大型直聯(lián)式直流礦井提升電動(dòng)機(jī)增容改造

肇東升,紀(jì)繁祥,高玉爽

(1哈電集團(tuán)哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱150040；

2海軍駐哈爾濱地區(qū)艦船軍事代表室，黑龍江哈爾濱150040)

?

大型直聯(lián)式直流礦井提升電動(dòng)機(jī)增容改造

肇東升1,紀(jì)繁祥2,高玉爽1

(1哈電集團(tuán)哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱150040；

2海軍駐哈爾濱地區(qū)艦船軍事代表室，黑龍江哈爾濱150040)

摘要介紹了增容改造前后電機(jī)電磁參數(shù)的對(duì)比，新電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，電機(jī)的通風(fēng)、散熱，安裝現(xiàn)場(chǎng)時(shí)新舊電樞拆裝等。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，詳細(xì)介紹了定子、電樞、刷桿座圈的特點(diǎn)。著重講述新舊電機(jī)電磁參數(shù)的對(duì)比，新舊電樞拆裝。

關(guān)鍵詞礦井提升；直聯(lián)式；直流電動(dòng)機(jī)；增容改造

0引言

礦井提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備，是聯(lián)系井下與地面的主要運(yùn)輸工具[1]。我公司生產(chǎn)的ZKJ系列大型直流電動(dòng)機(jī)專(zhuān)門(mén)用于礦井提升用的主傳動(dòng)直聯(lián)直流電動(dòng)機(jī)，其主要特點(diǎn)是電機(jī)不帶軸和軸承座，與提升機(jī)主機(jī)的聯(lián)結(jié)采用錐套液壓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，具有占地面積小、節(jié)省投資、現(xiàn)場(chǎng)噪聲低、用戶(hù)維修方便等優(yōu)點(diǎn)。我公司承接山東某金礦礦井提升直流電機(jī)增容改造項(xiàng)目，該礦隨著產(chǎn)量的不斷提高，原有的800kW直流電機(jī)已不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，需將電機(jī)容量提升到1100kW，轉(zhuǎn)速由原來(lái)的70r/min提高到78r/min。

1電機(jī)主要參數(shù)

電機(jī)的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　改造前后參數(shù)對(duì)比

其他技術(shù)要求：工作制：S1；絕緣等級(jí)：F級(jí)(B級(jí)考核)；防護(hù)等級(jí)： IP01； 冷卻方式： 自然通風(fēng)；安裝型式： IM5710。

2電機(jī)的設(shè)計(jì)及制造特點(diǎn)

2.1電磁設(shè)計(jì)

增容前技術(shù)參數(shù)

電樞直徑Da=2150mm；電樞鐵心lt=450mm；主極極數(shù)2P=12，電樞槽數(shù)Z=280；氣隙磁密Bδ=9863GS；電樞1/3齒磁密BZ1/3=22586GS；額定負(fù)載時(shí)電樞回路的電壓降△U=71.13V；熱參數(shù)ASja=1847；效率η=0.89；主極單邊氣隙δ=7mm。

增容后技術(shù)參數(shù)

電樞直徑Da=2150mm，電樞鐵心lt=550mm；主極極數(shù)2P=12，電樞槽數(shù)Z=280；氣隙磁密Bδ=8043GS；電樞1/3齒磁密BZ1/3=21917GS；額定負(fù)載時(shí)電樞回路的電壓降△U=72.78V；熱參數(shù)ASja=1909 ；效率η=0.9；主極單邊氣隙δ=8mm。

2.2改造后直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1改造后直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖1改造后直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.2.2定子

定子采用上、下兩半可拆式結(jié)構(gòu)，接逢處用定位銷(xiāo)及把合螺栓緊固，上、下半均有起吊孔，供定子吊運(yùn)之用，但定子不能整體吊裝，需單獨(dú)吊裝后把合在一起。機(jī)座采用疊片機(jī)座，主極、換向極鐵心也均采用鋼板疊片，沖片表面絕緣。

主極線(xiàn)圈采用扁銅線(xiàn)繞制，繞制過(guò)程中，層間刷單馬膠，繞好后套在包有極身絕緣的主極鐵心上，然后真空浸漆。換向極線(xiàn)圈采用裸銅扁線(xiàn)繞制架空式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)即解決了該類(lèi)電機(jī)換向極線(xiàn)圈匝數(shù)較多，空間難以布置的問(wèn)題，又減小了風(fēng)阻，有利于電機(jī)通風(fēng)散熱。

