大型电机电枢转子热套轴的工艺研究

大型电机电枢转子热套轴的工艺研究

1电机的制造技术大型电机电桥（旋转）的热覆盖层加工技术必须确保安全安装不会破裂，造成重大经济损失和生产周期的延长。其次，我们必须确保电源（旋转）的损坏或使用寿命和部件不会受到影响。第三，降低工艺成本。故一直是电机制造的关键技术和难点之一,现在的电机无论是外形尺寸还是重量都越造越大,给加工技术、设备和场地带来的挑战也愈来愈大。下面通过5500kW大直流电枢热套轴加工来说明我厂是如何来解决这一难题的。2工艺方案2.1大直流电枢支架同轴配合有三档尺寸,对应的轴径电机制造技术发展至今这种特大型电机轴与支架孔已不再采用键固定的方式来传递力矩,而是采用过盈装配来达到这一目的的。电机是根据传递力矩来计算公盈量的,常用的公差座别u6/H7,5500kW大直流电枢支架同轴配合有三档尺寸,支架孔是:Φ990H7+0.0900+0.09、Φ995H7+0.0900+0.09、Φ1000H7+0.0900+0.09;对应的轴径是:Φ990u6+1.106+1.050+1.050+1.106、Φ995u6+1.106+1.050+1.050+1.106、Φ1000u6+1.106+1.050+1.050+1.106。为了减轻电枢重量,支架孔采用三段式每段之间有195mm间隙。2.2热套温度δ总=δ1+δ2+δ3+δ4+δ5+……δ其他(1)δ1—设计最大过盈量(mm);δ2—套装间隙(mm);δ3—工件加工误差和测量误差(mm);δ4—工件变形量(mm);δ5—安全系数(mm);δ其他—热套速度、三段式支架孔套装困难等因数所需增加间隙量(mm)。加热温度计算:T=[(δ1+δ2+δ综合)/α×10-6D]+t(2)式中:T—支架加热后的温度(℃);δ1—设计最大过盈量(mm);δ2—热套间隙(mm),推荐数值见表1;δ综合—三段式支架孔套装困难、大尺寸、大吨位工件易变形等因素所需增加的热套间隙(mm);D—支架孔小端的名义内径(mm);α×10-6—材料线膨胀系数,推荐数值见表2;t—热套时的环境温度(℃)。2.3配合档轴最大径-配合档支架孔最小半径mm-配合档支架孔最小半径mm的查由公式(2)得电枢支架热套轴所需温差为下列公式(3)。ΔT=T-t(3)=(δ1+δ2+δ综合)/α×10-6Dδ1=配合档轴最大外径(mm)-配合档支架孔最小内径(mm)=1.106-0=1.106mmδ2从表1查得为0.7mm。δ综合取0.1mm。α查表2取11.3(电枢支架和轴材料为碳钢)。D=990mmΔT=(δ1+δ2+δ综合)/α×10-6DΔT=(1.106+0.7+0.1)/11.3×10-6×990ΔT=170.4℃为了确保轴套装支架,支架和轴的温差应为180℃。2.4获得高差法的选择2.4.1加热法轴为室温,将电枢(转子)加热。因电机绝缘等级为F级,加热温度不得超过155℃故此方法不行。2.4.2轴不同温度下材料金相组织和强度的变化电枢(转子)为室温,将转轴冷却。用液氮作冷却介质将轴冷冻(液氮温度为零下196℃),但轴在此温度下材料金相组织和强度发生变化,所以不允许采用。2.4.3电机转轴用干冰冷却模型电枢(转子)加热,轴冷却。把电枢(转子)加热到155℃;将轴冷冻。干冰温度为零下79℃,我厂工艺部门在1987年结合25号机座,功率5750kW大直流试制任务做过一项模拟试验,在环境温度9℃时,模拟试验轴用干冰冷却温度达到平衡时最低温度为零下30℃。在产品试制实际操作中每台电机转轴用掉4t干冰、350kg乙醇,并且花费大量人力、物力,生产周期也长。冷热套装后支架孔同轴配合处还要做消除应力处理。2.4.4局部加热加热电枢(转子)在绝缘能承受温度范围内整体加热,支架孔内局部加热。这一加热法关键要有一个合理的温控加热装置,并且在电枢线圈、换向器表面等有测温元件监控,使电枢支架温度加热到热套温度,而电枢线圈、换向器表面等温度控制在155℃以下。2.5特殊工艺手段装复电枢(转子)套装轴工艺方案确定原则是:在现有厂房设备条件和确保工件绝缘、零部件不损伤和安全、经济前提下,通过采取特殊工艺手段来保证套装轴顺利进行。