關(guān)于機(jī)電的研究及其探索性分析

袁　芬　任志民

摘要：本文根據(jù)熱帶型旋轉(zhuǎn)電機(jī)環(huán)境技術(shù)要求、電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程、旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼防護(hù)等級以及其他相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合目前氣候變化與自然災(zāi)害發(fā)生的情況以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的實際情況，簡要介紹了國內(nèi)有關(guān)電機(jī)制造廠家的旋轉(zhuǎn)電機(jī)在適應(yīng)濕熱帶型氣候與應(yīng)用環(huán)境方面取得的經(jīng)驗，指出了在濕熱帶型氣候條件下旋轉(zhuǎn)電機(jī)在溫升限制、絕緣性能、雷電防護(hù)、防潮、防銹、防鹽霧、防震動、貯存等方面存在的問題，提出了在適應(yīng)自然氣候變化與復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境條件下旋轉(zhuǎn)電機(jī)在設(shè)計、制造、貯存、運(yùn)輸、應(yīng)用、維護(hù)過程中應(yīng)注意的問題和采取的措施。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)電機(jī) 應(yīng)用環(huán)境 技術(shù)要求

引言

在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中，電機(jī)工業(yè)是機(jī)械工業(yè)的一個重要組成部分。電機(jī)是機(jī)電一體化中機(jī)與電相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)的重要支柱，電機(jī)可稱為電氣化領(lǐng)域的心臟。電機(jī)對機(jī)械工業(yè)的發(fā)展起著重要的支撐作用，并隨著我國機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷向前發(fā)展。

在電機(jī)工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)量最大的旋轉(zhuǎn)電機(jī)在機(jī)械、冶金、化工、國防、航天航空、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、家用電器、醫(yī)療器械以及其它領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。無論是作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換設(shè)備和動力傳輸部件，還是作為現(xiàn)代控制技術(shù)領(lǐng)域中的被控制對象，旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量與性能越來越受到生產(chǎn)廠商與用戶的重視。隨著旋轉(zhuǎn)電機(jī)應(yīng)用范圍的日益寬廣，旋轉(zhuǎn)電機(jī)應(yīng)用的環(huán)境也更加廣泛。然而，進(jìn)入21世紀(jì)以來，氣候——這一最大的影響地球與人類環(huán)境的自然條件卻發(fā)生了顯現(xiàn)的變化，它已影響到了整個生物與非生物的適應(yīng)性。作為人類工業(yè)進(jìn)步產(chǎn)物的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，也必須適應(yīng)日益變化劇烈的氣候與地理環(huán)境。從狹義的意義上講，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的應(yīng)用環(huán)境條件已是電機(jī)設(shè)計過程中輸入評審必須考慮的因數(shù)，或者說是用戶的一項基本要求，必須引起電機(jī)設(shè)計者及工藝技術(shù)人員的高度重視。

我國幅員遼闊，氣候與地理條件南北迥異，東西差別懸殊。今年初發(fā)生在我國華東華南地區(qū)的冰凍自然災(zāi)害，就是氣候變化顯現(xiàn)的突出例證；而五月中旬發(fā)生的紋川大地震，則是極端自然災(zāi)害的典型。本文就潮濕熱帶型氣候環(huán)境對旋轉(zhuǎn)電機(jī)性能的影響作出分析，并對旋轉(zhuǎn)電機(jī)如何適應(yīng)濕熱帶型氣候與應(yīng)用環(huán)境、如何應(yīng)對極端氣候變化與自然災(zāi)害等方面想作一些研究和探索。

