壓縮機機組配套用增安型三相異步防爆電機設計

侯 莉

(1. 上海交通大學電子信息與電氣工程學院； 2. 上海電氣集團上海電機廠有限公司，上海 200240)

0 引言

增安型電動機是一種在石油、化工等行業(yè)使用廣泛的電動機。該類型防爆電機適用于工廠2區(qū)、引燃溫度為T3及以下溫度組別的爆炸性危險場所。這種電動機相對于隔爆型電動機有如下優(yōu)點：重量輕、無隔爆結合面、維護方便。

YAKS系列增安型防爆電動機采用TMEIC電機結構。TMEIC電動機體積小且功率密度大，相同機座號功率可以做得更大。與國內Y系列產品相比，同樣功率電動機機座可以降低2～3檔。借鑒TMEIC結構設計增安型防爆電機，在市場上更有競爭力。

1 電機的設計

1.1 執(zhí)行標準

GB 3836.1 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第1部分：通用要求

GB 3836.2 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第2部分：隔爆型“d”

GB 3836.3 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第3部分：增安型“e”

GB 3836.4 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第4部分：本質安全型“i”

GB 3836.5 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第5部分：正壓型“p”

Q/JDAD134—2014 YAKK、YAKS系列高壓增安三相異步電動機技術條件

1.2 增安型防爆電機的防爆原理

常規(guī)電機在正常運行條件下不會產生電弧、火花或危險高溫，增安型防爆電機是在常規(guī)電機結構上采取一些保護措施，如機械、電氣和發(fā)熱等方面，使之進一步避免在正常或認可的過載條件下出現(xiàn)電弧、火花或高溫的危險，從而確保其防爆安全性。這種電機在正常運行時沒有引燃源，可用于防爆危險環(huán)境。這就是增安型電機的防爆原理。

1.3 電磁設計

電動機電磁計算采用引進的TMEIC計算程序。增安型電動機定子繞組導體電流密度控制、極相組間的間隙控制、絕緣結構設計、防電暈結構設計等直接影響電機高溫、電暈的產生，進而影響電機防爆安全性能。

本項目采用F級絕緣，絕緣規(guī)范選用企業(yè)自編的《10 kV F級高壓增安型電機定子絕緣規(guī)范》。線規(guī)：2.24 mm×4.5 mm，云母銅線4M56-F，匝間絕緣0.56，主絕緣單邊厚度2.25 mm。電機轉子導條選用11.2 mm×40 mm硬銅母線TMYD。

增安型電動機對定子繞組的防暈要求很高，采用特有的防暈措施，保證線圈端部間隙同相間6.5 mm、異相間8 mm。沖片三圓及磁路參數(shù)如表1所示。

表1 YAKS500-2 1 400 kW 10 kV電磁參數(shù)

電機的技術參數(shù)如下。

電機型號：YAKS500-2 安裝方式：IMB3

功率：1 400 kW 防護等級：IP54

電壓：10 kV 絕緣等級：F級

防爆等級：Ex eⅡT3 溫升：按B級考核

額定頻率：50 Hz 冷卻方式：IC81W

效率：94.2% 堵轉轉矩倍數(shù)：0.38

功率因數(shù)：0.897 最大轉矩倍數(shù)：2.5

堵轉電流倍數(shù)：5.4

1.4 結構設計

1.4.1 電機總體布局

該電機的結構設計借鑒了TMEIC電機，結構簡圖見圖1。

圖1 YAKS500-2結構簡圖

電機主體結構與TMEIC系列電機相似。冷卻方式為IC81W，采用徑向風路結構，為兩端進風、中間出風的對稱風路。定子風道數(shù)15寬6 mm，轉子風道數(shù)7寬6 mm，電機定子繞組溫度分布達到比較均衡的理想狀態(tài)，有效避免電機內部局部過熱現(xiàn)象。

1.4.2 定子設計

TMEIC系列電機機座與定子鐵心采用底腳螺栓固定的方式見圖2。這種固定方式優(yōu)點如下：首先，由于定子鐵心從機座頂部裝入見圖3，因此，機座止口的大小不受定子外徑影響；其次，電機振動性能好，因為定子鐵心振動通過底腳傳向機座下部。

