核电厂用高压电机温升优化方法分析.pdf

核电厂用高压电机温升优化方法分析向恒仲崇健(生态环境部核与辐射安全中心北京 佳木斯电机股份有限公司黑龙江佳木斯)摘 要 以一台实际运行的核电厂用电机为例在对其温升优化过程中发现对于方箱空空冷、空水冷电机内风扇设计时不但要考虑整体风量还要充分考虑风量的分配使进风量在绕组端部风路和定、转子铁心风路分配更合理 转子冲片进风口设计时要充分考虑进风风量此进风口影响电机定转子铁心散热 关键词 温升通风热负荷:./.中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.).引言全球能全十分缺乏为了响应节能、环保、减排世界各国在大力加速发展核电能源中国也将大力发展清洁能源其中核电是全国今后能源结构调整的主攻方向投资规模将大大超过常规电厂 水泵是核电厂主要转动机械之一 故其配套的电动机的可靠性和稳定性就显得尤为重要温升做为电动机非常重要的性能指标是电动机可以长期稳定运行的根本同时也是核电厂用电机超高使用寿命的重要依据 参数统计某核电厂现场测定电机定子温度统计见表表 电机运行参数统计电流()绕组最高温度()最大温升().该核电厂用高压电机额定电压为 极数为 极冷却方式为空水冷电机绕组热分级为 级(级绝缘)温升按 级考核按照国标/旋转电机 定额和性能要求温升限值为(由于电机在现场无法采用平均电阻法故只能采用埋置检温计法测量电机温升)电机定子绕组最高温度 最大温升.已有 台超过标准要求 电机长期在温升限值下运行绕组绝缘老化将加剧寿命将大大缩短且存在绕组绝缘故障的隐患 优化思路.一般高压电机温升高的处理方法有以下三种降低电机热负荷及损耗增加电机的散热能力改善电机风路.优化过程.改善电机散热能力拆检电机发现转子铁心中间部位表明存在明显过热迹象两侧端部呈现的过热颜色较浅中间过热颜色较深具体见图 图 转子表面因过热导致颜色变深该电机为典型的径向通风结构电机由内风扇及转子的转动将定、转子产生的热量带到冷却器进行热交换电机风路见图 两侧为对称结构电机温度热成像见图 故制定初步优化方案为更换转子将内风扇改为轴流风扇通过改为轴流风扇增加转子铁心进风量同时更换冷却器增大换热量电机更换内风扇和冷却器后进行验证电机温升并未显著降低 经过计算分析虽然通过更换内风扇型式增大了转子铁心的进风量但由于进风口面积并未增大所以无法达到增加铁心部分的冷却效果同时更改轴流风扇增加了风扇侧电机内腔的负压导致轴瓦内部的油进入电机内部?20050图 电机风路图图 电机温度分布热成像图根据计算电机冷却器的换热量足以满足电机的换热要求所以更换冷却器并未能起到降低电机温升的效果.降低热负荷及损耗由拆检结果可以看出电机转子热量较高故优化从转子入手更换铜条转子由于铜导电性比铝高铜条转子损耗低转子发热量小有效降低转子温度 同时铜条转子的通风道相对于铸铝转子更加整齐保证了转子通风道的通风面积优化前后参数对比性能参数对比见表 电磁参数对比见表 表 铸铝转子与铜条转子主要性能参数对比参数()标准值.设计值(铸铝转子).设计值(铜条转子).表 铸铝转子与铜条转子电磁负荷及热负荷对比参数电密(/)磁密()定子转子端环定子齿部定子轭部转子齿部转子轭部热负荷(/)铸铝转子.铜条转子.转子铝耗对比铸铝转子:.铜条 转 子:.更改铜条转子铝耗降低.更换为铜条转子后进行了温升试验试验结果件表 表 温升试验结果项目试验结果风温(冷却器风温表)空载温升(均值).负载温升(均值).折算到 负载温升(均值)最大点温升.平均值降低.最大点温升降低.改善风路()增大转子冲片进风口面积优化前后轴向通风孔对比见图 R8.5R6.51833()?a374635()?b图 通风孔形状对比转子进风口通风面积见表 表 转子轴向通风孔面积对比通风位置护环处通风口转子冲片出通风口铸铝转子铜条转子 ()调整风量分配将电机冷却器拆下电机运行后测试电机两个风路出风口风量见图 风量数据见表、表()?a()?b图 测试出风口风量表 铁心部分出风口风量(/)风道铸铝铜条.表 端部出风口风量(/)驱动端非驱动端通风孔铸铝.铜条.