大型進(jìn)口同步提升電機(jī)國(guó)產(chǎn)化替代技術(shù)方案研究

楊 興，劉 鵬

(山西潞安化工集團(tuán) 能源事業(yè)部，山西 長(zhǎng)治 046200)

過(guò)去十多年里，隨著煤礦裝備水平提升，煤礦企業(yè)提升電機(jī)逐步由小型國(guó)產(chǎn)異步、直流電機(jī)轉(zhuǎn)向大型同步電機(jī)。由于缺乏對(duì)大型提升電機(jī)專業(yè)的預(yù)防性檢修和緊急故障處理能力，當(dāng)出現(xiàn)緊急故障時(shí)只能選擇返廠修理。返廠不僅停產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，而且修理成本高。為防止電機(jī)事故導(dǎo)致停產(chǎn)，近兩年來(lái)，公司多個(gè)礦井陸續(xù)備用提升電機(jī)或提出備用需求。然而，購(gòu)置進(jìn)口電機(jī)單臺(tái)達(dá)1 500～2 000萬(wàn)元，備用電機(jī)不僅投資大，而且可能10 a甚至20 a長(zhǎng)期閑置，造成巨大資金占用。

為了集團(tuán)后續(xù)其他類似礦井國(guó)產(chǎn)化設(shè)備改造和新礦井建設(shè)投資采購(gòu)提升機(jī)電機(jī)設(shè)備積累開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為支持和推進(jìn)國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)深化轉(zhuǎn)型、向高端裝備制造發(fā)展，潞安集團(tuán)提出對(duì)大型提升電機(jī)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化替代的思路，意義深遠(yuǎn)、責(zé)任重大。

1 項(xiàng)目概況

李村煤礦副井在用提升電機(jī)由德國(guó)西門子于2009年提供，規(guī)格1DQ5631-6XT08-Z1500kW 3 150V 36 r/min，投入運(yùn)行至今超過(guò)10 a.為保證設(shè)備安全運(yùn)行，李村礦提出采購(gòu)一臺(tái)備機(jī)且獲得集團(tuán)批準(zhǔn)，并列入固定資產(chǎn)投資產(chǎn)計(jì)劃，計(jì)劃金額2 000萬(wàn)。為了降低投資成本，支持和推進(jìn)國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)深化轉(zhuǎn)型，集團(tuán)公司提出對(duì)大型提升電機(jī)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化替代的思路，并提出備機(jī)的設(shè)計(jì)基本原則：電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速不變，主要安裝尺寸、安裝形式、主出線位置、測(cè)溫及加熱器接線位置等均同原電機(jī)。

2 國(guó)產(chǎn)化替代存在問(wèn)題及對(duì)策

2.1 車集礦案例調(diào)研

經(jīng)了解，國(guó)內(nèi)唯一例嘗試提升電機(jī)國(guó)產(chǎn)化替代，并對(duì)備機(jī)進(jìn)行了試車的礦井是河南能源的車集礦。車集礦的主井提升機(jī)于1999年投用，電機(jī)為西門子產(chǎn)品，型號(hào)1DQ5139-6AA06-Z，功率2 500 kW、電壓1 460 V、極數(shù)12、額定頻率5.8 Hz、轉(zhuǎn)速58 r/min。2018年，該礦的備用提升電機(jī)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代，型號(hào)為TDBS 2500-12，轉(zhuǎn)速58 r/min，電壓1 460 V，額定頻率5.8 Hz，勵(lì)磁電壓114 V.2020年國(guó)產(chǎn)化備用電機(jī)試轉(zhuǎn)1 a后，又作為備用機(jī)保存在倉(cāng)儲(chǔ)中心，并定期維護(hù)保養(yǎng)。

