大容量增安型同步电动机磁极安装方法及其配套装置

摘要

本发明公开了一种大容量增安型同步电动机磁极安装方法及其配套装置，安装方法为“热装磁极，冷打斜键”，采用磁极预热，在热态下进行组装，并双向同时振动冲击打紧冷态斜键，利用预热，使磁极的T尾结构的脖子处具有一定涨量，从而实现轻便快捷地将冷态斜键打入、打紧，避免斜键变形，实现高效率，在T尾冷缩后，有效使斜键与斜键、斜键与磁极、斜键与转子支架及转子支架与磁极之间相互形成稳定可靠的面接触并过盈配合，从而形成一个稳定可靠的刚性整体，避免电机在运行过程中出现斜键滑动和磁极松动现象，保障电机长期安全、可靠及稳定运行。配套装置结构简单、操作简便，极大地降低了工人劳动强度，提高了磁极装配效率和装配质量，稳定可靠。

说明书

技术领域

本发明属于大容量增安型同步电动机制造技术领域，具体涉及一种该类型 电机的磁极安装方法及其配套装置。

背景技术

增安型同步电机是集防爆技术、电力电子技术、自动控制技术、电机技术 为一体的新型高新技术产品，广泛用于石油、化工、化肥、制冷等行业中具有 爆炸性危险气体的场所，该类电机转子结构复杂，且工艺性能要求严格。通常 对于转子圆周速度低于40m/S的中小容量增安型同步电机，其磁极用螺栓固定 在转子支架上；而对于大容量增安型同步电机来说，由于转子圆周速度高，磁 极重量大、应力高，磁轭应力低等特点，采用螺栓固定磁极，已无法满足实际 需要，极容易出现螺栓断裂情况，存在极大的安全隐患，因此，对于大容量增 安型同步电机，其转子上的磁极须采用T尾连接结构固定在转子支架上，通过 在转子支架上开设T形槽，并在T形槽内于磁极的T尾连接结构两侧设置两组 对打双斜键，通过两组对打双斜键将磁极与转子支架挤紧来实现磁极与转子支 架的可靠连接。

在实际生产过程中，我们传统的磁极装配采用冷装磁极、冷打斜键的方法， 但由于受空间安装位置限制，双斜键为细长薄型楔形结构，刚性较弱，采用冷 打工艺很容易使斜键产生弓形和扭转弯曲变形，造成接触面积小，接触刚度达 不到要求，装配内应力增高，影响电机运行的可靠性；同时，成组斜键安装后 双斜键之间及斜键与转子支架定位面之间往往是点接触或小间隙配合，而且磁 极重量很大，并且回转半径也大，导致磁极离心力达50吨以上，造成电机在实 际运行过程由于反复受到冲击负荷作用，极容易使斜键产生滑动，即发生“滚 键”和“啃键”现象，时间久了便会使斜键研伤，引起磁极松动，最终造成电 机振动大，被迫停机检修，甚至严重的可能造成电机损毁等安全事故，给电机 的安全稳定运行和企业的生产带来了极大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种工艺简单、操作简便， 装配效率高且装配质量好的大容量增安型同步电动机磁极安装方法，该方法可 有效使斜键与斜键、以及斜键与磁极和转子支架之间相互形成稳定可靠的面接 触并过盈配合，从而形成一个稳定可靠的钢性整体，避免斜键滑动和磁极松动， 保障电机的长期安全、稳定、可靠运行。

本发明的同时提供一种适用于上述安装方法的配套装置，结构简单、操作 简便，极大地降低了工人劳动强度、提高了磁极装配效率和装配质量。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：大容量增安型同步电动机磁极 安装方法，包括以下步骤：

a)磁极预热，在确保不损伤磁极线圈绝缘的情况下对磁极进行预热；

b)预热后的磁极在热态下将其T尾结构嵌入转子支架的T形槽内，并双 向同时反复振动冲击打紧冷态斜键。

进一步，作为优选方案：

所述步骤a)中，磁极的预热温度为140-150℃。

所述步骤b)中，打紧冷态斜键后，在磁极冷却的过程中，再进行双向同时 反复振动冲击打紧斜键。

一种适用于上述大容量增安型同步电动机磁极安装方法的配套装置，包括 转子支撑装置、分度装置和磁极输送装置，所述转子支撑装置包括支撑架和对 称设置在支撑架上的滚轮，所述分度装置包括设置在转子轴上具有等分槽的分 度盘，磁极输送装置包括导轨、设置在导轨上的移动小车和设置在移动小车上 的磁极支座。

