研究与交流 采煤机用电动机冷却水路的探讨 景 刚 西门子大型特种电机（山西）有限公司（０４６０００） Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒｗａｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏａｌ－ｗｉｎｎｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｍｏｔｏｒ ＪＩＮＧ Ｇａｎｇ Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｅｓ（ｓｈａｎｘｉ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 摘要：以试制的ＹＢＣ￥７００电动机冷却水路的改进 机座的水道分为周向水路（螺旋水路）和轴 向水路（折返式水路）两种。周向水路是指隔板 沿着电机机壳圆周呈螺旋状分布形成水路，冷却 水沿着机壳的圆周方向呈螺旋前进的方向流动 （如图１）。轴向水路是指隔板沿着电机的轴向方 向平行分布形成的水路，冷却水流入水路后沿电 机的轴向流动（如图２）。 过程为例，介绍了采煤机用电动机在功率加大和功率密 度增加时冷却水路设计的一些经验。 关键词：采煤机电动机冷却水路功率密度 —．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．中图分类号：ＴＭ３０３ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ编码：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎｌ００６－２８０７．２０１４．０４．０１０ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｔｅｒｗａｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｏｆ ＹＢＣＳ７００ ｍｏｔｏｒ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ，ｓｏｍｅ ｅｘｐｅ— ｒｉｅｎｃｅ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｔｅｒｗａｙ ｗｈｅｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏａｌ・－ｗｉｎｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｍｏｔｏｒ ｐｏｗｅｒ ｇｒａｄｅ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉ－－ ｔｙ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ－－ｗｉｎｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｍｏｔｏｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａ－－ ｔｅｒｗａｙ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ 随着煤矿开采效率的提高和“一次采全”工 艺的应用，在采煤机对电动机功率需求不断增大 的同时，对电机体积又提出了。因此，加大 功率和功率密度成为采煤机用防爆型电动机的 图１ 周向水路示意图 发展趋势。随着采煤机电动机容量的不断提升， 电动机运行时产生的单位体积损耗增加，引起电 动机温度升高，因此，控制电机温升、解决好电 机的发热和对它的冷却成为采煤电动机技术发 展中的主要问题之一。本文针对该类电动机的结 图２轴向水路展开图 构特点和性能要求，结合新近研发的ＹＢＣ￥７００． ４ ３ ３００ Ｖ采煤机电机冷却水路的一些经验，对 周向水路的水道呈螺旋状环绕电动机外壳， 结构通畅，流道截面积比较均衡，水流滞阻力 小，冷却效果好。缺点是水道首尾不在电动机的 同一端，必须通过外接水管把进水口与出水口调 整到同一端位置，以方便外接水源安装。水流从 《电ｊｊｌ技术》２０１４年第４期．３３・ 电机冷却水路的结构作一介绍。 １ 常见的水路 研究与交流 电机一端流向另一端，温度逐渐升高，会在电机 两端产生温度梯度，结构复杂，制造工艺相对较 难。 轴向水路的水道沿电动机外壳轴线方向平 行排列，水流从机壳尾部进入，沿水道到达机壳 另一端拐弯折回，往复多次覆盖机壳外表面后， 又从机壳尾部流出，结构简单、制造成本低，但 折弯多，水流方向变化大，水流滞阻力较大。为 克服这个缺点，应适当提高进水压力。采用折返 式水道的壳体，其进水口、出水口都可布置在水 套尾部端环上，与水源连接方便。 ２ ＹＢＣＳ７ＯＯ电动机水路 在一般采煤机电机水套设计中，大多采用 １０ ｍｍ左右的隔板，与机筒、端环组焊形成内水 套，内水套外径经加工后与外水套过盈配合装配 后形成冷却水路。这种方法结构简单，制造成本 低，在功率较小的采煤机电机中被广泛采用，但 存在串水现象，电机外壳冷热不均。如果外水套 壁厚较薄，在打水压过程中还容易鼓包，并且整 体刚性差。 为了验证各种水道结构的冷却效果，最先 从常用的结构开始做试验。考虑到电机的实际安 装和工作环境及电机制造工艺的难易程度和经 济成本，ＹＢＣ￥７００—４ ３ ３００ Ｖ电机采用轴向冷却 水路方案。