車集礦備用電機(jī)在投用的1 a中，除了運(yùn)行噪音較原電機(jī)稍高外，整體運(yùn)行正常平穩(wěn)。然而，在使用過(guò)程中，車集礦也發(fā)現(xiàn)了原機(jī)與備機(jī)的兩項(xiàng)明顯差異：一是備機(jī)過(guò)載提升能力不足。車集礦主井額定提升16 t，因該礦當(dāng)時(shí)裝、卸載站未閉鎖導(dǎo)致二次裝載(此情況屬提升事故)后，一斗裝載了23 t，備機(jī)無(wú)法提升，而過(guò)去原電機(jī)可以正常提升。由此可見(jiàn)，同規(guī)格的西門子電機(jī)提升能力的富裕系數(shù)較大。二是備機(jī)發(fā)熱量較大，溫升高，因此冷卻風(fēng)機(jī)能力增加了1倍。車集礦原西門子電機(jī)冷卻風(fēng)量為7.8 m3/s，而國(guó)產(chǎn)電機(jī)廠電機(jī)設(shè)計(jì)的需風(fēng)量為15.1 m3/s.

2.2 針對(duì)存在問(wèn)題的改進(jìn)方案

1) 溫升：國(guó)產(chǎn)電機(jī)廠對(duì)定子通風(fēng)槽進(jìn)行了改進(jìn)，正在為期3個(gè)月的溫升工業(yè)試驗(yàn)，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定是否用在李村電機(jī)設(shè)計(jì)上；采用更好的定子硅鋼片以減少定子發(fā)熱(由50W540升級(jí)為50W470)；重新核算電機(jī)需風(fēng)量，適當(dāng)增加冷卻風(fēng)機(jī)通風(fēng)能力。

2) 過(guò)載能力：車集礦是定子電流輸出受限或轉(zhuǎn)子材料磁密度不足等原因?qū)е?。?duì)于李村副井電機(jī)，設(shè)計(jì)的額定電壓電流及轉(zhuǎn)子磁密度數(shù)據(jù)符合西門子性能參數(shù)表，可以滿足過(guò)載能力不低于原西門子電機(jī)的要求。

3) 噪音：在電磁結(jié)構(gòu)方案、制造工藝、現(xiàn)場(chǎng)裝配、電控調(diào)試等方面嚴(yán)格管控，以降低啟動(dòng)及運(yùn)行噪音。

3 整體實(shí)施方案

為避免車集礦備用電機(jī)存在的不足，確保李村副井提升電機(jī)制作精良，在定子硅鋼片、定轉(zhuǎn)子電磁線、磁軛等原材料的選擇，電機(jī)定轉(zhuǎn)子加工工藝細(xì)節(jié)上，制定了一整套實(shí)施方案。

3.1 電機(jī)定子選用材料及制造工藝

電機(jī)定子鐵芯采用0.5 mm硅鋼板扇形片疊壓成整體圓柱形，并用軸向拉緊螺桿將鐵芯和機(jī)座壁拉緊固定成一個(gè)整體。定子扇形片材料選用低損耗高導(dǎo)體0.5 mm厚冷軋硅鋼板,型號(hào)為50W470.要求定子扇形片在SCHULER公司進(jìn)口的高速自動(dòng)沖床生產(chǎn)線上完成沖剪制造，沖片毛刺小，再經(jīng)涂漆烘干后，按工號(hào)疊放和保管。鐵芯槽形尺寸、內(nèi)徑等檢查合格,并進(jìn)行鐵耗試驗(yàn),合格后經(jīng)清理并用吹吸機(jī)去除塵土再進(jìn)行噴漆處理。

定子線圈采用F級(jí)云母導(dǎo)線,型號(hào)為3M43-F.要求在瑞士ISOLA公司進(jìn)口的數(shù)控自動(dòng)繞線機(jī)上繞制成梭形。外包保護(hù)帶后在德國(guó)舒曼公司進(jìn)口的自動(dòng)拉型機(jī)上拉制成型,不需再用復(fù)型模敲打成型,可避免匝間絕緣損傷。拉型完成進(jìn)行匝間膠化模壓處理,將松散股線膠化成一個(gè)整體,然后去除保護(hù)帶和引線端頭絕緣。為了避免粉云母帶在包繞時(shí)損傷,特將此工序放在加拿大WENSENT公司進(jìn)口的數(shù)控多功能包帶機(jī)器人上，把粉云母帶按絕緣規(guī)范要求包繞在線圈上,最后包玻璃絲帶。對(duì)地絕緣完成后對(duì)白胚線圈進(jìn)行匝間檢查及對(duì)地耐壓檢查。繞組絕緣采用F級(jí)少膠云母帶。

