业的飞速发展，企业的生产规模越来越大，所配套的防爆高压电动机的容量也不断增大。由于国内技术及生产能力等因素，大容量正压型防爆电动机国内市场基本被国外品牌垄断。为了满足市场需求，并响应国家大型设备国产化口号，我公司不断加大软件和硬件的投入，对大容量正压型电动机进行了研发和制造。

2011年3月我公司成功研制了YZYKS1120-4

22400kW 10kV大容量正压型三相异步电动机，并获得国家防爆电气产品质量监督检验中心颁发的防爆合格证，该电动机也是我公司自主研发的国内容量最大的正压型三相异步电动机[1、2]。

1电动机的性能指标

型号：YZYKS1120-4；额定功率：22 400kW；额定电压：10 000V；效率：98.1%；功率因数：0.91；堵转电流倍数：4.0；最大转矩倍数：1.8；堵转转矩倍数：0.6；额定频率：50Hz；额定转速：1495r/min；振动：0.065mm；噪声(Lp)：85dB(A)；相数：3相；绝缘等级：F级；定额：S1(连续)工作制；防护等级：IP55；冷却方式：IC81W；防爆等级：ExpxdeⅡCT3 Gc；安装方式：IMB3；环境温度：≤40°C；海拔高度：≤1000m。

2设计方案

2.1电气设计

2.1.1电磁设计

对于YZYKS 1120-4 22400kW三相异步电动机的电磁设计，除了满足电机基本性能指标外，还要重点分析电机效率和起动性能。为了达到性能要求，我们分别采用了与华北电力大学联合开发的鼠笼式三相异步电动机时步有限元计算软件和哈尔滨理工大学开发的“异步电动机电磁计算程序”进行了计算。并利用鼠笼式三相异步电动机时步有限元计算软件对该电动机进行了磁路分析，分析所做的网格剖分图、磁密云图、磁力线分布图见图1、图2、图3。通过电磁场动态和静态仿真模拟，分析电动机在空载起动、转子堵转、满载运行等不同工作状态磁路分布情况,能够直观、量化分析出各部分磁路分布是否合理[3、4]。

图1网格剖分图

图2磁密云图

图3磁力线分布图

2.1.2起动性能

该电动机起动电流倍数要求不大于4.0，起动转矩倍数0.6，并且负载飞轮转矩很大，在电动机端电压不大于65%额定电压时能正常起动。对大型电动机起动计算，主要设计思路有以下几点。

(1)选取合理的转子槽形和转子槽口宽高比，从而降低起动电流，提高起动转矩，减小起动时间。

(2)转子导条采用合金铜，通过调整导条的电阻率与截面积的比例，在不改变转子电阻的情况下，加大转子导条的截面积，来保证转子导条的温升不会过高。

利用电磁计算和电机起动软件，并结合实际经验，计算得出电动机的起动电流倍数3.98倍；起动转矩倍数0.65倍；电动机在100%额定电压下起动时导条温升161K；在80%额定电压下起动时导条温升168K；在65%额定电压下起动时导条温升179K，能够满足用户起动要求[5、6]。

2.2结构设计

YZYKS 1120-4大容量正压型三相异步电动机为钢板结构、空水冷却型。整机总长5.32m，宽5.22m(双接线盒)，高4.123m(包括底座高)。

2.2.1转子结构

转子由两个轴流式内风扇、端环、护环、中性环、导条、转子铁心和抱筋轴组成。转轴材料为45#锻钢，采用刨筋轴，轴上的筋直接与轴整体加工出来，筋宽100mm。转子冲片采用50W350，冲成整圆后，先用拉紧螺杆把冲片通过两端的转子压圈迭压好，然后把铁心热套轴上，铁心与轴之间打斜键固定牢。转子中心环材料用铸铝青铜加工成，中心环的作用是转子在转动过程中，护环不对称受力变形时，起支撑作用。转子护环用40Mn18Cr3钢加工成，转子端环加工后热套护环，在转子高速运转、端环受热的情况下。转子导条和断环采用硅青铜锻制成形。转子两端各装一个离心式内风扇，每个内风扇19个扇叶，离心扇对电动机绕组端部有很好的冷却效果。

2.2.2定子结构

定子主要有加热器、有绕组定子铁心、线圈、机座等组成。机座采用优质钢板焊接成一个牢固整体，侧板采用折弯结构，增强强度、减少焊接量。定子铁心利用通风槽板形成径向通风道，用28个鸽尾筋拉紧扇形片，定子压圈和鸽尾筋在铁心保压状态下焊接。铁心两端内径设阶梯状长5mm，阶梯高5mm，可以减少漏磁，加大气隙通风，提高效率、降低温升。定子冲片选用优质50W350材料，冲成扇形片，每圆由14个扇形片组成，每个扇形片带两个鸽尾槽。

定子绕组采用4Y接法，4Y接法分别采用6个同心并联铜环短接，再用铜排引入主接线盒。引出接线盒部分为方便拆卸，先用螺栓固定、外包云母带。绕着端部采用内外端箍固定，外端箍用3240垫板固定并支撑在铁心端部线圈支架上，内端箍用玻璃绳直接绑牢在线圈上，同时，在端部加垫块处均用涤玻绳把线圈和垫块绑牢，经VPI整浸后，线圈成一整体，牢固可靠，有较高的机械强度，线圈支架每端采用18组30厚的3240板，出线端还可以支撑并联环。机座两侧板装有防潮加热器，电源380V、50Hz，功率3kW。

2.2.3主接线盒

电动机主接线盒和中性电动机接线盒各一个，从电动机轴伸端看，主接线盒在右侧，中性点接线盒在左侧。接线盒内腔空间大，方便接线，带电缆固定装置，每相设4个接线螺栓，每个接点可以满足4根电缆的连接，出线口为盲板。