试验过程中，运行刚半小时，温度就 升到ｌ３５℃，并且还继续上升，被迫停机，冷却明 显不足，机座外表面冷热不均。解剖后发现，水 道问串水严重，并有微量变形，结构不能满足要 求。 ＹＢＣＳ７００—４ ３ ３００ Ｖ电动机是一种高功率密 度电动机（该系列电机中世界先进水平是２ ０００ ｋＷ／ｍ ，此电机功率密度为２ ０７７ ｋＷ／ｍ），由于 此电机相对同功率电机体积很小，所以对结构强 度和散热效率要求很高，对机座来说存在两个难 点：一是受体积，机座壁不能太厚，但又要 求有足够的刚度和强度，否则电机运行一段时问 后会因体积膨胀而难以拆出；二是要有足够的散 ・３４・２０１４年第４期《电机技术》 。 茹兹倪 ｇ 热面积，保证电机的冷却效率。借鉴国外生产采 煤电机专业制造厂的采煤机电机的结构，将隔板 宽度由原来的１０ ｍｍ￣Ｊｌｌ宽至５０ ｍｍ，将外水套与 隔板对应的位置间隔打孑Ｌ，内外水套装配后，在 孔的位置将外水套与隔板焊接起来（如图３）。这 种结构能承受较高的冷却水压，在提高机座刚度 的同时，又能有效改善因水道间串水而引起的散 热不均匀现象。 Ｉ 图３ 内、外水套装配结构示意图 经过改进后，冷却效果明显改善，电机的运 行温度由原来不够稳定变为基本稳定在１２９℃左 右，但机座外表面还是有冷热不均的现象。经过 分析认为，虽然采取了加宽水道和点焊的措施， 但由于焊接变形等原因，不可能完全避免水道问 的串水现象，且由于进、出水口距离近，有一部分 水直接短路，没有参与循环。所以又在分隔进、 出水的隔板上方的外水套开长槽（如图４虚线所 示），然后把隔板与外水套焊接起来，将进、出水 路完全分隔开。经过试验，电机运行温度稳定在 图４水道展开图 翟 平台复核尺寸。由于分瓣筒体是由异种钢组成， 热处理温度不易掌握，且只能使应力重新分布， 研究与交流 得了较好的效果。 消除应力效果不理想。拆除工艺拉筋后，扭曲变 形较大，必须进行矫形，矫形过程难度大、工作 ３ 结论 应力测试和实践证明，振动时效技术能消除 焊接接头的部分残余应力，并使残余应力分布均 化。在发电机组部分焊接结构件中可以代替热时 效达到消除焊接残余应力的要求。 振动时效技术具有节省能源、灵活性强、效 率高等特点，不仅提高了生产效率，还缩短了生 产周期。振动时效能有效地保持零件的尺寸稳定 性，解决结构件在热时效后容易变形的问题。 量大，将极大地影响生产周期。将热时效改成振 动时效以后，变形得到了有效地控制，满足了生 产要求。 球阀伸缩法兰的焊接是在低合金钢环形件 的内圆堆焊不锈钢材料。最初采用热时效的方式 消除焊接残余应力，由于母材和焊材的线膨胀系 数不同，在后续内圆进行车加工时，随着残余应 力的释放，伸缩法兰发生变形，致使无法达到要 求的加工精度。将伸缩法兰改为振动时效消除应 力，很好的解决了此问题。 ２．４在特殊材料结构件中 潮汐发电机组工作在腐蚀性较强的海水中， 对机组的材料有严格的抗腐蚀性要求。潮汐发电 机组部分部件使用奥氏体不锈钢进行制造，典 型的部件有内配水环和外配水环。由于奥氏体不 在异种钢及特殊材料的焊接结构件中，振动 时效技术在焊接残余应力消除过程中，比热时效 的效果要更好。但振动时效技术消除残余应力的 能力比热时效要差一些，对于刚度较大、尺寸精 度配合要求高的结构件，如汽轮发电机端盖、出 线盒，水轮发电机转子中心体、机架中心体、水 轮机转轮、座环、顶盖和底环等，应慎重使用振 锈钢在４００～８５０ ＤＣ敏化区间加热和适当的停留， 将会在晶界析出铬的碳化物，造成晶问贫铬，严 重影响晶间抗腐蚀性能 热时效无法避开其敏 动时效技术代替热时效消除应力。 参 考 文 献 ［１］游敏，郑小玲，余海 关于焊接残余应力形成机制的探讨［Ｊ］． 化区间，因此潮汐发电机组的内配水环和外配水 环采用了振动时效技术消除焊接残余应力。 的高强度调质钢板Ｂ７８０ＣＦ，如采用一般低碳钢、 低合金钢所用的热时效保温，该温度会对其组织 焊接学抿２００３（２）：５１＿５４． ［２１高葛・振动时效机理研究ｌＪ１．铸造技术，２０１１（ ）：４６２－４６４． 又如某电站钢岔管使用抗拉强度为７８０ ＭＰａ ［３１ 和性能产生影响，而该调质钢的热时效温度的确 定，尚需进行大量试验。经过分析和研究后，采 用振动时效技术对钢岔管进行消除应力处理，取 ’ ◆ ’ ◆ ・ ◆ ・ ● ・ ◆ ’ ◆ ◆ ・ ● ・ ● ・ ◆ ・ ◆ ・ ◆ 鬻 洛渡水电站转子支架装焊工艺…电机技 ： ！！ ：：！：： ［４］于启湛，丁成钢，史春元．不锈钠的焊接［Ｍ］．北京：机械工业出 版社，２００９（９）：３０。４ 作者简介：卢昌｝岳’ ｔ１￣１２月生，硕士研究生，焊接专业，工程ｆＪ币＇ 现主要从事水轮发电机组和汽轮发电机组的焊接工艺研究。 ‘ ● ・ ◆ ’ ◆ ・ ◆ ・ ◆ ・ ◆ ・ ◆ ‘ ◆ ・ ◆ ・ ◆ ・ ◆ ‘ ◆ （上接３４页） １２５℃，效果非常明显，机座外表感觉不出明显 温差，电机其它胜能也完全合格。 运行，严重时甚至还会烧毁电动机。因此电动机 的冷却问题不容忽视。 参 考 文 献 ３ 结语 电动机的冷却问题是电机设计时必须考虑 的一个问题，它会影响到电动机产品的温升、噪 声等技术指标，设计不合理就会影响到产品正常 ［１］ＧＢ／ＴＩ９９３．９３旋转电机冷却方法［ｓ】ｌ ［２］赵永华，李晓明，孟宪福，范作智等隔爆型电动机外壳水冷却 结构没计［Ｊ］．电机技术，２０１１（３）：３５－３６． （收稿日期：２０１３—０８．１６） 作者简介：景刚，１９６８年１２）４生，本科，机械制造专业，工程师，现 从事电机设计工作。 《电机技术》２０１４年第４期・３７・
