電機轉(zhuǎn)子本體嵌線槽圓周加工方法

孫 杰

（上海電氣集團上海電機廠有限公司，上海 200240）

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，電機額定轉(zhuǎn)速要求越來越高，電機振動要求越來越小，轉(zhuǎn)子圓周本體嵌線槽的傳統(tǒng)方法已不適應現(xiàn)今電機的發(fā)展。因此需要研究一種等分精度更加高的轉(zhuǎn)子本體嵌線槽圓周加工的方法。在“西氣東輸”項目20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電機的制造過程中，采用了劃線、旋轉(zhuǎn)角度編碼器新加工方法來加工轉(zhuǎn)子本體等分嵌線槽。

鍛鋼整體轉(zhuǎn)子，一般采用鍛件整體鍛出轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸精加工后，在本體按照規(guī)定的等分要求加工嵌線槽。一般有34，42，68等分要求。如此多的槽加工，等分精度直接影響轉(zhuǎn)軸質(zhì)量的均勻，以致間接影響到轉(zhuǎn)子平衡精度，最后關(guān)乎電機的振動是否達標。

1 加工對象

西氣東輸二線天然氣長輸管道壓縮機組進行配套20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機，電動機額定轉(zhuǎn)速3 120～5 040r／min，振速≤2.3mm／s。轉(zhuǎn)子本體嵌線槽結(jié)構(gòu)為34等分槽，長1 380mm。見圖1所示。

圖1 主機轉(zhuǎn)子本體嵌線槽示意圖

圖2 γ252專用開槽機

2 加工設備

汽輪發(fā)電機類型的轉(zhuǎn)子本體嵌線槽加工，一般采用大直徑盤銑刀加工。此次加工設備為γ252專用開槽機如圖2所示。轉(zhuǎn)子擱在機床座式軸承座上，機床頭部動力頭夾住轉(zhuǎn)子一端，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一個角度，大直徑盤銑刀根據(jù)嵌線槽深度開槽加工。

3 等分開槽加工方法的分析

汽輪發(fā)電機類型的電機轉(zhuǎn)子嵌線槽加工可采用以下兩種方法：

1）傳統(tǒng)開槽方法——劃線、等分盤、插銷

2）新開槽方法——劃線、旋轉(zhuǎn)角度編碼器

3.1 傳統(tǒng)開槽方法——劃線、等分盤、插銷

傳統(tǒng)開槽方法示意圖如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)開槽方法示意圖

在劃線平板利用圓規(guī)、劃針劃出的等分線作參考，再借助等分盤來實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)軸進行嵌線槽圓周等分。這種方法采用插孔進行控制，而孔與孔之間必然存在加工角度偏差，并且所有等分孔的各自尺寸也不同，會造成與插銷配合的誤差，而且插孔時會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。所以，以等分盤為基準等分銑槽，工裝自身的精度、等分盤與插銷配合精度決定了最后嵌線槽的等分精度。這就導致最后電機轉(zhuǎn)子嵌線槽等分精度不是很高。例如20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機轉(zhuǎn)軸外圓φ750，等分盤一個孔公差±0.025mm，34等分其中2個相鄰孔角度誤差在0.4583′，累計誤差15.5′（即等分盤自身等分誤差）。而且，插銷與等分盤孔間隙配合0.03～0.05mm。那么，當?shù)确直P、插銷配合使用時，兩者誤差累加，等分精度遠低于15.5′。

此種開槽方式，適合等分要求較低，平衡要求較低的轉(zhuǎn)軸本體嵌線槽加工方法，但不適合本文的加工對象。

3.2 新開槽方法——劃線、旋轉(zhuǎn)角度編碼器

對于本文加工對象，由于比常規(guī)汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速要求高，平衡要求高，傳統(tǒng)開槽方法不適用本文加工對象，必須尋找一種新的開槽方法。

3.2.1 新開槽方法啟發(fā)