1.國內(nèi)有關(guān)廠家對電機(jī)適應(yīng)多氣候環(huán)境條件的經(jīng)驗

早在20世紀(jì)70年代初，我國的幾個大型電機(jī)制造廠就已開始進(jìn)行電機(jī)適應(yīng)多氣候應(yīng)用環(huán)境條件的研究。1973年4月，為提高援外出口電機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量，由哈爾濱大電機(jī)研究所、廣州電科所、哈爾濱、上海、東方、北京重型電機(jī)廠等單位組成聯(lián)合調(diào)查組，對海南、廣東、福建、上海等濕熱帶地區(qū)共20個單位的120臺大型電機(jī)實際運(yùn)行情況進(jìn)行了調(diào)查，總結(jié)了以下幾個方面的問題：

1.1濕熱帶地區(qū)的環(huán)境氣候條件及其對電機(jī)運(yùn)行的影響。

當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到40℃以上時，電機(jī)冷卻的進(jìn)風(fēng)溫度也超過了40℃，從而導(dǎo)致電機(jī)的溫升超限。

熱帶氣候條件下，蛇鼠蟲害對電機(jī)或機(jī)組的影響嚴(yán)重，如老鼠咬壞繞組絕緣；長蛇堵塞冷卻通風(fēng)或冷卻水管道；小鳥、壁虎在電機(jī)內(nèi)部安家落戶等。

雷電活動頻繁，強(qiáng)度大，有的地區(qū)在春夏秋3個季節(jié)都有雷電活動，曾造成電機(jī)匝間絕緣擊穿甚至人身傷害事故。

1.2濕熱帶環(huán)境氣候條件對電機(jī)的絕緣有顯著的影響。

由于濕熱帶的空氣濕度大，特別是斷續(xù)運(yùn)行的電機(jī)，停機(jī)后其絕緣極易受潮，電氣性能迅速下降，繞組的絕緣電阻有時僅為正常值的1%甚至為零，有個別用戶因沒有采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧斐呻姍C(jī)相間短路、接地等事故。無論電機(jī)采取哪種防護(hù)類型、絕緣結(jié)構(gòu)，使用哪種絕緣材料或工藝，濕熱帶環(huán)境氣候條件對電機(jī)絕緣都有不同程度的影響。

1.3濕熱帶環(huán)境氣候條件對電機(jī)金屬表面防護(hù)層的影響。

在高濕熱（溫度高于35℃，相對濕度大于70%）地區(qū)，電機(jī)上的一般鍍件都產(chǎn)生了銹蝕，若還有鹽霧，則環(huán)境條件就更加惡劣，不但造成普遍的金屬腐蝕現(xiàn)象，油漆涂層老化開裂脫落，而且鋁質(zhì)銘牌腐蝕，轉(zhuǎn)子鐵心表面絕大部分生銹。

1.4包裝、運(yùn)輸和儲存問題。

電機(jī)的包裝若不嚴(yán)密或遮蓋物的防水防潮性能差，在運(yùn)輸過程中若遭遇風(fēng)雨襲擊即有可能使電機(jī)經(jīng)受雨淋或受潮；電機(jī)在包裝箱內(nèi)若固定的不牢固或固定的方法有缺陷，在運(yùn)輸和裝卸過程中有時就發(fā)生零部件磕碰傷或脫落；在儲存過程中，電機(jī)有時還發(fā)生霉變現(xiàn)象。

2.國家和部頒標(biāo)準(zhǔn)中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)環(huán)境技術(shù)要求

隨著我國科技的進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)化工作的深入，國家行業(yè)歸口管理部門對電工電子產(chǎn)品和機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品都制定了相應(yīng)的環(huán)境應(yīng)用條件標(biāo)準(zhǔn)和試驗規(guī)程。例如:

GB/T4796 電工電子產(chǎn)品環(huán)境參數(shù)分類及其嚴(yán)酷程度分級；

GB4797和GB4798分別為電工電子產(chǎn)品自然環(huán)境條件和應(yīng)用環(huán)境條件；

GB2421～2424 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程；

GB/T12351熱帶型旋轉(zhuǎn)電機(jī)環(huán)境技術(shù)要求。

而JB2420、JB842、JB4159則分別為原機(jī)械工業(yè)部頒布的戶外防腐電工產(chǎn)品的涂漆、熱帶電工產(chǎn)品包裝技術(shù)條件、熱帶電工產(chǎn)品通用技術(shù)條件。

