脉动负载下同步电动机的强度分析与结构优化

摘要

同步电动机广泛应用于石油化工等行业,随着石油化工行业规模的扩大,机组容量在不断增加,与之配套的电机容量也随之提高,轴系也变得相对细长,这使主轴因受扭振的影响而损害的危险性大大增加。轴系的扭振会缩短转轴的使用寿命,严重的会造成轴系损坏。此外,国内同步电动机的结构笨重,因此,利用现代设计方法节省材料,提高设计效率,减少企业制造成本,是企业发展的必然。主要研究成果与结论如下:
　　 1、对底座、底座及定子整体建立了有限元模型:在静载荷、起吊工况、正常运转工况和短路工况下对其进行了强度和变形分析。从分析结果看,起吊工况下,底座的应力和变形最大,但均在许用范围内,所以底座的设计参数应以起吊工况设计。
　　 2、对定子机架建立了有限元模型;分析其在稳定运转工况、起吊工况、起吊时倾斜45°、短路工况、受单边磁拉力作用工况下的强度和变形。分析结果表明,单边磁拉力对机架的强度和变形影响很小,短路工况时,机架的变形稍大,而对强度影响不大。
　　 3、在分析底座和定子机架强度和变形的基础上,对底座、定子机架进行了优化设计,从优化结果看,底座可减少现有重量的18％,定子机架可减少重量,但在短路工况下,变形稍大,所以应加强两端板的刚度,在此基础上,也可减轻重量。
　　 4、基于同步电动机轴系建立了扭振模型,针对南阳防爆集团股份有限公司TAW2800同步电动机,采用有限元及传递矩阵法计算了其固有特性,建立了扭振响应计算模型,并计算与压缩机相连接的转轴上节点的响应。表明与压缩机连接的转轴处受到的扭应力最大,是影响轴系寿命的关键部位。
　　 5、基于Manson-coffin公式针对TAW2800同步电动机在启动、稳定运转、停止组合工况,计算轴系扭振疲劳寿命损耗,得到了寿命损耗结果。表明该同步电动机具有无限寿命。