所述配套装置还包括设置在磁极T尾结构端部的导向块。

所述导向块通过U型卡卡接在T尾结构的脖子处。

所述分度装置还包括有支撑座，所述分度盘通过支撑杆与设置在所述支撑 座上的升降机构连接。

所述升降机构为千斤顶或伸缩液压缸。

所述等分槽与转子支架的T形槽一一对应。

所述磁极支座与所述移动小车间设置有同步起升机构。

所述同步起升机构包括布设在所述磁极支座与所述移动小车间的多个同步 导柱导套和至少两个设置在所述磁极支座与所述移动小车之间的同步升降机构。

所述同步升降机构包括设置有位移检测装置的同步液压千斤顶和与之配套 的油站和智能控制系统。

本发明的有益效果是：

1)本发明的安装方法为“热装磁极，冷打斜键”，采用磁极预热，在热态 下进行组装，并双向同时振动冲击打紧冷态斜键，利用预热，使磁极的T尾结 构的脖子处具有一定涨量，从而实现轻便快捷地将冷态斜键打入、打紧，避免 斜键变形，实现高效率，在T尾冷缩后，有效使斜键与斜键、斜键与磁极、斜 键与转子支架以及转子支架与磁极之间相互形成稳定可靠的面接触并过盈配合， 从而形成一个稳定可靠的刚性整体，避免电机在运行过程中出现斜键滑动和磁 极松动现象，保障电机长期安全、可靠、稳定运行。

2)优选地，通过采用合适的预热温度，可有效地保障磁极线圈的安全，避 免对磁极造成损伤，并且预热，可有效去除磁极线圈内的潮气，提高了线圈的 绝缘强度；在磁极冷却过程中，又继续反复冲击打紧斜键，可有效避免在磁极 冷却过程中受应力作用，将斜键挤出，造成松动，从而进一步有效保障磁极安 装的稳定可靠性，提高安装质量。

3)本发明的配套装置，通过转子支撑装置对转子和转子支架进行稳定可靠 的支撑限位，并通过分度盘实现转子的旋转分度，精确控制，使转子支架上待 安装磁极的T形槽处于正下方，磁极输送装置通过导轨和移动小车实现磁极的 水平导向位移，将磁极的T尾结构准确地嵌入T形槽内，操作简便、省时省力、 效率高。

4)进一步通过在磁极的T尾结构端部设置导向块，导向块可采用子弹头结 构，在向转子支架的T形槽内嵌入在磁极的T尾结构时，形成有效的引导作用， 一方面有效提高磁极的嵌入效率，另一方面更重要的是可以有效保障磁极端部 及转子支架不受损伤。

5)通过在磁极支座与移动小车之间设置同步起升机构，并利用同步导柱导 套对磁极支座进行稳定地平衡支撑和限位，从而保障磁极在上升过程中及水平 推进过程中，位置稳定，不会发生偏移，实现快速准确安装。

6)本发明的装置，结构简单，操作简便，稳定可靠，值得广泛推广应用。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为磁极与斜键的装配结构示意图；

图2为图1的侧视结构示意图；

图3为本发明中配套装置使用状态结构示意图；

图4为本发明中部分配套装置的侧面布局结构示意图；

图5为本发明中磁极输送装置的结构示意图；

图6为图5的俯视结构示意图(导轨未示)；

图7为本发明中磁极T尾结构受力分析结构示意图；

图8本发明所述中磁极预热前T尾结构示意图；

图9本发明所述中磁极预热后T尾结构示意图。

具体实施方式

如图1-2所示：大容量增安型同步电机的磁极1具有T尾结构3，通过将T 尾结构3嵌入转子支架5的T形槽4，并在T形槽4内，于T尾结构3的脖子处 两侧设置两组对打双斜键2，通过斜键2和T尾结构3将磁极1与转子支架5牢 固可靠地连接。

本发明的大容量增安型同步电动机磁极安装方法，包括以下步骤：

a)磁极预热，在确保不损伤磁极线圈绝缘的情况下对磁极1进行预热， 使磁极1的T尾结构3具有一定的涨量△L(如图8、图9所示)，并 有效去除磁极线圈6内的潮气，提高磁极线圈6的绝缘强度；

b)预热后的磁极1在热态下将其T尾结构3嵌入转子支架5的T形槽内 4，并利用空气锤双向同时反复振动冲击打紧冷态斜键2。

进一步作为优选方案：

所述步骤a)中，磁极1的预热温度为140-150℃；

所述步骤b)中，打紧冷态斜键2后，在磁极1冷却的过程中，再多次进行

双向同时反复振动冲击打紧斜键2。

如图3-6所示：一种适用于上述安装方法的配套装置，包括转子支撑装置、 分度装置和磁极输送装置，所述转子支撑装置为两组，分别位于转子支架5的 两侧，并且均具有一个龙门结构的支撑架12，支撑架12上通过滚轮支座11设 置有两个滚轮15，滚轮15外套设有铜套保护转子轴17不受损伤，转子轴17两 端定位台置于两个滚轮15间；所述分度装置包括设置在转子轴17轴端法兰盘 上具有等分槽13的分度盘7，等分槽13与转子支架5的T形槽4一一对应，分 度盘7通过两个水平支撑杆8分别与两个顶部均设置有升降机构9的支撑座10 连接，该升降机构9为千斤顶或伸缩液压缸，支撑杆8一端通过配合螺栓把紧 固定在等分槽13内，另一端与升降机构9的自由端连接，在实施过程中，通过 调节升降机构9的升降，可通过支撑杆8带动转子轴17及转子支架5旋转，可 微调转子支架5的旋转角度，确保转子支架5上T形槽4与磁极1的T尾结构3 位置对应。