在GB/T12351熱帶型旋轉(zhuǎn)電機(jī)環(huán)境技術(shù)要求中，將電機(jī)氣候防護(hù)類型分為干熱、濕熱、熱帶型3種；將電機(jī)的使用環(huán)境條件分為氣候、特殊氣候、生物、化學(xué)活性物質(zhì)、機(jī)械活性物質(zhì)和機(jī)械環(huán)境條件6類；將電機(jī)的使用場所分為有氣候防護(hù)和無氣候防護(hù)2大類，同時將環(huán)境條件進(jìn)行了具體的參數(shù)化等級分類。

在GB/T12351的技術(shù)要求中，有以下特別內(nèi)容：

（1）對電機(jī)的溫升作出了具體的限值，例如要求電機(jī)各部分的溫升以GB755或GB5175的限值為基準(zhǔn)而下降5K～20K。

（2）電機(jī)按GB2423在40℃下進(jìn)行交變濕熱試驗后，對繞組的對地絕緣電阻及繞組之間的絕緣電阻作出了具體限值；對大型電機(jī)，允許以同結(jié)構(gòu)、同材料和同工藝的零部件進(jìn)行交變濕熱試驗，然后折算到整機(jī)的絕緣電阻。這些零部件主要是，直流電機(jī)的磁極裝配、換向極裝配、刷架裝配、電樞繞組、補(bǔ)償繞組、串勵繞組，交流電機(jī)的刷架裝配、集電環(huán)、轉(zhuǎn)子繞組、磁極裝配或磁極線圈、定子繞組；同時對耐電壓試驗值、電機(jī)的電鍍件和化學(xué)表面處理件的外觀、電機(jī)表面油漆的顏色、外觀及附著力檢測作出了具體規(guī)定；對潤滑油脂提出了耐熱、耐潮濕性能要求。

（3）濕熱型和熱帶電機(jī)按GB2423規(guī)定進(jìn)行長霉試驗后，長霉面積最大不超過50%；

（4）電機(jī)的電鍍件和化學(xué)處理件按GB2423規(guī)定進(jìn)行鹽霧試驗后，應(yīng)不產(chǎn)生銹蝕；

（5）電機(jī)應(yīng)進(jìn)行外殼防護(hù)試驗、防塵試驗、防水試驗；

（6）電機(jī)安裝防潮電加熱器的有關(guān)規(guī)定。

在GB12351中，規(guī)定交變濕熱試驗、長霉試驗、鹽霧實驗和外殼防護(hù)試驗等人工環(huán)境模擬試驗均為電機(jī)型式試驗項目，要求在普通型電機(jī)型式試驗項目合格后進(jìn)行。

3.特種電機(jī)在環(huán)境技術(shù)要求方面已取得的經(jīng)驗

油田電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為規(guī)定用途電機(jī)或特殊用途電機(jī)一經(jīng)問世就得以廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)品在適應(yīng)環(huán)境技術(shù)要求的設(shè)計與工藝方面已取得了一些經(jīng)驗，如：電機(jī)安裝電加熱器；選用合適的電機(jī)外表面油漆與涂漆工藝；應(yīng)用具有鋅鉻涂層的緊固連接件、刷架和滑環(huán)；對某些電機(jī)的鐵心表面刷涂防銹涂層；某些電機(jī)的風(fēng)機(jī)加裝濾砂裝置；對某些電機(jī)的零部件進(jìn)行交變濕熱試驗；采取了較為合理的包裝、運(yùn)輸和儲存措施等。電機(jī)的技術(shù)含量與附加值的日漸提高，為電機(jī)應(yīng)對極端氣候變化或自然災(zāi)害作了必要的技術(shù)準(zhǔn)備。

