浅谈高压隔爆型立式三相异步电动机设计要点

摘要：文章就隔爆型V1立式安装电动机结构进行了分析，主要从电机的法兰端盖设计、轴承选择、防止振动抱轴的措施方面进行了简要的描述。

关键词：隔爆电机 立式电机 设计要点

0 引言

国内立式安装电机市场占有率较小，尤其是V1立式安装的隔爆型电动机（以下简称立式电机）更是稀少，就国内市场来看，立式电机是高技术高附加值产品，某种意义上也是电机制造厂家整体制造水平的体现。而电机振动大、功率等级低等均是目前国内电机生产厂家所共同面对的问题。谁能在目前激烈市场竞争中勇于创新，在技术上率先取得突破，谁就能提高核心竞争力，避免同质化竞争，抢占市场先机，提升品牌价值和企业形象。

1 结构分析

对于常见的B3安装电动机，定转子受力是垂直于转轴中心线的，而电机的支撑点又集中在机座地脚上，故电机轴承不承受来自负载的轴向推力。对于立式安装的电动机定转子受力是平行于轴线，而电机支撑点又集中在轴伸端法兰端盖上，故电机轴承承受来自负载的轴向推力。由于转子重量的存在，故电机轴承还承受一定的轴向力，随着电机容量的增大，电机转子重量也随之增加，电机轴承承受的轴向力也会随之增加。这就要求立式电机轴承的设计必须考虑可以承受来自负载的轴向推力和电机本身转子重量所带来的轴向力，所以法兰盘的设计和轴承选择就成了要考虑的设计要点。同样规格的立式安装电机其重心位置远高于B3安装的电机，且一端轴承固定，故转子极其容易产生转子偏摆。而又由于隔爆型电机轴贯通部分间隙很小，电机在运行过程中由于转子偏摆产生振动和抱轴的几率就会显著提高。所以对于立式电机，怎样减轻转子偏摆来降低抱轴、振动的几率，也是必须要关注的一个要点问题。以下就从怎样进行法兰端盖设计、轴承选用、降低振动和抱轴的几率三个方面进行简单的描述。

2 法兰端盖设计

常见的法兰有两种，一种为整体铸造，一种是钢板焊接而成，前者多用于体积较小的低压电机，后者则多用于体积较大的中小型高压电机。法兰可根据国家推荐标准GB/T4772.1～3的相关规定进行设计，也可以根据现场安装需求和电机的结构参考国标进行设计。以下是根据现场安装需求进行高压电机常用法兰端盖的设计概述：

2.1 结构设计：法兰端盖由3部分组成，分别是电机端盖法兰、支撑筋、负载安装法兰。焊接结构见图1，图中序号1是负载安装法兰，序号2为支撑筋、序号3为电机端盖法兰。为保证受力均匀，在保证不和序号1和序号3上法兰安装孔以及轴承装置进排油装置干涉的情况下，序号2支撑筋应尽量圆周均布分布，且尽可能的靠近序号1上安装孔。

2.2 尺寸设计：图中A尺寸的设计需根据轴承大小进行确定，保证轴承能够正常安装。图中P、M、N、Z、S、T尺寸用户根据现场情况一般会明确出，故法兰设计时需要确定F、G、H、LA尺寸。F尺寸可以根据S的大小，通过安装螺栓和拧入最小深度进行反推得出；LA尺寸根据以往经验、和厂内具体情况选择尽可能大的值；H尺寸应大于G尺寸，保证受力可靠。

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图1

3 轴承选择

立式电机转子一方面受自身重力的作用有向下的重力存在，另一方面受负载的作用有向上的推力存在，轴向负荷大，故轴承设计选用时必须考虑能够同时承受这两个力共同作用的情况。常见的，双列向心推力轴承和四点角接触轴承可以满足此要求。双列向心推力轴承是由单列向心推力轴承背靠背双联而成，内圈和外圈各自成一体的结构，可以承受两个方向的轴向负荷，也可以作为固定端轴承使用。四点接触轴承其内圈一分为二，一个轴承可以承受两个方向的轴向负载，承受负载能力较大，适用于轴向负荷大的负载。

4 降低抱轴和振动的几率

工厂用隔爆型电机，防爆等级为ExdIIBT4时轴贯通最大单边间隙0.2mm，防爆等级为ExdIICT4时轴贯通最大单边间隙0.15mm，相对于普通型电机来说，要求非常严格。而立式安装电机，不管是上端轴承固定还是下端轴承固定，转子都会产生偏摆，极易引起电机振动，继而引起电机抱轴。转子偏摆产生是因为有径向力的作用，所以怎样减少径向力就成了降低振动和抱轴几率的关键所在。通常情况下通过以下几个方面进行考虑：

4.1 优化电磁方案，增大气隙。在不影响电机性能的情况下，优化电磁方案增大电机气隙，减小气隙磁密，使电机转子径向磁拉力减小，进而减小影响转子偏摆，降低电机抱轴的几率。

4.2 控制轴贯通隔爆间隙。优化工艺，整机合成气隙均匀后通过实配轴贯通，不仅可以保证间隙在符合防爆标准间隙要求前提下使间隙尺寸最大化，还能有效保证间隙的均匀度，大大的减少抱轴几率。

4.3 严格控制气隙均匀度，防止偏心。严格控制定子内圆及转子外圆尺寸、圆度要求，通过气隙塞尺专用检查工装严格控制电机气隙均匀度，使转子不偏心径向受力均匀，进而降低电机振动的几率。

4.4 提高转子平衡精度。通过控制转子不平衡量，提高转子平衡精度，减小转子高速旋转时由于不平衡量产生的离心力所激发的振动值，进而降低整机振动的几率。

5 结束语

立式电机在市场上份额较低，目前还处于摸索设计阶段，本文只是简单分析了对于立式电机设计时应考虑的几处影响电机可靠运行的方面，还远远不够，电机主要零部件细节方面还需要进行更深一步的分析对比，只有这样才能设计出结构可靠、性能有保证的合格电机。

参考文献：

[1]GB3836.1-2010，爆炸性环境第1部分：设备通用要求[S].

[2]GB3836.2-2010，爆炸性环境第2部分：由隔爆型“d”保护的设备[S].

[3]GB/T4772.1～3，旋转电机尺寸和输出功率等级[S].

[4]陈世坤.电机设计[M].北京：机械工业出版社，1997.

[5]张键.机械故障诊断技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

作者简介：姚金艳（1984-），女，陕西咸阳人，助理工程师，大学本科，2007年毕业于西北农林科技大学电气工程及其自动化专业，主要从事隔爆型三相异步电动机产品设计工作。