2.2.3電樞

電樞采用斜槽結(jié)構(gòu)，斜度一個(gè)齒距，斜槽可以消除由電樞齒、槽產(chǎn)生的磁通脈動(dòng)，還可以降低片間電壓峰值，防止低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)并降低電機(jī)噪音，改善現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境。

電樞鐵心由電樞沖片疊壓而成，電樞沖片采用兩面刷漆的優(yōu)質(zhì)硅鋼片沖制，鐵心分成11段，段間設(shè)有徑向通風(fēng)。電樞支架由整體軸轂、盒型臂、鐵心固定筋和圓筒式換向器支架結(jié)構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)能很好地傳遞扭矩，防止開(kāi)焊、開(kāi)裂。電樞繞組采用不交叉雙波異槽繞組結(jié)構(gòu)型式。

電樞非換向器端裝有均壓線(xiàn)，采用漸開(kāi)線(xiàn)式單獨(dú)成形的圓盤(pán)式結(jié)構(gòu)，即可削弱由于生產(chǎn)過(guò)程中制造誤差等原因造成磁路不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象而導(dǎo)致的各并聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不等，又能充分利用電機(jī)的有效空間，使結(jié)構(gòu)更加緊湊、合理。

電樞轉(zhuǎn)子與提升機(jī)直聯(lián)懸掛，轉(zhuǎn)子支架的支架毅采用油壓脹孔錐套于提升機(jī)軸伸上。在支架毅上加工有錐孔(錐度1:30)的錐套結(jié)構(gòu)，與提升機(jī)的帶有錐度的軸伸有不小于的過(guò)盈配合[1]。

換向器采用拱形結(jié)構(gòu)，外徑Φ1280mm，換向器片采用銀銅合金材料，增加換向器的耐磨性能、熱穩(wěn)定性，有利于改善電機(jī)的換向性能。由于升高片高度較高，為提高其固有頻率、機(jī)械強(qiáng)度及抗疲勞斷裂，升高片采用三段式結(jié)構(gòu)：銅-鋼-鋼，硬釬焊連接，升高片之間用適形材料撐緊。

2.2.4刷桿座圈

刷桿座圈中刷桿，一端固定于座圈上，另一端連接導(dǎo)電環(huán)上，三者互為一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、所占位置極小，易于更換電刷、刷握，以及調(diào)整維護(hù)換向器。

電刷排放位置采用同極性軸向錯(cuò)位排放，沿?fù)Q向器圓周分布，使換向器表面磨損均勻，不產(chǎn)生溝槽。

2.2.5改善通風(fēng)、散熱方面

由于電機(jī)是開(kāi)起式電機(jī)，發(fā)熱參數(shù)不能太高，合理的通風(fēng)結(jié)構(gòu)、絕緣結(jié)構(gòu)，是電機(jī)各繞組溫升不超過(guò)B級(jí)考核溫升限值及電機(jī)在用戶(hù)處長(zhǎng)期安全運(yùn)行的根本保障。

合理安排電機(jī)的通風(fēng)風(fēng)路，在外罩內(nèi)部安裝擋風(fēng)板，使電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的冷卻風(fēng)大部分直接進(jìn)入電樞的徑向風(fēng)道再到定子，部分流向換向器表面。

采用我公司自主開(kāi)發(fā)的絕緣結(jié)構(gòu)，環(huán)氧聚酯薄膜少膠粉云母帶箔繞半疊繞繞包絕緣結(jié)構(gòu)，線(xiàn)圈的絕緣層薄，利于散熱。經(jīng)VPI真空整浸處理后，線(xiàn)圈與鐵心之間氣體被去除，充滿(mǎn)絕緣漆，增強(qiáng)了電機(jī)的整體性，同時(shí)也大大提高了線(xiàn)圈導(dǎo)熱、散熱能力。

3電機(jī)電樞現(xiàn)場(chǎng)拆裝

以往同類(lèi)直流電機(jī)改造中，電樞的拆裝是現(xiàn)場(chǎng)安裝的重要難點(diǎn)，原電機(jī)電樞懸掛在提升機(jī)主軸的一端，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