所述磁极输送装置16包括导轨22、设置在导轨22上的移动小车21和设置 在移动小车21上的磁极支座18，磁极支座18与所述移动小车21间设置有同步 起升机构，该同步起升机构包括布设在磁极支座18与移动小车21间的四个同 步导柱导套20和两个设置在磁极支座18与移动小车21之间的同步升降机构19， 所述同步升降机构19包括设置在磁极支座18与移动小车21之间且具有位移检 测装置的同步液压千斤顶、以及相配套的油站和智能控制系统。导柱导套20还 可以根据磁极重量的大小采用6个或更多起到平衡稳定作用，同步升降机构19 还可以采用三个或四个或更多个同步液压千斤顶并共用一套油站和智能控制系 统。

进一步地，所述配套装置还包括设置在磁极1上T尾结构3端部的导向块 23，其前端为子弹头结构，其后部设置有U型卡，通过U型卡卡接在T尾结构3 的脖子处，在将T尾结构3嵌入转子支架5的T形槽4内时，有效形成过渡引 导作用，并在嵌入后方便取下。

采用该配套装置实施上述安装方法的具体过程，首先，将转子轴17与转子 支架5支撑在滚轮15上，并将分度盘7与转子轴17上的法兰盘连接在一起， 通过法兰盘上的止口保障其同步旋转；然后将导向块23安装于T尾结构3的脖 子处并对磁极1进行预热，预热完成后，将磁极1转运至磁极输送装置16上的 磁极支座18，通过同步起升机构将磁极1连同磁极支座18共同举升，使磁极1 的T尾结构3与转子支架5的T形槽4位置对应；进而向转子支架5方向推动 移动小车21，在导向块23的作用下，磁极1的T尾结构3嵌入转子支架5的T 形槽4内，然后在T尾结构3的脖子处两侧分别从两端同时插入双斜键2，利用 空气锤双向同时反复击打双斜键2的大端，依靠振动激振力将双斜键2牢固打 紧；在磁极1冷却的过程中，再多次进行双向同时反复振动冲击打紧斜键2，直 至磁极1冷却至室温。然后进行下一磁极安装，依次循环，直至装配完成。

磁极1应力计算(以TAW5100-20P、60HZ同步机为例)

每mm磁极重量＝0.0617kg/mm

磁极1旋转半径＝1.245m；同步转速＝360转/分钟

磁极1单位毫米离心力：

F＝mr(2π×360/60)²＝0.0617×1.245×(2π×360/60)²＝109.2N

则T尾结构脖子处名义应力＝109.2/38＝2.9MPa

T尾结构3脖子处热收缩形成的预紧力计算如下：

预热后磁极1温升不低于80℃，T尾结构3脖子处的热伸长量△L

△L＝12.6×10^-6×58×80＝0.059mm

磁极1单位长度刚度Ks

K_S＝2×16×20×10⁴/(58-29)＝220690N/mm

转子支架上受力区域14的单位长度刚度K_H

K_H＝(160-38)×20×10⁴/29＝841379N/mm

接合处综合刚度K_J(串联)

K_J(串联)＝220690×841379/(220690+841379)＝174832N/mm

T尾结构3刚度K_T

K_T＝38×20×10⁴/58＝131034N/mm

T尾结构3脖子处由于80℃温升造成的热伸长量

＝12×10^-6×58×80

＝0.056mm

假定双斜键2是在80℃刚好打紧。当磁极1冷却后，T尾结构3的收缩与 连接处和T尾结构3脖子的相对刚度成比例，则

T尾结构3脖子处的收缩量

＝(0.056/58)×K_J/(K_J+K_T)

＝0.0006

冷态时候脖子处的静态拉伸应力

＝0.0006×20×10⁴

＝120MPa

磁极1长度上单位mm接口处的预紧力＝120×38＝4560N

结论：预紧力4560N远比离心力109.2N大，说明安全可靠。

T尾结构3部分疲劳负载计算如下：

假定施加于T尾结构3上的往复应力等于名义转矩

＝5×10⁶/(2×π×360/60)

＝132629Nm

假定磁极1长度500mm，每mm长度方向上侧面受力

＝132629/(20×1.245×500)

＝10.6N

假定磁极1在边沿的撬力作用为1：1，则T尾负载为10.6N。

磁极1T尾结构3+双斜键2的总刚度为

＝174832+131034

＝305866N/mm

磁极1T尾结构3脖子处的疲劳应力

＝10.6/(305866×58)

＝6×10^-7

施加到磁极1T尾结构3脖子处的应力

＝6×10^-7×20×10⁴

＝0.12MPa

由以上计算结果可以看出，运用本发明所述的磁极1安装方法，磁极1计 算结果应力值很小，远小于材料的屈服应力(35MPa)，说明磁极1与转子支架 连接可靠，有较大的安全裕度，能够保证安装质量，实现电机长期安全可靠运 行。

本发明的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详 尽描述的技术内容均为公知技术。