交流啟動機在瓦斯發(fā)電機組中的應(yīng)用

史科研 王托 沈忠武

鐵法煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司煤層氣開發(fā)利用分公司

交流啟動機在瓦斯發(fā)電機組中的應(yīng)用

史科研 王托 沈忠武

鐵法煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司煤層氣開發(fā)利用分公司

瓦斯發(fā)電機組屬綠色環(huán)保項目，不但節(jié)約了燃煤，還保護了環(huán)境！但機組存在冬季啟動困難、馬達經(jīng)常損壞的問題。通過三相交流電動機帶動等速傳動機構(gòu)的啟動齒輪，保留原電啟動馬達啟動齒輪與發(fā)電機組飛輪咬合部分，進而實現(xiàn)帶動機組飛輪轉(zhuǎn)動，達到燃氣發(fā)電機組啟動的目的。

瓦斯發(fā)電 機組啟動 交流啟動機

一、原設(shè)計選用直流啟動馬達在燃氣發(fā)電機組中應(yīng)用的背景

山東勝動集團500GF1-3RW型瓦斯發(fā)電機組的啟動系統(tǒng)出廠設(shè)計由24V直流電機啟動，采用小齒輪彈出咬合發(fā)電機組的啟動齒輪，來驅(qū)動發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)，完成發(fā)電機組的啟動。但實際啟動過程中啟動馬達經(jīng)常燒毀，尤其冬季環(huán)境溫度低，機組冷態(tài)啟動時潤滑油粘度大、阻力增加，機組啟動的力矩遠遠大于原馬達最大啟動扭矩，經(jīng)常造成原班停產(chǎn)、附屬設(shè)備的損壞，不但增加了發(fā)電運行成本，降低生產(chǎn)效率，還加大了運行人員的勞動強度，給安全生產(chǎn)帶來很大隱患！

二、交流啟動機的設(shè)計構(gòu)想及具體結(jié)構(gòu)

針對燃氣機組冬季啟動困難、馬達經(jīng)常損壞的問題。經(jīng)過多次與廠家聯(lián)系，請教并結(jié)合現(xiàn)場實際探討研究，設(shè)想可以用三相交流電動機通過等速傳動機帶動啟動齒輪，保留原電啟動馬達啟動齒輪與發(fā)電機組飛輪咬合部分，進而實現(xiàn)帶動飛輪轉(zhuǎn)動，達到燃氣發(fā)電機組啟動的目的。

（一）對原設(shè)計選用的電啟動馬達進行技術(shù)改造

利用原有啟動馬達的動力傳輸部分，取消電樞等轉(zhuǎn)子組部分，保留馬達轉(zhuǎn)子主軸，一端與啟動齒輪連接，另一端與安裝四凹槽皮帶輪，形成聯(lián)軸器，使皮帶輪與啟動齒輪同軸轉(zhuǎn)動；取消由原啟動馬達線圈和固定鐵芯等構(gòu)成的聯(lián)動繼電器機構(gòu)，保留緩沖彈簧、銜鐵和拔叉1組成的啟動齒輪彈縮機構(gòu)，在原聯(lián)動繼電器外殼上方安裝手動啟動齒輪彈縮機構(gòu)手柄。

（二）三相交流電動機的選型

交流電動機，是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種機器。交流電動機主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。電動機利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象而制成的。交流電動機由定子和轉(zhuǎn)子組成，并且定子和轉(zhuǎn)子是采用同一電源，所以定子和轉(zhuǎn)子中電流的方向變化總是同步的，即線圈中的電流方向變了，同時電磁鐵中的電流方向也變，根據(jù)左手定則，線圈所受磁力方向不變，線圈能繼續(xù)轉(zhuǎn)下去。交流發(fā)動機就是利用這個原理而工作的。交流電動機的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。