1.軸；2.電樞；3.放氣塞；4.液壓蓋；5.高壓進(jìn)油孔

6.分流器；7.超高壓油泵；8.高壓油泵；9.O形密封圈

圖2結(jié)構(gòu)示意圖

軸錐度為1：30，緊量根據(jù)提升機(jī)力矩決定，一般為0.5～0.7mm。卸軸前先清理液壓油蓋及各配合零件表面，將O型密封圈嵌入油壓蓋密封槽內(nèi)。用200×200框架水平尺校正軸的水平。將液壓蓋固定于提升機(jī)軸端上，排氣孔要位于上方，進(jìn)油孔在下方[2]。起動(dòng)高壓油泵讓油沖滿(mǎn)支架轂與液壓蓋之間腔體，當(dāng)放氣塞排出空氣并有油噴出后擰緊放氣塞。關(guān)閉高壓油泵。起動(dòng)超高壓油泵向軸端面上兩進(jìn)油孔注入高壓油，其壓力表指針微動(dòng)，逐漸增加超高壓油泵的油壓約65MPa，電樞與提升機(jī)主軸脫離。

將新電機(jī)電樞套入軸上，將液壓蓋重新固定于提升機(jī)軸端上，排氣孔要位于上方，進(jìn)油孔在下方。起動(dòng)高壓油泵讓油沖滿(mǎn)電樞與液壓蓋腔體，氣塞排氣并有油噴出后擰緊放氣塞。關(guān)閉高壓油泵。

起動(dòng)高壓油泵再次向軸端腔體注入高壓油，向軸大端移動(dòng)電樞，逐漸增加高壓油泵的油壓，同時(shí)起動(dòng)超高壓油泵向軸端面上兩進(jìn)油孔輸油，這時(shí)電樞在軸向油壓的推動(dòng)下向主軸大端移動(dòng)，逼近原標(biāo)記。當(dāng)超高壓油泵的油壓至約60MPa，電樞到達(dá)標(biāo)記處。

4結(jié)語(yǔ)

該電機(jī)于2015年2月投產(chǎn)運(yùn)行至今，各項(xiàng)指標(biāo)正常。由此可見(jiàn)在原基礎(chǔ)不變的情況下，電機(jī)功率由800kW提升至1100kW，設(shè)計(jì)方案是可行的；現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)溫升值最高時(shí)不超過(guò)55K，滿(mǎn)足了考核要求。此次礦井提升直流電機(jī)增容改造項(xiàng)目，不僅得到了用戶(hù)的好評(píng)，也為我公司在此類(lèi)電機(jī)增容改造積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]肇東升.2500kW大型直聯(lián)式礦井提升直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述.上海大中型電機(jī)，2013.

[2]中國(guó)電氣工程大典(第9卷).電機(jī)工程.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[3]張飛飛，張東宇.高壓繞線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組制造工藝.防爆電機(jī)，2015.4.

[4]楊光，周勤鳳.永磁三相同步電動(dòng)機(jī)裝配工藝.防爆電機(jī)，2012.6.

Brief Description on Capacity Expansion Reformation of Large Direct-Connected DC Mine Lifting Motor

ZhaoDongsheng,JiFanxiang,andGaoYushuang

(1.Harbin Electric Power Equipment Co.,Ltd.,Harbin 150040, China；2.Naval Ship Military Representative Office Stationed in Harbin, Harbin 150040, China)

AbstractThis paper introduces electromagnetic parameter of the motor before and after capacity expansion reformation, structural design characteristics of new motor, ventilation and heat dissipation of the motor, onsite disassembly and assembly of old and new armature and so on. In aspect of structural design, this paper introduces the characteristics of stator, armature and brush rod seat ring in detail, and emphasizes the comparison of electromagnetic parameters between old and new motors as well as the disassembly and assembly of old and new armatures.

Key wordsMine lifting；direct-connected type；DC motor；capacity expansion reformation

收稿日期：2016-01-22

作者簡(jiǎn)介：肇東升 男1982年生；畢業(yè)于沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)電機(jī)方向，現(xiàn)從事大中型直流電機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)工作.

中圖分類(lèi)號(hào)：TM331

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-7281(2016)02-0049-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.14