LNG海水提升泵用立式电机设计创新

王洋

（沈阳远大科技电工有限公司，辽宁沈阳，110027）

LNG海水提升泵用立式电机设计创新

王洋

（沈阳远大科技电工有限公司，辽宁沈阳，110027）

对LNG海水提升泵用YLKK500-8TH立式电机进行了创新性设计。通过电磁指标设计实现了机械效率优化；采用“电机减振机座”结构强化了机座刚度，提高了电机稳定性；采用“增强型端盖”结构降低了机械振动，提高了电机可靠性；采用合理的通风散热系统，有效降低了电机温度；应用“双向推力轴承”降低了电机使用成本，延长了轴承使用寿命。YLKK500-8TH电机设计从电磁、结构、材料、轴承等方面的技术创新，使得实际运行数据高于国内行业标准，达到了国外先进水平，在制造业具有潜在推广价值。

立式电机；LNG海水提升泵；双向推力轴承；电机减振机座；增强型端盖

引言

目前国内企业LNG（液态天然气）海水提升泵项目所使用的立式电机几乎被国外ABB、西门子等公司垄断，其具有体积小、重量轻、噪音低、振动弱、运行较稳定等优点[1-5]。国内也亟需开发生产成本小、技术达到国际水平、具有技术优势的产品。

本次研究设计了一款机座号为YLKK500-8TH的产品。采用了国外先进通风方式，应用了多边形机座设计结构，通风系统风阻较小，可有效降低电机温度，从而减小电机体积和重量。这种设计优于我国行业标准，性能达到国外同类产品标准。

本文从YLKK500-8TH电机设计从电磁、结构、材料、轴承等方面的技术创新展开论述。

1 电机电磁指标

选取电机型号为YLKK500-8TH/1 250 kW/6 kV/ IP54的产品样机进行设计创新，标准如表1所示。

该电机在电磁指标设计上应用美国西屋计算程序，选择合理的槽配合，旨在优化电机性能、降低电机噪声。YLKK500-8TH定转子冲片均选用冷轧无取向低损耗电工硅钢片；选用大三圆尺寸（大于行业通用尺寸）可减小电机的机座号，即通过较小体积输出较大功率，磁路分布更为合理，提高了电机热负荷和材料利用率，在不更改电机性能的基础上优化了电机体积及重量，减少了电机应用能耗；定子采用减薄绝缘技术。上述设计使得产品性能优于国内现有技术。国内标准产品型号为YLKK630-8TH，经实验测试，性能优于国家标准。现将YLKK500-8TH与YLKK630-8TH的主要电磁数据设计值及实验数据加以对比，如表2所示。

表1 LNG海水提升泵用立式电机设计标准

表2 YLKK500-8TH、YLKK630-8TH主要电磁数据设计对比

2 电机结构与材料

（1）机座。机座的铁心档应用等边八角形结构，电机两端采用六边形结构，轴向设计8个通长圆筋，可提高机座固有振动频率。不仅加强了电机刚度，还降低了电机振动，同时还提高了电机运行稳定性。机座采用满焊结构，焊接后采用热处理的方式消除机座内应力，使其内腔风阻较小，结构更加紧凑；

（2）定子和转子。定子线圈采用减薄绝缘技术，并采用少绝缘体系及浸漆工艺，保证绝缘可靠性，从而提高定子槽利用率，有效减小电机体积和重量；转子采用椭圆形铜条结构，铜条和端环采用中频感应加热焊，并且铜端环带有沟槽，以便转子铜条与之配合，使整个转子结构更牢固，保证转子稳定性，防止断条，还可降低转子损耗；

（3）端盖。端盖振动极易引起电机故障，为了减少振动，采用了“增强型端盖”结构，在端盖主要承载点处增加加强筋，应用对称分布设置，避免固有振荡频率与电机固有频率相近。这种设计强化了电机端盖机械强度，降低了机械振动，使其承受转子重量更为可靠，进一步强化了稳定性；

（4）通风。电机内部采用后倾式单侧大风扇的通风方式。根据电机实际损耗计算风扇风量和风压，再确定风扇的外径和宽度，表明其不仅能产生较高风压，而且还能降低电机机械损耗，提高电机效率，从而实现内部通风顺畅，形成风压大、循环快的混合通风体系，保证电机温升较低。电机的冷却器结构也采用合理的单侧通风结构，电机轴伸端的法兰及连接孔尺寸依照国外同型号标准设计；

（5）喷漆。由于此电机是在海边附近使用，处于海洋性气候，因此电机表面需做防盐雾化处理。采用特殊喷漆工艺，可防止表面漆腐蚀，避免破坏电机表面状态。

3 电机轴承设计

常用的立式电机轴承装置一般只能承受单向轴向力，否则轴承易发热，或存在密封结构复杂、漏油多、轴承维护期短、轴承装配不便等问题。由于LNG海水提升泵用电机主要通过泵的提升在海水中提取LNG，因此海水波动时会使电机承受向上或向下的轴向力。

为力争安全可靠，该电机采用了承受双向推力的轴承结构。通过上下盖、轴承套与转轴组合在一起形成轴承，克服常用立式电机轴承设计所存在的密封等问题。设计特征为应用双列配对布置轴承，它把转轴的轴承台肩与锁紧螺母轴向限制在轴套范围内。转轴密封结构应由甩油环、甩油沟、骨架油封构成，其外缘带圆弧沟槽的甩油环设置在轴承下盖内腔上部，甩油环底部与轴承下盖内腔上端接触面间通过定位销将转轴联接。

