大功率高轉(zhuǎn)速三相同步電動(dòng)機(jī)T6700-6/1730 10kV IP54的研制

趙堅(jiān) 李彬

泰豪沈陽(yáng)電機(jī)有限公司

一、前言

由中方總承包的越南和發(fā)集團(tuán)榕橘鋼鐵有限公司180萬(wàn)噸/年球團(tuán)項(xiàng)目施工全面展開。該項(xiàng)目建成后將成為東南亞規(guī)模最大的全紅礦球團(tuán)生產(chǎn)線，可大幅提升越南鋼鐵冶煉技術(shù)水平，有助于當(dāng)?shù)匾苯甬a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時(shí)也讓中國(guó)的冶金技術(shù)和中國(guó)制造設(shè)備走出國(guó)門、走向海外。隨著“一帶一路”戰(zhàn)略為我國(guó)裝備制造業(yè)“走出去”帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，近年來(lái)國(guó)內(nèi)東南亞出口項(xiàng)目數(shù)量日益增大。我公司為越南和發(fā)集團(tuán)榕橘鋼鐵有限公司生產(chǎn)的燒結(jié)風(fēng)機(jī)用大功率高轉(zhuǎn)速三相同步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為T6700-6/1730 6700kW 10kV IP54，是公司具有代表性的出口項(xiàng)目之一，用于拖動(dòng)燒結(jié)風(fēng)機(jī)。

二、設(shè)計(jì)研制

（一）總體介紹

冶煉鋼鐵時(shí)，鐵礦石在冶煉之前要用燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，而燒結(jié)爐則須用到煙氣主抽風(fēng)機(jī)。燒結(jié)廠用煙氣主抽風(fēng)機(jī)的主要選擇是離心式鼓風(fēng)機(jī)，因?yàn)槠渚邆浯箫L(fēng)量、高負(fù)壓的性能特點(diǎn)，而拖動(dòng)離心式鼓風(fēng)機(jī)必須用到本文介紹的大功率高轉(zhuǎn)速三相同步電動(dòng)機(jī)。

該電機(jī)的設(shè)計(jì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 755《旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能》和JB/T 2224 《大型交流三相同步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件》，電動(dòng)機(jī)額定功率為6700kW，額定電壓為10kV，額定電流為445A，額定頻率為50Hz，F(xiàn)級(jí)絕緣，額定轉(zhuǎn)速為1000 r/min，額定功率因數(shù)為0.9（超前），電動(dòng)機(jī)定子引出線為6根，Y點(diǎn)打開，定額為連續(xù)定額S1，拖動(dòng)機(jī)組飛輪力矩GD2 = 68500kg·m2，電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)等級(jí)為IP54，電機(jī)冷卻方式為軸、徑向混合通風(fēng)的空-上水冷，結(jié)構(gòu)及安裝型式為IM7311，電機(jī)定額為連續(xù)工作制S1。

電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)如下：在額定電壓下，失步轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值的保證值為1.7，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值的保證值為1.0，牽入轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值的保證值為0.8，堵轉(zhuǎn)電流標(biāo)幺值的保證值為7.0。

（二）電磁計(jì)算

根據(jù)三相同步電動(dòng)機(jī)的功率6700kW，極數(shù)6，確定機(jī)座號(hào)為1730（定子扇形片外圓）。根據(jù)電壓等級(jí)10kV，來(lái)決定定子沖片的內(nèi)徑尺寸及沖片開槽的尺寸。通過(guò)調(diào)整定子鐵心長(zhǎng)度和定子線圈的匝數(shù)將定子齒磁密和磁極極身磁密控制在15500高斯以內(nèi)，氣隙磁密控制在8000高斯以內(nèi)以確保電機(jī)性能的情況下提高材料利用率。由于對(duì)出口產(chǎn)品的質(zhì)量控制，此次設(shè)計(jì)定子沖片采用50W-470冷軋無(wú)取向硅鋼片。

參考電機(jī)拖動(dòng)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載曲線得知，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及啟動(dòng)負(fù)載大，尤其是在多種因素共同起作用的時(shí)候，給電機(jī)的起動(dòng)特別是牽入同步過(guò)程造成困難，本臺(tái)電機(jī)功率達(dá)到6700kW，轉(zhuǎn)速高達(dá)1000r/min，負(fù)載的GD2達(dá)到68.5t·m2，設(shè)計(jì)時(shí)需要保證電機(jī)起動(dòng)性能，尤其是牽入轉(zhuǎn)矩的保證。此外還要注意起動(dòng)時(shí)發(fā)熱量的數(shù)據(jù)，必要時(shí)需采用磁極線圈散熱匝結(jié)構(gòu)和極靴表面的散熱處理。

