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给水泵电动机转子的事故及处理 (刊登在《中国电力》1999年第4期上)

发布时间:2011-01-08

山西漳泽电力股份有限公司 文生元 九州博彩官网首页 王常春

刊登在《中国电力》1999年第4期上

  近年来我国火力发电厂所使用的磨煤机、风机、给水泵、排粉机等旋转机械的高压电动机,经常发生鼠笼转
子断条事故,给电厂安全生产带来一定影响。我厂给水泵电动机为原苏联所产 3150KW , 2 极, 6000V 电动机
,由于随着累计开停机次数的增多、本身结构及制造欠缺等原因,造成转子导条断裂比较严重,经过对导条断裂
的原因进行认真的理论分析后,采取反事故措施,对转子进行了结构改造,现已有 3 台重新投入运行,目前运行
情况良好。

1.1 转子铁心

    转子铁心制作精美,叠片紧密,槽为闭口槽没有留槽口,转子铁心表面有一层喷涂层,十分光滑漂亮。

1.2 转子导条

    转子导条制作成下部矩形、上部梯形,出铁心槽口后直至端环之间导条高度下降一倍,其截面仅为 12 mm×
16 mm 的矩形,导条伸长 90 mm 左右,这种导条设计结构是我们首例见到。

1.3 转子端环

    转子端环的内径与轴之间留有 2mm 的间隙,由于这一间隙的存在,使端环即没有禁固在轴上,也没有考虑这
一位置的通风问题;端环与导条的焊接部位变成薄壁环,有利于焊接时的加温;端环外周没有护环保护;端环重
心半径设计得很小。

1 .4 转子斜键

    转子斜键的设置是在导条下部打进一对斜键,借以从高度方向顶紧导条,然后将斜键的小头弯折,焊在转子
两端的焊接斜键的环上。

•  断条原因的分析

2.1 导条的撑紧

    参考文献 2 的分析表明,转子在转子铁心槽中必须牢牢地撑紧,才能保证转子导条不易断裂。 然而原苏联
产 3150KW , 2 极转子的导条在槽中撑紧确实存在一定问题,其撑紧结构原理如图 1 、 2 所示、从图中可见,
导条上部为梯形,导条下部为一对斜键,斜键的大小头交错对打,这样越打斜键的高度越增高就能把导条向上顶
得很紧。这种结构不仅原苏联采用,就是国内大型电机制造厂在生产高速电动机时也采用此种结构,特别是近年
来有向低速电机发展的趋势。 然而这只是理论上的推测,与实际运行情况却存在很大距离,这是因为铁心槽存在
叠片公差,导条本身存在着角度公差和尺寸公差,同样一对斜键也存在着角度公差和尺寸公差。这样一来,导条
看似顶紧,实际上不可能在铁心槽中处处顶紧,顶紧只发生一点或几点处,而其他部位则存在着间隙,这就给导
条在槽中振动提供了条件,同时热弯曲变形成带来的应力,也能一并在导条根部发挥作用。同时,由于振动的作
用产生磨擦,使导条和斜键的配合越来越松,根据实物检查,有的转子导条在槽中高度方向的间隙多达 3mm 左右
,致使整台转子导条彻底松动,并产生统一的轴向串动,甚至一侧的伸长全部串到另一侧,造成长侧的伸长达到
原伸长的 2 倍,从而迫使端环摇头,这不仅增加断条的可能性,而且又破坏了动平衡。
中国·哈尔滨 大电机新技术专题研讨会论文集 2002 年 1 月

2.2 导条伸长与几何尺寸

    根据参考文献 1 可知,导条伸长需根据悬臂梁和两端刚性固定梁的公式进行综合计算,可是原苏联 3150KW
, 2 极电动转子的导条伸长,对两端刚性固定梁而言,它的伸长是足够用的,然而对于悬臂梁而言,它的伸长就
未免太长了。对于受均布载荷的悬梁而言,它的支点反力和梁的长度一次方成正比,因此梁越长反力也就越大,
所以对于过长的导条伸长也是很容易引起断条的。 再就是这种转子导条伸长部位的几何形状呈正方形,对比槽中
的导条高度降低一倍多,从材料力学角度考虑,矩形截面的断面系数公式为: W=bh 2 /6 。从公式中可以看出,
断面系数 W 和导条高度 h 2 成正比,所以导条高度的减少,使得断面系数 W 成平方减少,材料的应力和断面系
数 W 的一次方成反比,即断面系数 W 越小,材料的应力也就越大。将这一原理用于分析导条的应力可知,大幅
度削减导条的高度,将引起导条根部这一危险断面的应力增加,因此很容易造成断条事故。

•  对原转子的改造措施

    由于九州博彩官网首页采用其研制的灯笼型转子,已经实施改造了 30 多台电动机转子,取得了
改造运行经验。因此,山西漳泽电力股份有限公司运用灯笼型转子对这批转子进行了技术改造。

3.1 导条的设计

    原转子导条下方有一对斜键借以撑紧转子导条 , 这次改造设计取消这一对斜键,将斜键所有的空间改成导条
的实体 , 即将导条的实际高度增加 10mm ,根据 2.2 节的分析,这样可以大大地增加导条的断面系数 W ,借以
防止断条,实际导条形状如图 3 所示。同时采用九州博彩官网首页在转子铁心中撑紧导条的办法,能
使导条在转子槽中撑得很紧,又由于去除一对斜键后,使导条变成一根实体导条,一旦能够撑紧就不会松动。值
得一提的是,导条伸长部位的截面几何尺寸和铁心槽中的导条截面几何尺寸相比较没有任何变化,仍然一致。但
是导条伸长部位按灯笼型转子结构一律向心变曲,最后嵌入端环的通槽内焊接。

3.2 转子端环的设计

    转子端环的内径与轴之间留有 15mm 的间隙,作为端环及导条伸长部位的冷却风路,端环外周铣出 34 个通
槽,使导条嵌满全槽,大大增加导条的焊接面积。另外,在端环的外周导条露出部位套有非磁性钢护环,以确保
万无一失,改造后的转子端部结构.

4 结束语

    由于改造后的转导条在转子铁心槽中撑得很紧,使导条在转子铁心槽中无法产生振动,同时,由于热弯曲
变形等因素均不会在转子导条根部的危险断面处产生应力,加之导条伸长部位及端环的发热有通风予以冷却,使
端环的热变形受到抑制,并且上有护环进行保护,因而不能松成断条因素,使总体结构变得十分可靠。目前,已
经按这种结构改造3台, 1996年7月改造2台,1998年4月改造1台,至今运行良好。

5 、参考文献

•  王常春,关于高速大容量鼠笼型异步电机转子端部强度的探讨、大电机技术。 1982(3)
•  王常春、王胜五,鼠笼转子导条断裂的研究与新型防断条结构。 中国电力, 1993.26(2)
 

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