电机轴承通过甩油环与转轴同步旋转，储存润滑脂的存油沟设置的方式，把骨架油封设置在下盖内腔和轴转之间。轴承下盖底部设置存油沟及装置排油管的溢流孔。应用YLKK500-8TH电机承受轴向力的结构特点，把上轴承设计成背对背形式角接触轴承、下轴承选用的球轴承来定位，既满足立式电机的载荷要求，又满足双向承力要求。由于YLKK500-8TH电机轴伸端有内风扇，因此可以降低轴承温度，加速轴承散热。注油管设置在电机外侧，便于现场操作。

YLKK500-8TH电机的轴承设计是LNG项目用立式电机设计的创新。图1所示为YLKK500-8TH电机轴承结构图。其中，1—轴承下盖；2—甩油环；3—轴承套；4—轴承上盖；5—锁紧螺母；6—注油管；7—轴承；8—排油管；9—骨架油封；10—定位销。

图1 YLKK500-8TH电机轴承结构图

YLKK500-8TH电机轴承分为上、下盖，轴承套与转轴组装为一体化结构。内部结构设计要点为利用转轴组装的结构，把轴承布置为双列配对，应用转轴台肩与锁紧螺母固定轴承，使轴承轴向限于轴套内。外部密封结构由甩油环、存油沟、骨架器构成，其中甩油环为外缘带圆弧槽设计，它与轴承下盖内腔上部连接，而甩油环底部与轴承下盖内腔上端接触面之间存在间隙的定位销与转轴相连。这种设计有效利用了轴承密封间隙，强化了甩油环与转轴的同步性。将储存润滑脂的存油沟设置在轴承下盖内腔底部，轴承下装置内腔与转轴之间封装有骨架油封。轴承下盖底部的存油沟设计溢流孔，可外接排油管。轴承下盖中保留有大量轴承润滑脂的储存空间，优化了油脂储存分布。轴承密封结构的强化使得润滑油脂既不能进入电机内部，又不易渗出电机外部，这种一体化结构增强了电机密封性，不仅简化了电机结构设计，还解决了电机轴承装配困难的问题，节省了轴承装配时间，降低了轴承维修难度。

甩油环应用新型设计方式，也有了一定的润滑脂存储能力，更易把油脂送入轴承滚动体中，提高油脂传送率。甩油环与轴承上盖的间隙只有2 mm，可精确控制传送量。为了稳定轴承结构，避免其转动时出现位移，应用双列轴承背靠背配置，其中通过轴承套和轴承上盖进一步加强结构稳定性。锁紧螺母的作用为固定上下轴，使电机轴承结构一体化；注油管可实现油脂无间断输送；排油管外置，与下轴承下盖存油沟下部联系，可避免油脂排放过程中出现渗油风险。定位销加强了同步旋转性能。

轴承结构设计方面，优化轴承润滑油空间配置、强化内部散热、及轴承结构一体化设计的方法，突破了普通型号产品结构复杂不易装配及维修、密封性不良易漏油、轴承散热能力不强的弊端。该种设计方案降低了立式电机使用成本、延长使用寿命、减少运行故障。

采用双列配对布置的背靠背轴承与转轴组装的配置模式可应用轴承的配置强化轴承的使用稳定性。另外，其与背靠背与转轴组装的配置模式相结合，可以极大提高润滑油使用率，避免润滑油内部消耗，提高轴承润滑效率、工作效率，降低轴承受到润滑油腐蚀的风险。

4 结束语

LNG海水提升泵用YLKK500-8TH电机，还应用了“电机减振机机座”和“增强型端盖”等技术，降低了机械振动，提高了减振效果。在轴承设计中应用了“立式电机用双向推力轴承”技术，提高了电机轴承的稳定性，延长了轴承使用寿命。YLKK500-8TH电机从电磁设计、结构、材料、轴承设计这四个方面均进行了技术创新，实际运行指标不仅高于国内行业标准，而且还达到了国外先进水平。该系列产品的优势包括生产成本低、生产周期短、性能优越、运行更为可靠等。相信在不久的将来，该系列产品在LNG海水提升泵项目中一定会完全实现国产化，为我国制造业填上辉煌的一笔。

[1]陈世坤. 电机设计: 第2版[M]. 北京: 机械工业出版社, 1983.

[2]辜承林, 陈乔夫, 熊永前. 电机学[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2004.

[3]陈金刚. 立式电机轴承温度过高的影响因素和问题处理[J]. 电机与控制应用, 2014(10): 37-39.

[4]解育男. YLKKT450—4280kW 10kV立式三相异步电动机的研制[J]. 上海大中型电机, 2012(4): 25-27.

[5]华军. 高速立式推力轴承及挡油管的油封设计[J]. 上海大中型电机, 2011(2): 20-21.

Innovative Design on Vertical Motor for LNG Seawater Lift Pump

WANG Yang
(Shenyang Yuanda Technical and Electrical Group, Shenyang, Liaoning,110027, China)

Innovative design on YLKK500-8TH vertical motor for LNG seawater lift pump is performed. Its mechanical efficiency optimization is implemented by electromagnetic design. Damping frame for motor is adopted for its enhancement on stiffness and improvement on stability. Enhanced end cover is adopted for reduction on motor’s vibration and improvement on its reliability. Temperature of motor is effectively reduced using feasible ventilation system. Moreover, a two-way thrust bearing is used to reduce its cost and prolong its life. Technological innovation on YLKK500-8TH motor design from electromagnetics, structure, material and bearing etc., makes its actual data higher than that of the domestic industry standards, while reaching the international advanced level, implying its potential application value in manufacturing industry.

Vertical Motor; LNG Seawater Lift Pump; Two-way Thrust Bearing; Damping Frame for Motor; Enhanced End Cover

TM302

A

2095-8412 (2016) 06-1144-04

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.024

王洋(1979-)，男，汉族，河北宁河人，本科，中级工程师。研究方向：异步电机设计及制造、风电电机设计及制造。