2.2.4滑动轴承

该电动机轴承选型为端盖式滑动轴承，润滑方式为外循环供油，润滑油的粘度为ISOVG46，轴承预留外循环油接口，带进回油配对法兰，进油管增设针阀和进口管式流量计，以调节和显示滑动轴承的进油量。从轴伸端看轴承进油口位置在左侧，出油口位置在右侧，法兰及接管均为不锈钢材质，轴承采用端盖式球面滑动轴承，润滑方式为强制润滑，进油口位置在左侧，出油口位置在右侧，法兰及接管均为不锈钢材质，轴承型号DQ35-375BJ，润滑油类型ISOVG46，进油压力0.01～0.03MPa，每个轴承供油量42L/min，进油温度不超过33℃。

顶升油系统，泵出口压力31.5MPa，运行压力5MPa，整机供油量12L/min，油泵电动机功率4kW、电压380V。

2.2.5通风冷却系统

电动机风路设计采用了数学建模、流场分析的方法如图4、图5、图6、图7所示，通过不断对风路进行优化，最终选取最合理的风路冷却方案。

图4风路结构图

图5轴截面静压分布图

图6轴截面局部速度矢量图

图7横切轴截面速度矢量图

冷却器采用空气-水冷却方式，两组并联，运行水量160t/h，运行水压0.25～0.4MPa，进水温度不大于33°C。

电动机空水冷却器带有漏水监控仪，运行时若冷却器漏水立即可以发出警报，漏水监控仪设有两组输出，每组有常开常闭触点。

2.3正压设计

电机带正压吹扫装置，内部布设吹扫管道 ，正压外壳型电机要求起动前能对电机内部吹扫干净，不留死角，电机在运行时电机内部最小压力差大于50Pa(标准考核值)、150Pa(控制装置高高报警或连锁停机值)。通过实验，合理布置吹扫管道，保证吹扫时无死角，并找到电机运行时最小压力点，确保电机的防爆性能。

在电机运行前，为了防止电机内部存在可燃气体，需要换气吹扫, 该系统由排气阀和控制单元组成，通过气压控制，可自动调节进气量。排气阀设在冷却器上部，控制单元安装在机座侧板上，干燥清洁的仪表风通过控制单元，进入机座底板上的两条管道，管道上分布有排气孔，仪表风从排气孔排出后均匀地分布在电机下部，这样就避免了电机内部留有死角，防止危险气体的残留。当电机内部气压达到一定压力后，排气阀自动打开开始排气，逐渐达到进排气平衡，当换气量达到电机内腔体积的5倍左右时，关闭气源换气结束。 当电机运行时换气装置进行通风补偿，使电机内部气压大于外部气压，有效防止可燃性气体的进入。

YZYKS1120-4大容量正压型三相异步电动机根据电动机换气总体积和换气流速，选用D808正压吹扫控制系统。

本电动机吹扫、正压参数经试验为

(1) 电动机吹扫数据

吹扫气体：惰性气体、干燥空气

电动机内部净体积：25m3

吹扫时间：30min

吹扫流量：2000NL/min

(2) 电动机正压运行参数

电动机内部压力为200～000Pa

电动机低压报警值：80Pa

电动机低压停机值：50Pa

电动机高压报警值：2500Pa

电动机高压停机值：3000Pa

最大正压泄露流速：1000NL/min

3产品性能测试、防爆检验

3.1产品性能测试

YZYKS1120-4 22400kW大容量正压型电动机的主要性能见表1。

表1　大容量正压型电动机的主要性能

从试验性能可以得出，该电动机具备效率高、功率因数高、起动电流低、振动小、噪声低等各项性能优良。

3.2防爆检验

防爆电机在性能合格的同时，防爆安全检查也是关键部分。我们委托国家防爆电气产品质量监督检验中心对该电动机进行了防爆安全检查。通过产品图纸、技术文件审查，并对电动机样机进行了最高正压、最低正压检查，以及泄漏试验、换气和稀释试验、控制装置可靠性试验等全面检测[710]。结果表明各项指标全部合格，并取得了防爆合格证，证号CNEx11.1667X，防爆标志ExpxdeⅡCT3 Gc。

4结语

我公司在YZYKS 1120-4 22400kW电动机试制成功的基础上，系列研发了YZYKK、YZYKS，355-31500kW正压型三相异步电动机。由于该系列产品性能好、品质高，达到国际先进水平，目前，该系列产品正逐渐替代进口产品，已批量投入市场。

参考文献

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[2]GB 3836.5—2004爆炸性气体环境用电气设备 第5部分 正压外壳型“p”[S]．

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[10]应一，魏桂梅．正压型防爆电机的相关试验[J]．防爆电机，2011(2) : 31-37．

Development of Large-Capacity Pressurized Three-phase Induction Motor

QiaoJianwei,LiHongsen,andLiXiaoli

(Wolong Electric Nanyang Explosion Protection Group Co.,Ltd.,Nanyang 473008, China)

AbstractThis paper introduces development of YZYKS1120-4 large-capacity pressurized three-phase induction motor, and introduces emphatically design scheme of electrical performance, structure and explosion-proof performance for the motor. Performance index and explosion-proof test for the motor are analyzed and introduced in detail.

Key wordsPressurized type；three-phase induction motor；purging device

收稿日期：2015-10-28

作者简介：乔建伟男1975年生；毕业于郑州轻工业学院电动机电器及其控制专业，现从事高压电动机的设计与开发等方面工作.

中图分类号：TM357

文献标识码：A

文章编号：1008-7281(2016)02-0026-004

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.07