數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)具有顯示轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度功能，而且能精確到0.001°。如此高精度的旋轉(zhuǎn)角度，是源于數(shù)控車床車頭有一個旋轉(zhuǎn)角度編碼器，而且旋轉(zhuǎn)角度編碼器是通過電子脈沖來顯示等分，不存在機械等分裝置反向間隙的弊端。那么利用旋轉(zhuǎn)角度編碼器與加工對象直接連接，加工對象旋轉(zhuǎn)任意角度，同時帶動旋轉(zhuǎn)角度編碼器，就能實時反映在旋轉(zhuǎn)角度編碼器顯示器上。

3.2.2 新開槽方法

1）在劃線平板上用圓規(guī)、劃針劃出34等分嵌線槽中心線。等分嵌線槽示意圖如圖4所示。

2) WANG等[6]基于漂移物體的形狀搭建的漂移軌跡預測試驗平臺，通過對漂移物體受風、流和浪單獨影響和綜合影響多種場景下的數(shù)據(jù)進行分析，建立漂移軌跡預測統(tǒng)計模型。

圖4 等分嵌線槽劃線示意圖

2）將電機轉(zhuǎn)子放置在開槽機軸承座上。

3）將開槽機的車頭連接在電機轉(zhuǎn)子的一端，電機轉(zhuǎn)子的另一端通過連接法蘭軸連接旋轉(zhuǎn)角度編碼器器的測頭，示意圖如圖5所示。

4）開槽機按序加工嵌線槽。每加工完一個嵌線槽后，按等分角度旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子，并觀察旋轉(zhuǎn)角度編碼器的顯示器顯示的旋轉(zhuǎn)角度，到達預定的旋轉(zhuǎn)角度后，停止旋轉(zhuǎn)。

圖5 連接示意圖

5）每次旋轉(zhuǎn)后，用劃針檢驗劃線的等分槽線。

3.2.3 新開槽方法優(yōu)點

1）精度高

傳統(tǒng)開槽方法：等分盤等分孔大小不同，等分誤差及與插銷配合誤差導致最后的加工誤差比較大。

新開槽方法：排除一切外在因素誤差。電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過連接法蘭，同步帶動旋轉(zhuǎn)角度器測頭，同時顯示器顯示實時旋轉(zhuǎn)角度，精確到0.001°，直至所需的角度為止。圖6為20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機等分開槽實際加工角度記錄表。

2）工裝少

傳統(tǒng)開槽方法：根據(jù)電機轉(zhuǎn)子嵌線槽槽數(shù)，需配不同等分的等分盤（即34等分，配34等分的等分盤；44等分，需配44等分的等分盤）。

新開槽方法：連接法蘭中的法蘭盤根據(jù)不同電機轉(zhuǎn)子軸端外圓尺寸替換即可，其它部分無需替換。適用所有等分槽加工，只需計算出每個旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子即可。

3）操作簡便

圖6 加工角度記錄表

傳統(tǒng)開槽方法：等分盤自身比較笨重。安裝時，需與專用開槽機車頭同軸度對好，同時與插銷垂直度要好，否則插銷可能會發(fā)生插不進等分盤的等分孔中。

新開槽方法：不存在安裝問題。只需擰緊連接法蘭上的螺栓，與電機轉(zhuǎn)軸連接即可。

4 結(jié)語

西氣東輸二線天然氣長輸管道壓縮機組配套電機20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機轉(zhuǎn)軸嵌線槽開槽工序已于2011年4月順利完成。8.4t轉(zhuǎn)子低速平衡良好。未加平衡塊前，兩頭不平衡量分別為347g和287g。電機轉(zhuǎn)子成功超速到5 545r／min，同時在工作轉(zhuǎn)速3 120～5 040r／min范圍內(nèi)，振速均≤2.3mm／s，符合設計要求。實踐證明，電機轉(zhuǎn)子本體嵌線槽圓周加工方法，大大提高了轉(zhuǎn)軸本體n個嵌線槽的等分精度，降低了轉(zhuǎn)子不平衡量，其加工方法是成功且可行的。在20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機嵌線槽加工中取得的成功經(jīng)驗，對今后類似汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)軸本體嵌線槽加工具推廣借鑒作用。