圖2 定子鐵心與機座的固定

圖3 定子鐵心從機座上部吊入

TMEIC系列與Y系列的最大區(qū)別就在于如何在相同大小的外殼內裝下更大的電機有效體積，以提高電機的出力。

該電機機座采用TMEIC結構機座，為鋼板焊接，所有焊縫均要求連續(xù)焊，并消除應力。機座頂部與冷卻器結合平面加工粗糙度要求提高，并在機座頂部開槽嵌入橡膠條保證電機外殼的氣密性。

1.4.3 轉子設計

轉子結構完全同TMEIC電機的轉子結構，見圖4。采用24+6的風道設計，增大通風面積。電機軸為光軸結構。轉子為銅條轉子，采用下端環(huán)加護環(huán)結構。轉子兩端分別熱套一個軸流式風扇，與轉子風道形成對稱風路。

圖4 轉子結構圖

電機內風扇為鑄鋁結構，見圖5。風扇的設計以較小的損耗取得最大的冷卻效果為原則，采用流行型曲面設計結構，在最大限度提高風扇通風效率的同時，盡可能地降低通風噪聲。

圖5 內風扇

TMEIC系列全部采用下端環(huán)結構，該結構與Y系列端面端環(huán)比較，見圖6。①可不用加工端面端環(huán)上的焊接槽；②轉子不用上車床車導條鋸齒；③銀焊料用量較少，不需要中頻焊接。因此有必要在實踐的基礎上研究是否可以擴大該結構在Y系列電機上的應用范圍。同時，TMEIC的高速電機薄壁護環(huán)見圖7結構簡單，省時省料，也有著推廣和擴大使用的意義。

圖6 Y系列端環(huán)結構

圖7 TMEIC端環(huán)及護環(huán)結構

1.4.4 冷卻器

電機冷卻方式為IC81W，全封閉空-水冷方式?？?水冷卻器的結構和型式參考TMEIC系列電機產品，側面預留正壓系統(tǒng)泄壓閥接口。

為保證電機整體密封性，冷卻器與機座配合的底板加厚，并要求金加工，平面度在1 mm以內。冷卻器與機座之間的襯墊采用硅橡膠密封墊，在密封墊位置開槽，槽深根據(jù)硅橡膠的壓縮量設計，起到限位作用。

1.5 吹掃系統(tǒng)

增安型電機啟動過程中容易產生火花，因此，需對增安型電機加裝啟動預吹掃裝置。自動預啟動吹掃裝置吹掃、流量控制、吹掃完成整個過程實現(xiàn)自動控制，信號進入DCS系統(tǒng)，可實現(xiàn)遠程就地操作，既方便用戶現(xiàn)場使用，又增加了安全可靠性。

本電機采用英國EXPO公司的D758換氣及泄漏補償系統(tǒng)，見圖8。保證電動機啟動前，電機內腔可燃性氣體在得到有效的置換后，允許啟動電動機。啟動后正壓系統(tǒng)可關閉，確保為項目提供安全可靠的防爆電機。D758系統(tǒng)工作原理簡易圖，見圖9。

2 試驗

電機型式試驗數(shù)據(jù)如表2。通過試驗數(shù)據(jù)可以看出，電機的各項指標性能均良好，效率、溫升和振動均滿足了客戶要求。從型式試驗中的溫升來看，電機溫升裕度較大，尚有很大的升容空間，也為YAKS系列電機今后的改進提供了依據(jù)。今后，同規(guī)格增安型電機設計時，可以考慮適當?shù)目s短鐵心。

圖8 啟動預吹掃裝置D758

圖9 D758系統(tǒng)工作原理簡易圖

表2 試驗數(shù)據(jù)

3 結語

YAKS500-2 1 400 kW 10 kV高壓增安型三相異步電動機的主要性能指標(設計值)達到國內領先水平，接近國際先進水平。通過與華強化工集團有限責任公司的通力合作及公司內各部門的精誠協(xié)作，上電在增安型電機領域初步形成競爭優(yōu)勢。