但是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在其設(shè)計與工藝的某些方面，還有待進(jìn)一步提高。例如大部分電機(jī)不裝備獨立的雷電接地保護(hù)裝置；電機(jī)的防震措施不夠完善，有的電機(jī)的集電環(huán)連線斷裂或由于震動摩擦導(dǎo)致繞組間絕緣層損傷發(fā)生短路；鼠籠式異步電動機(jī)的端環(huán)、護(hù)環(huán)和導(dǎo)條的材料選用混雜：有的電機(jī)的端環(huán)有用鍛純銅，有的則用無氧銅，有用銅合金；有的電機(jī)的護(hù)環(huán)用50MN18CR4WN護(hù)環(huán)鋼，有的則用銅合金，還有的用無緯帶綁扎箍環(huán)；有的電機(jī)的導(dǎo)條用專用銅合金，有的則用黃銅，這些問題的產(chǎn)生不僅影響到電機(jī)的性能與可靠性，同時在一定程度上也影響了旋轉(zhuǎn)電機(jī)系列化、模塊化、于標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)發(fā)展趨勢。

4.幾點建議

（1）由于GB/T12351對熱帶型電機(jī)的溫升作出了具體的更嚴(yán)格的限值，產(chǎn)品開發(fā)人員在電機(jī)設(shè)計時應(yīng)引起足夠的重視，特別是當(dāng)用戶明確提出應(yīng)用環(huán)境條件與電機(jī)的溫升要求時。

（2）因為對大型電機(jī)，GB/T12351 允許以同結(jié)構(gòu)、同材料和同工藝的零部件進(jìn)行交變濕熱試驗，所以在新產(chǎn)品開發(fā)前，要進(jìn)行研究性試驗。

（3）在保證鼠籠式電機(jī)性能的前提下，可應(yīng)用無護(hù)環(huán)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本，簡化制造工藝；當(dāng)采用護(hù)環(huán)時，應(yīng)盡可能選用高強(qiáng)度、耐腐蝕材料，如護(hù)環(huán)鋼或無緯帶。

（4）高度重視惡劣氣候環(huán)境條件下電機(jī)的可靠性，充分考慮到我國南方沿海地區(qū)以及國外類似地區(qū)的熱帶風(fēng)暴對電機(jī)性能的影響因素，進(jìn)一步開展電機(jī)產(chǎn)品開發(fā)前期的研究性試驗，如進(jìn)行外殼防護(hù)試驗，為端蓋、蓋板、網(wǎng)罩等的防塵、防水要求提供結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)；再如，進(jìn)行長霉試驗，驗證電機(jī)的防霉變能力。

（5）建議海洋用油田鉆井電機(jī)通過海路運(yùn)輸或存儲時，采用涂刷防銹脂、包氣相防銹紙、外包塑料薄膜、薄膜接縫處再防銹脂的電機(jī)包裝結(jié)構(gòu)，避免運(yùn)輸過程中電機(jī)的銹蝕與霉變。

（6）除電氣系統(tǒng)之外，電機(jī)加裝獨立的雷電接地保護(hù)裝置；對露天運(yùn)行的電機(jī)近可能修建簡易的防護(hù)場所。

（7）電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，加強(qiáng)集電環(huán)與繞組端部的防震與絕緣措施，提高電機(jī)的可靠性。

（8）選擇合理的支撐固定和綁扎方法，設(shè)計合理的包裝箱裝載電機(jī)，避免電機(jī)在運(yùn)輸中的發(fā)生較大的振動，選擇理想安全的場所貯存電機(jī)。

（9）建議電機(jī)用戶確實按照電機(jī)應(yīng)用與維護(hù)說明書來維護(hù)電機(jī)，盡可能避免使用不符合要求的零部件來維修電機(jī)?！?/p>

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作者簡介：

袁芬（1963-），女，浙江杭州人，高級工程師，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。

任志民（1965-），男， 山西垣曲人，高級工程師，研究方向為電力牽引與傳動控制。