2.6电枢不带轴总重量控制该电机是昆明钢厂直流轧钢电机备机,是我厂制造的最大直流电机之一,转速40～80r/min,电枢直径3150mm,铁心长1700mm,电枢带轴重84t,转轴重34t,长7700mm。绕组采用双层分布叠绕组并带有均压线,F级绝缘。电枢铁心下线等加工后须整浸6895无溶剂漆一次,然后喷8037表面漆。但我厂无溶剂整浸工段,行车最大起吊能力为50t,且电枢带轴长度超过5m进不了浸漆罐。为此从设计开始将电枢不带轴总重量控制在50t,并决定采用不带轴整浸的加工工艺。电枢套装轴采取电枢整体加热到绝缘规定耐热范围内即F级155℃,支架内孔再用加热器加热然后热套轴的工艺方案。套装轴地点选在厂房高度高、行车吨位大、场地作业面积大的汽发试车站。3电枢装吊轴3.1准备工作会签图纸,排出操作工艺流程,设计开发合理、安全、使用便捷工装是确保热套轴成功的关键。如支架孔内加热装置的设计、电枢加热后快速吊运、就位所需的座垫、吊攀等设计必须环环相扣构思严密。任何一个环节疏忽都可能造成套装轴失败或操作者人身安全受到威胁。电枢铁心压装后,装工具轴,工具轴带铁心翻身,非换向器端向上放于竖井上,套装均压线后掉头翻身换向器端向上放于竖井上,套装换向器,电枢铁心搁平后下电枢线圈等,打箍和经各项检验后拆工具轴,电枢装吊电枢工具,下垫运输座垫送无溶剂整浸工段VPI无溶剂浸漆。由于行车吨位、起吊高度等限制,电枢热套轴放在汽发试车站进行。座垫放于试验坑上,电枢坐于座垫上(换向器向上)。拆吊电枢工具,支架两端面硅脂清洗,回螺孔(二面),内圆筒体清洗后涂二硫化钼油脂。3.2电枢装工具轴见图(1)。工具轴同连接板1组装后,装吊轴工具,工具轴竖放于试验坑内(连接板1下垫小垫块将轴竖起),周围围好方箱子。方箱子上放垫块后,电枢吊放就位,注意工具轴吊轴工具不能碰电枢的吊电枢工具。3.3拆吊电枢工具,将工具轴吊起,见图(2)。3.4工具轴连接板1同电枢支架组装后螺栓紧固见图3。3.5装工具轴换向器端连接板2,紧固连接板同支架连接螺栓见图4。3.6工具轴装吊轴工具后将工具轴连同电枢吊起见图5。3.7电枢翻身搁平放置见图6。3.8将吊轴工具装于工具轴非换向器端,电枢继续翻身,使换向器端向下并拆连接板2见图7。3.9将电枢座垫放置于试验坑上,吊入电枢见图83.10拆工具轴连接板1,吊走工具轴,装吊攀(该吊攀特殊设计,可在热套轴后再拆)见图9。3.11装加热器见图10将座垫(该座垫做二只,一只放置于烘房平板车上,另一只放置于试验坑上,便于快速热套)放置于烘房平板车上,吊入电枢后接测温元件,换向器表面、铁心表面放100Ψ测温元件。支架上、下端面分别接电偶、加热器中放一电偶,然后外接测温仪表要求:换向器表面、铁心表面温度控制在(155±5)℃。支架上、下端面温度控制在200℃左右(热套所需温差加上环境温度);加热器中温度控制在450℃以内。由于烘房温度最高只能到达125℃,所以电枢升温、预热10h用烘房蒸汽和电热丝加热,后10h将54kW电加热器合上电源同烘房蒸汽和电热丝共同加热。外接测温元件和电偶进行监控,某一点的监控温度超过设定值可将加热器进行切换。因电枢支架筒为三段式,直径分别为Υ900、Υ995、Υ1000,且为了减轻重量支架筒重量,支架筒内有二段195mm断档给加热器加热带来不利影响,经对加热器采取特殊设计很好地解决了这一问题。电枢经20h加热,换向器、铁心表面温度控制在160℃以下;支架上、下端面温度控制在200～220℃,电枢出烘房后迅速拆除测温元件和电偶,吊走加热器,用事先校好量棒在支架二端内圆通过(量棒校的尺寸为支架孔名义尺寸加上1.906mm),将电枢吊到试验坑座垫上,在一旁待命的吊轴立即套入电枢,待电枢和轴冷至室温后电枢翻身、搁平,拆吊攀(做成二哈夫结构便于套装轴后拆装),套装结束。4东深工程电机电枢转子热套轴工艺5500kW大直流电枢热套轴通过上述工艺措施成功地解决了电枢在嵌线、无溶剂整浸后热套轴的工艺难题,此方法还先后用于25Z5312、1E555.2785500kW大直流轧钢电机电枢;24Z5378、1E555.3572600kW大直流轧钢电机电枢;东深工程水泵电机转子22T41405、1E276.076、3400kW48P等电枢和转子的热套轴工艺。解决了我厂受VPI无溶剂整浸设备和场地条件限制以及产品加工后热套轴工艺要求既确保支架内孔加热到