（三）機(jī)械計(jì)算

對(duì)于高轉(zhuǎn)速三相同步電動(dòng)機(jī)，巨大的離心力導(dǎo)致轉(zhuǎn)子各個(gè)部件必須進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)速Np=1.2＊n。首先要考慮的是臨界轉(zhuǎn)速；其次，是離心力體現(xiàn)在高速旋轉(zhuǎn)零件的固定強(qiáng)度上，主要是轉(zhuǎn)子線圈，處理方法是每極線圈由鍛鋼極靴板通過(guò)高強(qiáng)度螺栓固定在磁極極身上，并通過(guò)相鄰線圈撐架進(jìn)行徑向固定。因此必須計(jì)算撐架強(qiáng)度，撐架固定螺栓強(qiáng)度，磁極螺釘強(qiáng)度及磁極螺釘螺紋牙及數(shù)量計(jì)算。

（四）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、冷卻器構(gòu)成，轉(zhuǎn)子支撐采用Z系列座式滑動(dòng)軸承。電機(jī)雙軸伸，為標(biāo)準(zhǔn)圓柱形軸伸。

電機(jī)定子為箱式結(jié)構(gòu)，構(gòu)成定子的主要部件包括定子機(jī)座，定子鐵芯，定子線圈及線圈端部支撐，線圈測(cè)溫元件，主接線盒。定子機(jī)座是架構(gòu)定子的主要鉚焊件，機(jī)座的強(qiáng)度直接影響整個(gè)電機(jī)的穩(wěn)定性。起主要結(jié)構(gòu)作用的鐵芯段機(jī)壁分別由40mm厚的Q235B鋼板制成，并用圓周方向均布的16塊20mm厚Q235B筋板支撐，整個(gè)機(jī)座貫穿6根直徑90mm圓鋼，鐵芯中部增設(shè)中機(jī)壁，用以增加機(jī)座強(qiáng)度。定子鐵芯是組成電機(jī)磁路的主要部件，由0.5mm冷軋無(wú)取向硅鋼片疊壓而成，疊壓系數(shù)高達(dá)0.98以上。鐵芯長(zhǎng)度990mm，為達(dá)到散熱目的，將鐵芯分段后增設(shè)徑向通風(fēng)道。整個(gè)定子鐵芯通過(guò)拉緊螺桿固定在定子機(jī)座上。定子線圈采用雙玻璃絲薄膜銅扁線繞制，主絕緣為云母帶及防暈高低阻帶，繞組形式為雙層疊繞組，同相上下層線圈中間放置定子測(cè)溫元件（Pt100鉑熱電阻）。槽底及上下層線圈采用環(huán)氧玻璃布板絕緣，再用槽楔固定。為克服線圈端部電磁力，整個(gè)線圈端部用無(wú)磁性不銹鋼端箍綁扎固定，再用絕緣支架固定。端部接線完成后進(jìn)行高壓耐壓試驗(yàn)，無(wú)破壓情況下整個(gè)定子進(jìn)行真空高壓浸漆（VPI）。

電機(jī)轉(zhuǎn)子為6極凸極實(shí)心磁極結(jié)構(gòu)，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的主要部件包括轉(zhuǎn)軸，磁軛和極靴，磁極線圈以及風(fēng)扇。轉(zhuǎn)軸使其機(jī)械性能滿足以下幾點(diǎn)：許用撓度為氣隙的百分?jǐn)?shù)不超過(guò)8%；軸承及軸肩處按疲勞計(jì)算的相當(dāng)應(yīng)力不超過(guò)500；臨界轉(zhuǎn)速避開1.3倍的額定轉(zhuǎn)速；選取軸徑時(shí)，軸承的計(jì)算負(fù)載不超過(guò)其允許的負(fù)載。

三、結(jié)論

此電動(dòng)機(jī)制成后，通過(guò)廠內(nèi)型式試驗(yàn)，性能數(shù)據(jù)合格，電動(dòng)機(jī)研制成功。該電機(jī)在越南項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度高達(dá)39℃的情況下溫升振動(dòng)指標(biāo)正常，運(yùn)行一次成功，是國(guó)產(chǎn)自主品牌打入國(guó)外市場(chǎng)的成功項(xiàng)目。為該類型電機(jī)在國(guó)外產(chǎn)品的應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)，更具有意義的是為東北工業(yè)基地的自主品牌打入國(guó)際市場(chǎng)奠定基礎(chǔ)。