定子嵌線按設(shè)計(jì)圖紙及槽內(nèi)布排要求將白胚線圈嵌入鐵芯,并用滌綸護(hù)套玻璃絲繩綁緊固定,按設(shè)計(jì)的繞組連接順序,完成繞組接頭連接和裝上出線排。然后清理送檢,再經(jīng)脈沖試驗(yàn)、絕緣電阻測(cè)定、耐電壓試驗(yàn)。檢查通過(guò)后，方可轉(zhuǎn)入VPI絕緣處理工序。

3.2 轉(zhuǎn)子選用材料及制造工藝

電機(jī)轉(zhuǎn)子為凸極式，磁極沖片材料選用1.5 mm厚鋼板,在復(fù)式模上一次沖制成型，并在兩端放置壓板后，通過(guò)拉緊螺桿接成一個(gè)鐵芯體，然后放置阻尼條、阻尼環(huán)等零部件。

勵(lì)磁繞組采用裸扁銅線，通過(guò)瑞士EFD公司中頻焊機(jī)，焊制成同心式線圈，經(jīng)消除應(yīng)力及整型后進(jìn)行裝焊。墊入F級(jí)匝間絕緣，熱壓成磁極線圈，并作匝間短路檢查。磁極鐵芯，按濕熱型絕緣規(guī)范燙包絕緣，套上磁極線圈放入墊圈及二端絕緣塊定位，熱壓成磁極裝配。

碳刷及滑環(huán),電機(jī)采用具有恒壓彈簧的刷握，即能保持碳刷在使用中有恒定的壓力，又能方便更換碳刷。碳刷采用接觸壓降小、摩擦系數(shù)低、許用電流密度大的金屬石墨碳刷(滑環(huán)溫度不高于70 ℃).滑環(huán)材料采用1Cr18Ni9、表面粗糙度達(dá)到Ra1.6.

電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛為鑄鋼件，與主軸采用夾板聯(lián)結(jié)，配合聯(lián)結(jié)尺寸按隨機(jī)圖紙中的聯(lián)接配合尺寸加工。磁軛圓周的磁極拉桿孔加工位置，保證磁極中心和定子中心一致。轉(zhuǎn)子裝極完成，磁極采用高強(qiáng)度的拉緊螺桿固定于磁軛上。磁極線圈接頭焊接經(jīng)后成為磁極繞組。阻尼環(huán)通過(guò)連接片，成為一個(gè)全阻尼繞組用。轉(zhuǎn)子絕緣處理完工后，測(cè)直流電阻，對(duì)地絕緣電阻及耐壓試驗(yàn)。轉(zhuǎn)子表面覆蓋絕緣烘漆，使成為一個(gè)連續(xù)的保護(hù)層。各項(xiàng)指標(biāo)合格后，方可進(jìn)入總裝配。

4 結(jié) 語(yǔ)

大型進(jìn)口同步提升電機(jī)國(guó)產(chǎn)化替代是一個(gè)系統(tǒng)工程，除了緊盯材料選擇、生產(chǎn)工藝外，還有三點(diǎn)需要特別注意：

1) 校核：在設(shè)計(jì)方案確定后，須由原設(shè)計(jì)院重新對(duì)提升系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)及土建基礎(chǔ)進(jìn)行校驗(yàn)。重點(diǎn)關(guān)注轉(zhuǎn)子增重后對(duì)絞車主軸撓度的影響，定子增重對(duì)電機(jī)基礎(chǔ)的影響，與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化對(duì)閘控系統(tǒng)的影響。

2) 安裝：電機(jī)轉(zhuǎn)子與絞車主軸的連接是法蘭連接，必須確保安裝尺寸。第一，測(cè)量必須細(xì)致，孔尺寸必須要核實(shí)好；第二，加工精度必須保證，確保安裝不產(chǎn)生偏差，同心度得到根本保證。

3) 維護(hù)：電刷仍采用原西門子產(chǎn)品，要注意與滑環(huán)額匹配，減少維護(hù)工作量。