淺談高壓隔爆型立式三相異步電動機設計要點

摘要：文章就隔爆型V1立式安裝電動機結構進行了分析，主要從電機的法蘭端蓋設計、軸承選擇、防止振動抱軸的措施方面進行了簡要的描述。

關鍵詞：隔爆電機 立式電機 設計要點

0 引言

國內立式安裝電機市場占有率較小，尤其是V1立式安裝的隔爆型電動機（以下簡稱立式電機）更是稀少，就國內市場來看，立式電機是高技術高附加值產品，某種意義上也是電機制造廠家整體制造水平的體現。而電機振動大、功率等級低等均是目前國內電機生產廠家所共同面對的問題。誰能在目前激烈市場競爭中勇于創新，在技術上率先取得突破，誰就能提高核心競爭力，避免同質化競爭，搶占市場先機，提升品牌價值和企業形象。

1 結構分析

對于常見的B3安裝電動機，定轉子受力是垂直于轉軸中心線的，而電機的支撐點又集中在機座地腳上，故電機軸承不承受來自負載的軸向推力。對于立式安裝的電動機定轉子受力是平行于軸線，而電機支撐點又集中在軸伸端法蘭端蓋上，故電機軸承承受來自負載的軸向推力。由于轉子重量的存在，故電機軸承還承受一定的軸向力，隨著電機容量的增大，電機轉子重量也隨之增加，電機軸承承受的軸向力也會隨之增加。這就要求立式電機軸承的設計必須考慮可以承受來自負載的軸向推力和電機本身轉子重量所帶來的軸向力，所以法蘭盤的設計和軸承選擇就成了要考慮的設計要點。同樣規格的立式安裝電機其重心位置遠高于B3安裝的電機，且一端軸承固定，故轉子極其容易產生轉子偏擺。而又由于隔爆型電機軸貫通部分間隙很小，電機在運行過程中由于轉子偏擺產生振動和抱軸的幾率就會顯著提高。所以對于立式電機，怎樣減輕轉子偏擺來降低抱軸、振動的幾率，也是必須要關注的一個要點問題。以下就從怎樣進行法蘭端蓋設計、軸承選用、降低振動和抱軸的幾率三個方面進行簡單的描述。

2 法蘭端蓋設計

常見的法蘭有兩種，一種為整體鑄造，一種是鋼板焊接而成，前者多用于體積較小的低壓電機，后者則多用于體積較大的中小型高壓電機。法蘭可根據國家推薦標準GB/T4772.1～3的相關規定進行設計，也可以根據現場安裝需求和電機的結構參考國標進行設計。以下是根據現場安裝需求進行高壓電機常用法蘭端蓋的設計概述：

2.1 結構設計：法蘭端蓋由3部分組成，分別是電機端蓋法蘭、支撐筋、負載安裝法蘭。焊接結構見圖1，圖中序號1是負載安裝法蘭，序號2為支撐筋、序號3為電機端蓋法蘭。為保證受力均勻，在保證不和序號1和序號3上法蘭安裝孔以及軸承裝置進排油裝置干涉的情況下，序號2支撐筋應盡量圓周均布分布，且盡可能的靠近序號1上安裝孔。

2.2 尺寸設計：圖中A尺寸的設計需根據軸承大小進行確定，保證軸承能夠正常安裝。圖中P、M、N、Z、S、T尺寸用戶根據現場情況一般會明確出，故法蘭設計時需要確定F、G、H、LA尺寸。F尺寸可以根據S的大小，通過安裝螺栓和擰入最小深度進行反推得出；LA尺寸根據以往經驗、和廠內具體情況選擇盡可能大的值；H尺寸應大于G尺寸，保證受力可靠。

■

圖1

3 軸承選擇

立式電機轉子一方面受自身重力的作用有向下的重力存在，另一方面受負載的作用有向上的推力存在，軸向負荷大，故軸承設計選用時必須考慮能夠同時承受這兩個力共同作用的情況。常見的，雙列向心推力軸承和四點角接觸軸承可以滿足此要求。雙列向心推力軸承是由單列向心推力軸承背靠背雙聯而成，內圈和外圈各自成一體的結構，可以承受兩個方向的軸向負荷，也可以作為固定端軸承使用。四點接觸軸承其內圈一分為二，一個軸承可以承受兩個方向的軸向負載，承受負載能力較大，適用于軸向負荷大的負載。

4 降低抱軸和振動的幾率

工廠用隔爆型電機，防爆等級為ExdIIBT4時軸貫通最大單邊間隙0.2mm，防爆等級為ExdIICT4時軸貫通最大單邊間隙0.15mm，相對于普通型電機來說，要求非常嚴格。而立式安裝電機，不管是上端軸承固定還是下端軸承固定，轉子都會產生偏擺，極易引起電機振動，繼而引起電機抱軸。轉子偏擺產生是因為有徑向力的作用，所以怎樣減少徑向力就成了降低振動和抱軸幾率的關鍵所在。通常情況下通過以下幾個方面進行考慮：

4.1 優化電磁方案，增大氣隙。在不影響電機性能的情況下，優化電磁方案增大電機氣隙，減小氣隙磁密，使電機轉子徑向磁拉力減小，進而減小影響轉子偏擺，降低電機抱軸的幾率。

4.2 控制軸貫通隔爆間隙。優化工藝，整機合成氣隙均勻后通過實配軸貫通，不僅可以保證間隙在符合防爆標準間隙要求前提下使間隙尺寸最大化，還能有效保證間隙的均勻度，大大的減少抱軸幾率。

4.3 嚴格控制氣隙均勻度，防止偏心。嚴格控制定子內圓及轉子外圓尺寸、圓度要求，通過氣隙塞尺專用檢查工裝嚴格控制電機氣隙均勻度，使轉子不偏心徑向受力均勻，進而降低電機振動的幾率。

4.4 提高轉子平衡精度。通過控制轉子不平衡量，提高轉子平衡精度，減小轉子高速旋轉時由于不平衡量產生的離心力所激發的振動值，進而降低整機振動的幾率。

5 結束語

立式電機在市場上份額較低，目前還處于摸索設計階段，本文只是簡單分析了對于立式電機設計時應考慮的幾處影響電機可靠運行的方面，還遠遠不夠，電機主要零部件細節方面還需要進行更深一步的分析對比，只有這樣才能設計出結構可靠、性能有保證的合格電機。

參考文獻：

[1]GB3836.1-2010，爆炸性環境第1部分：設備通用要求[S].

[2]GB3836.2-2010，爆炸性環境第2部分：由隔爆型“d”保護的設備[S].

[3]GB/T4772.1～3，旋轉電機尺寸和輸出功率等級[S].

[4]陳世坤.電機設計[M].北京：機械工業出版社，1997.

[5]張鍵.機械故障診斷技術[M].北京：機械工業出版社，2008.

作者簡介：姚金艷（1984-），女，陜西咸陽人，助理工程師，大學本科，2007年畢業于西北農林科技大學電氣工程及其自動化專業，主要從事隔爆型三相異步電動機產品設計工作。