根據(jù)燃氣發(fā)電機組生產(chǎn)運行實際，若開啟燃氣發(fā)電機組，啟動前機組飛輪轉(zhuǎn)速不應(yīng)低于150r/min，根據(jù)實測機組正常啟動轉(zhuǎn)數(shù)為180 r/min。減速齒輪比η=飛輪齒數(shù)/啟動齒輪齒數(shù)=180/11=16.36 則選用交流電機轉(zhuǎn)數(shù)n=180×16.36=2944 r/min，由同步轉(zhuǎn)速n與磁極對數(shù)p的公式:n=60f/ p. p=60f/n f為頻率，單位為Hz.n的單位為r/ min. p=60×50/3000=1（磁極對數(shù)），應(yīng)選用2級電機。若使機組能夠順利啟動，直流馬達的轉(zhuǎn)數(shù)要達到2944 r/min，扭矩要達到62.28 N.m，我們就要選用功率大于19.2 Kw，轉(zhuǎn)速2944 r/min下扭矩要大于62.28 N.m的電動機。

經(jīng)過市場調(diào)查，接近要求參數(shù)的電動機功率主要有18.5 Kw、22 Kw、30 Kw等幾種為，其中型號為YB2-180M-2，22 Kw的三項異步電動機額定轉(zhuǎn)速為2940 r/min，額定電流為42A，經(jīng)過計算轉(zhuǎn)速為2940 r/min下的扭矩為71.46N.m，比直流馬達的扭矩大9.18 N.m，能夠滿足啟動要求，故選用了YB2-180M-2三相交流異步電動機。

我們選用了B型三角帶，由于原設(shè)計發(fā)電機組本身沒有安裝三相交流異步電動機的空間，改造后的啟動馬達軸頸套入四槽B型皮帶輪，皮帶輪直徑為120mm，由四根B型傳動皮帶與三相交流電動機軸端的等徑皮帶輪相連接，組成自制電力拖動機構(gòu)，完成扭矩傳送。

（三）自制基座移動式平移車

由于交流電機較重，單靠人力移動較困難，我們自制基座移動式四輪平移車，車輪采用萬向式尼龍輪，方便各方向的平移，電機基座的前后移動我們采用了絲杠移動原理，通過絲杠旋轉(zhuǎn)推動電機基座移動，優(yōu)點是便于操作，且皮帶的松緊度調(diào)整準(zhǔn)確，平移車的底部采用固定銷孔穿銷、升降調(diào)整機構(gòu)頂緊、地腳掛環(huán)拉緊，三點鎖緊固定。

（四）交流異步電動機的接線設(shè)計

交流異步電動機的接線，我們采用了電壓等級為400V、額定電流為100A的空氣開關(guān)，保證交流異步電動機的可靠分合，采用63A的交流接觸器和防爆型啟動按鈕做為交流異步電動機的啟動控制機構(gòu)，采用帶有電流顯示、具有過流、速斷等保護的綜合保護器，來保證交流異步電動機的安全可靠運行 。

三、交流啟動機在燃氣發(fā)電機組啟動系統(tǒng)中實施效果

該改造項目應(yīng)用后，效果顯著，據(jù)運行人員反應(yīng)操作簡單方便，啟動機組非常順利，再也不用擔(dān)心馬達燒毀。大大減少了運行人員的勞動強度及心里負擔(dān)，也減少了機組附屬設(shè)備的損壞次數(shù)，同時有效減少低濃度瓦斯排放量，減少了甲烷對大氣的污染，經(jīng)濟效益和社會效益非?？捎^！

四、結(jié)束語

該項目通過交流電動機帶動傳動機構(gòu)，達到機組啟動的目的，具有改造成本低、安全性能好、操作方便的特點，運行人員普遍反應(yīng)操作簡單方便，啟動機組非常順利，再也不用擔(dān)心馬達燒毀。大大減少了運行人員的勞動強度及心里負擔(dān)，也減少了附屬設(shè)備的損壞次數(shù)。此項技術(shù)尚屬國內(nèi)首創(chuàng)，標(biāo)志著困擾燃氣發(fā)電機組啟動困難的問題，終于得到有效解決。

史科研 （1978-），男，工程師。2010年畢業(yè)于沈陽大學(xué)機械設(shè)計制造專業(yè)，現(xiàn)在鐵煤集團煤層氣公司從事技術(shù)及管理工作。