更改铜条转子后通过试验结果分析得出以下结论:()铁心内部风量明显增大()铁心两侧风量增大较多()绕组端部冷却风量明显增大()两个风路风量不均衡绕组端部走风量较大越靠近铁心中间处风量越小结合拆检结果越靠近转子铁心中部过热的现象越明显 由此得出结论:风量分布不均衡导致铁心部分散热不一致越靠近中心位置散热效果越差温度越高 因此给出进一步优化方案:将电机内风扇叶片高度由 改为减小端部绕组风量的动力来源减小端部绕组风道与转子风道的抢风现象使更多的冷风进入转子内部见图?图 内风扇扇叶高度更改内风扇缩小后风速测试结果见表 和表 表 铁心部分出风口风量(/)风道铸铝铜条风扇.表 端部出风口风量(/)驱动端非驱动端通风孔铸铝.铜条.风扇.内风扇缩小后测试结果分析:铁心内部两端风量降低中间部分风量略有增加()绕组端部风量降低()两个风路风量分配更合理 试验验证优化完成后对电机进行了温升试验试验结果见表 和表 表 温升试验结果项目试验结果风温(冷却器风温表)空载温升(均值).负载温升(均值).折算到 负载温升(均值)最大点温升.表 不同优化方案的温升对比项目铸铝转子铜条转子内风扇缩小负载温升.最大点温升.更换成铜条转子(缩小内风扇)后较更换前的电机温升(均值)下降约.最大点温升下降.优化后其它性能验证根据核电厂规范书的要求“电机应能在额定电压下直接启动在不低于 额定电压时能平稳启动启动时间不大于”图 为电机与泵的转矩转速曲线 从图中可以看出在整个启动过程中(包括 额定电压)电机的转矩始终大于泵的转矩满足机组顺利启动要求ABCABC图 电机与泵的转矩转速曲线(下转 页)装机由底座、可移动定子定位平台、转子固定导向轴、转子可移动导向轴等组成 定、转子合装前先将电机两端端盖分别置于合装机转子导向轴内侧将电机定子固定于可移动定子定位平台上并先移动到合装机一侧然后将转子通过两导向轴顶紧装置固定控制设备将移动定子待定、转子铁心轴向对正后完成两端轴承及端盖装配图 大型永磁电机合装设备由于大型永磁电机合装设备成本较高对于小批量生产的大型永磁电机也可采用立式合装(电机轴线与地面垂直)的工艺方案利用重力完成装配采用立式装配时制造定、转子合装工装即可装配前需先将电机定、转子翻身即电机定、转子轴线与地面呈垂直的状态 永磁电机定、转子合装工装一般由定子定位台架、转子导向装置构成工装设计、制造时定子定位台架和转子导向装置的同心度要严格控制同时要注意工装的整体强度要强以克服定、转子合装时各部件装配偏差引起的偏心磁拉力 定、转子合装时先将定子一端用螺栓固定在定子定位台架上在定子圆周贴近内壁均布隔磁防护条防止垂直插转子过程中定、转子相吸隔磁防护条的厚度要小于电机气隙然后在转子上安装导向轴(或导向套)用转子吊具起吊转子并缓缓降落转子通过转子导向装置与导向轴(或导向套)径向定位完成插转子然后安装上部端盖及轴承装配 结语大型永磁电机因结构特殊其制造工艺有一定的独特性本文对大型永磁电机关键零部件的加工制造和整机合成装配进行了详细的分析并在实际生产中进行了验证对类似结构大型永磁电机的生产制造有很好的参考作用参考文献/.机械振动 恒态(刚性)转子平衡品质要求 第一部分:规范与平衡允差的检验(:).李威扬黄鹏程孟曙光.永磁同步电机转子磁钢拓扑结构与运行工况匹配性分析.防爆电机.李宏宇.高压永磁电机生产工艺优化.防爆电机.作者简介:李晓民 男 年生毕业于东北林业大学工业工程专业现从事永磁电机的研发和制造工作.收稿日期:(上接 页)由于转子导条有铸铝改为铜条转子重量有所增加故需对临界转速和和扰度进行校验 临界转速()/.挠度/.轴采用锻钢 根据用户要求需进行超声波无损探伤检验检验应符合/.核电厂核岛机械设备无损检测第 部分:超声检测 结语电磁设计时要充分考虑结构变化对性能影响不能只关注计算得出的电磁性能 对于方箱空空冷、空水冷电机内风扇设计时要充分考虑风量的分配使进风量在绕组端部风路和定转子铁心风路分配更合理通过对该电机温升高问题的处理收集了大量的数据、积累了解决问题的经验为后续同类型电机温升高问题解决提供了借鉴也为后续新产品设计开发提供了支撑参考文献 旋转电机.定额和性能.上海电器科学研究所.中小型电机设计手册.北京:机械工业出版社.赵喜龙.基于 分析高压电机铁心分段对电机温升的影响.防爆电机.作者简介:向恒男 年生毕业于华北电力大学(北京)电气工程及其自动化专业现从事电气设备鉴定相关工作.收稿日期: