CN107086743A - 油润滑的高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机 - Google Patents

油润滑的高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种油润滑高温气冷堆核电厂主冷风机用电动机，为高温气冷堆核电站核电岛内关键设备，功能类似于压水堆核电站主泵电动机。电机的上导推力组合轴承与下导轴承分别位于电机定子的上下两端，电机支座位于电机的下方。本发明改变了常规立式电机在推力轴承位于导轴承下方结构的规律和设计思路，提升了立式电机设计技术，开拓了高速立式电机新的设计领域，开创了稀有润滑滑动轴承结构高速立式电机的先河。本发明证明在大型立式高速电机中也可使用稀油润滑的滑动轴承，提升了立式电机设计技术，开拓了高速立式电机新的设计领域，开创了大型立式高速立式电机使用稀油润滑滑动轴承的先河。本发明适用于大功率立式高速电动机，尤其适合高温气冷堆核电站主冷却风机电动机。

Description

油润滑的高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机
技术领域
本发明涉及一种油润滑高温气冷堆核电厂主冷风机用电动机。
背景技术
常规核电厂均采用液体(水、重水或轻水)作为冷却剂，冷却剂泵采用工频立式异步电机驱动，电机转速以1500rpm(50Hz工频电源)或1800rpm(60Hz工频电源)居多。工频立式异步电机转速不变且不高，技术难度小，生产制造较为容易。
安全性更高的的高温气冷堆核电站采用氦气作为反应堆的主冷却剂，通过风机机组使氦气循环进行热量交换。以往的高温气冷堆均属于试验性质，堆功率较小，所使用的氦气压缩机风机电机功率较小，转速较低，不能适用于大功率商业堆型的需要。对于大功率立式高速电机，其轴承采用价格昂贵的电磁轴承，虽然能够满足高转速的需要，但其价格高，寿命低，安装维护困难，不适于批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种高转速、运行稳定，安全性高，制造成本低的油润滑高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机，适用于拖动安全性更高的油润滑的高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机。本发明的技术方案为：
一种油润滑高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机，由定子(5)安装在电机支座(1)上，定子(5)上下两端分别安装上导推力组合轴承(19)及下导轴承(2)，转子(11)由上导推力组合轴承(19)及下导轴承(2)支撑位于定子铁芯(10)中心，定子出线盒(38)及辅助出线盒(39)安装在定子(5)侧面，定子(5)包括定子机座(46)、定子铁芯(10)和定子绕组(16)，定子铁芯(10)位于定子机座(46)内部，定子绕组(15)嵌入定子铁芯(10)槽内，定子机座(46)主要由钢板焊接而成，定子机座内设置了多道筋板来提高机座的刚度与强度，定子铁芯(10)由涂绝缘漆的定子冲片迭压而成，定子铁芯(10)被紧固在定子机座外壳的两块端压板之间，定子铁芯(10)上分布有多道径向通风沟(6)，在定子铁芯(10)外圆表面焊接的轴向肋(7)使得定子具有足够的刚度，定子铁心使用铁芯上压板(13)压紧并将定子铁芯外圆与轴向肋焊接成一体，定子绕组(16)两端各有两个端箍(17)来固定绕组端部，端箍(17)由不锈钢材料焊接后再根据绝缘规范包扎绝缘材料制成，每个线圈(48)端部均与端箍进行绑扎，在浸渍绝缘漆烘干后，有很高的强度，定子(5)两侧各装有一个水和空气冷却器(8)，用来冷却电机内部吹出来的热风，定子机座(46)侧面装有一个定子出线盒(38)，用来连接定子绕线引线及电源电缆，机座(46)侧面装有辅助接线盒(39)，用来联接定子测温、轴承测温及测振元件的引线，转子铁芯(9)完全由涂漆绝缘的整圆硅钢片组成，转子铁芯(9)与轴(45)采用过盈配合套装在一起，轴向使用弧键(37)与保险环(36)固定，电机的转矩通过转子铁芯(9)与轴(45)之间的热套紧量来传递，鼠笼绕组由铜条(12)与端环(14)构成，铜条(12)装在转子铁芯(9)的槽内，铜条(12)与端环(14)焊接在一起，高强度非磁性钢制成的护环(15)压装在转子绕组端环(14)外圆上。在转子铁芯(9)两端各装有一件平衡盘(35)用于转子动平衡时放置平衡块。
上导推力组合轴承(19)中圆形推力瓦块(30)位于自调心扇形导轴瓦(33)的上方，圆形推力瓦块(30)与自调心扇形导轴瓦(33)安装在上导推力轴承壳(22)中，推力滑转子(29)与轴(45)之间采用较小的紧配合来保证同心；挡油管(20)与推力滑转子(29)之间采用上导轴承密封环(21)进行密封，上导轴承密封环(21)装在挡油管(20)上，并具有足够的径向间隙；上导轴承密封环(21)镶嵌在挡油管(20)上的凹槽内，用定位销(32)固定在挡油管(20)上，定位销(32)可以防止密封环随轴转动；在轴承上、下两端各装有一个第一浮动密封(28)、第二浮动密封(34)，用来防止轴承油箱内的油雾泄露到外部，推力轴承与上导轴承通过润滑油管路(31)及排油管路(18)进行润滑。
下导轴承座(41)通过下导轴承端盖(42)安装在定子机座(46)上，下导瓦块(25)安装在下导轴承座(41)内，下导轴承挡油管(27)与滑转子(23)之间的结构与上导推力组合轴承(19)结构相同，采用下导轴承密封环(26)进行密封，下导轴承密封环(26)镶嵌在下导轴承挡油管(27)上的凹槽内，采用下密封环定位销(24)固定在挡油管上，下密封环定位销(24)可以防止密封环随轴转动，为维护方便，将上下两个密封环设计成相同尺寸，可以互换使用；在下导轴承上端、下端分别装有第三浮动密封(40)，第四浮动密封(44)，用来防止轴承油箱内的油雾泄露到外部，下导轴承(41)通过下导轴承进油管路(3)与下导轴承排油管路(4)完成润滑与冷却。
电机支座(1)位于电机本体的下方，用来支撑整个电机本体并与下方的主氦风机(47)连接，电机支座(1)主要由钢板焊接而成，为提高采用双层结构，在内外两层侧板之间设置多道加强筋，定子机座(46)为方形结构，风机机座(49)为圆形结构，电机支座(1)与定子机座(46)连接的接口是方形结构，电机支座(1)与风机机座(49)的接口是圆形结构。
电机定子包括机座、定子铁芯和定子绕组，定子铁芯位于机座内部，定子绕组嵌入定子铁芯槽内。机座主要由钢板焊接而成，机座内设置了多道筋板来提高机座的刚度与强度，定子铁芯由涂绝缘漆的定子冲片迭压而成，定子铁芯被紧固在定子机座外壳的两块端压板之间，定子铁芯上分布有多道径向通风沟，在定子铁芯外圆表面焊接的轴向肋使得定子具有足够的刚度，定子铁心采用以机座内径为基准的迭装办法压紧，再安装铁芯上压板，然后再压紧并焊接，同时将定子铁芯外圆与轴向肋也焊接成一体，使得定子有足够的刚度，定子绕组两端各有两个端箍来固定绕组端部，端箍由不锈钢材料焊接后再根据绝缘规范包扎绝缘材料制成，每个线圈端部均与端箍进行绑扎，在浸渍绝缘漆烘干后，有很高的强度，定子两侧各装有一个水和空气冷却器，用来冷却电机内部吹出来的热风，机座侧面装有一个定子出线盒，用来连接定子绕线引线及电源电缆，机座侧面装有辅助接线盒，用来联接定子测温、轴承测温及测振元件的引线，转子铁芯完全由涂漆绝缘的整圆硅钢片组成，转子铁芯与轴采用过盈配合套装在一起，轴向使用弧键与保险环固定，电机的转矩通过转子铁芯与轴之间的热套紧量来传递，鼠笼绕组由铜条与端环构成，铜条装在转子铁芯的槽内，铜条与端环焊接在一起，高强度非磁性钢制成的护环压装在转子绕组端环外圆上。在转子铁芯两端各装有一件平衡盘用于转子动平衡时放置平衡块。
上导推力组合轴承中圆形推力瓦块位于自调心扇形导轴瓦的上方，圆形推力瓦块与自调心扇形导轴瓦安装在上导推力轴承壳中，推力滑转子与轴之间采用较小的紧配合来保证同心；挡油管与推力滑转子之间采用上导轴承密封环进行密封，上导轴承密封环装在挡油管上，并具有足够的径向间隙；上导轴承密封环镶嵌在挡油管上的凹槽内，用定位销固定在挡油管上，定位销可以防止密封环随轴转动；在轴承上、下两端各装有一个第一浮动密封、第二浮动密封，用来防止轴承油箱内的油雾泄露到外部，推力轴承与上导轴承通过润滑油管路及排油管路进行润滑。
下导轴承座通过下导轴承端盖安装在定子机座上，下导瓦块安装在下导轴承座内，下导轴承的挡油管与滑转子之间与上导推力组合轴承结构相同，采用下导轴承密封环进行密封，下导轴承密封环镶嵌在下导轴承挡油管上的凹槽内，采用下密封环定位销固定在挡油管上，下密封环定位销可以防止密封环随轴转动，为维护方便，将上下两个密封环设计成相同尺寸，可以互换使用；在下导轴承上端、下端分别装有第三浮动密封，第四浮动密封，用来防止轴承油箱内的油雾泄露到外部，下导轴承通过下导轴承进油管路与下导轴承排油管路完成润滑与冷却。
电机支座位于电机本体的下方，用来支撑整个电机本体并与下方的主氦风机连接，电机支座主要由钢板焊接而成，为提高采用双层结构，在内外两层侧板之间设置多道加强筋，定子机座为方形结构，风机机座为圆形结构，电机支座与定子机座连接的接口是方形结构，电机支座与风机机座的接口是圆形结构。
本发明提供的高温气冷堆核电厂主冷风机用电动机，为高温气冷堆核电站核电岛内关键设备，功能类似于压水堆核电站主泵电动机。为提高电机的临界转速，本次上导轴承位置设计成在推力轴承的下方，此种结构在以往的设计中是从未使用过的，经过实际运行证明，此种结构有效地提高了电机的临界转速，经计算，电机的一阶临界转速大于5200rpm，使得电机在800～4200r/min工作转速范围振动平稳，提高了运行安全性。通过优化上轴承密封圈设计和气封设计消除了上轴承室漏油及雾化，电机运行稳定，在工作转速范围内，电机上机架最大振动速度0.45mm/s，转子振幅79μm。本发明证明在大型立式高速电机中也可使用稀油润滑的滑动轴承，提升了立式电机设计技术，开拓了高速立式电机新的设计领域，开创了大型立式高速立式电机使用稀油润滑滑动轴承的先河。本发明适用于大功率立式高速电动机，尤其适合高温气冷堆核电站主冷却风机电动机。
本发明涉及的高温气冷堆核电站主冷却风机电动机解决了立式高速电机因一阶临界转速低而影响电机振动及使用稀油润滑滑动轴承的问题，并且消除了电机上轴承室漏油及油雾化的问题，电机运行振动小，性能稳定。本发明开拓了高速立式电动机的新领域。
附图说明
图1本发明的油润滑高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机
图2本发明中电动机所用上导推力组合轴承
图3本发明中电动机所用上导推力组合轴承
具体实施方式
如图1所示为一种油润滑高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机，由定子5、转子11、上导推力组合轴承19、下导轴承43、冷却器8、电机支座1、定子出线盒38及辅助出线盒39等主要部件组成。该电机型号为YLH4500-2，额定功率4500kW，额定电压6.0kV，额定电流515A，额定转速4000r/min，工作转速范围800～4200r/min，3相，绝缘等级H。
电机定子5包括定子机座46、定子铁芯10和定子绕组16，定子铁芯10位于定子机座46内部，定子绕组15嵌入定子铁芯10槽内，定子机座46主要由钢板焊接而成，定子机座46内设置了多道筋板来提高机座的刚度与强度，定子铁芯10由涂绝缘漆的定子冲片迭压而成，定子铁芯10被紧固在定子机座外壳的两块端压板之间，定子铁芯10上分布有多道径向通风沟6，在定子铁芯10外圆表面焊接的轴向肋7使得定子具有足够的刚度，定子铁心采用以机座内径为基准的迭装办法压紧，再安装铁芯上压板13，然后再压紧并焊接，同时将定子铁芯外圆与轴向肋也焊接成一体，使得定子有足够的刚度，定子绕组16两端各有两个端箍17来固定绕组端部，端箍17由不锈钢材料焊接后再根据绝缘规范包扎绝缘材料制成，每个线圈48端部均与端箍进行绑扎，在浸渍绝缘漆烘干后，有很高的强度，定子机座46两侧各装有一个水和空气冷却器8，用来冷却电机内部吹出来的热风，定子机座46侧面装有一个定子出线盒38，用来连接定子绕线引线及电源电缆，定子机座46侧面装有辅助接线盒39，用来联接定子测温、轴承测温及测振元件的引线，转子铁芯9完全由涂漆绝缘的整圆硅钢片组成，转子铁芯9与轴46采用过盈配合套装在一起，轴向使用弧键37与保险环36固定，电机的转矩通过转子铁芯9与轴之间的热套紧量来传递，鼠笼绕组由铜条12与端环14构成，铜条12装在转子铁芯9的槽内，铜条12与端环14焊接在一起，高强度非磁性钢制成的护环15压装在转子绕组端环14外圆上。在转子铁芯9两端各装有一件平衡盘35用于转子动平衡时放置平衡块。
上导推力组合轴承19中圆形推力瓦块30位于自调心扇形导轴瓦33的上方，圆形推力瓦块30与自调心扇形导轴瓦33安装在上导推力轴承壳22中，推力滑转子29与轴45之间采用较小的紧配合来保证同心；挡油管20与推力滑转子29之间采用上导轴承密封环21进行密封，上导轴承密封环21装在挡油管20上，并具有足够的径向间隙；上导轴承密封环21镶嵌在挡油管20上的凹槽内，用定位销32固定在挡油管20上，定位销32可以防止密封环随轴转动；在轴承上、下两端各装有一个第一浮动密封28、第二浮动密封34，用来防止轴承油箱内的油雾泄露到外部，推力轴承与上导轴承通过润滑油管路31及排油管路18进行润滑，具体形式参照如图2所示。
下导轴承41通过下导轴承端盖42安装在定子机座46上，下导瓦块25安装在下导轴承座2内，下导轴承挡油管27与滑转子23之间与上导推力组合轴承19结构相同，采用下导轴承密封环26进行密封，下导轴承密封环26镶嵌在下导轴承挡油管27上的凹槽内，采用下密封环定位销24固定在挡油管上，下密封环定位销24可以防止密封环随轴转动，为维护方便，将上下两个密封环设计成相同尺寸，可以互换使用；在下导轴承上端、下端分别装有第三浮动密封40，第四浮动密封44，用来防止轴承油箱内的油雾泄露到外部，下导轴承2通过下导轴承进油管路3与下导轴承排油管路4完成润滑与冷却，具体形式参照如图3所示。
电机支座1位于电机本体的下方，用来支撑整个电机本体并与下方的主氦风机47连接，电机支座1主要由钢板焊接而成，为提高采用双层结构，在内外两层侧板之间设置多道加强筋，定子机座46为方形结构，风机机座43为圆形结构，电机支座1与定子机座46连接的接口是方形结构，电机支座1与风机机座43的接口是圆形结。

Claims (4)

1.一种油润滑高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机，其特征是：由定子(5)安装在电机支座(1)上，定子(5)上下两端分别安装上导推力组合轴承(19)及下导轴承(44)，转子(11)由上导推力组合轴承(19)及下导轴承(2)支撑位于定子铁芯(10)中心，定子出线盒(38)及辅助出线盒(39)安装在定子(5)侧面，定子(5)包括定子机座(46)、定子铁芯(10)和定子绕组(16)，定子铁芯(10)位于定子机座(46)内部，定子绕组(15)嵌入定子铁芯(10)槽内，定子机座(46)主要由钢板焊接而成，定子机座内设置了多道筋板来提高机座的刚度与强度，定子铁芯(10)由涂绝缘漆的定子冲片迭压而成，定子铁芯(10)被紧固在定子机座外壳的两块端压板之间，定子铁芯(10)上分布有多道径向通风沟(6)，在定子铁芯(10)外圆表面焊接的轴向肋(7)使得定子具有足够的刚度，定子铁心使用铁芯上压板(13)压紧并将定子铁芯外圆与轴向肋焊接成一体，定子绕组(16)两端各有两个端箍(17)来固定绕组端部，端箍(17)由不锈钢材料焊接后再根据绝缘规范包扎绝缘材料制成，每个线圈(48)端部均与端箍进行绑扎，在浸渍绝缘漆烘干后，有很高的强度，定子(5)两侧各装有一个水和空气冷却器(8)，用来冷却电机内部吹出来的热风，定子机座(46)侧面装有一个定子出线盒(38)，用来连接定子绕线引线及电源电缆，定子机座(46)侧面装有辅助接线盒(39)，用来联接定子测温、轴承测温及测振元件的引线，转子铁芯(9)完全由涂漆绝缘的整圆硅钢片组成，转子铁芯(9)与轴(45)采用过盈配合套装在一起，轴向使用弧键(37)与保险环(36)固定，电机的转矩通过转子铁芯(9)与轴(45)之间的热套紧量来传递，鼠笼绕组由铜条(12)与端环(14)构成，铜条(12)装在转子铁芯(9)的槽内，铜条(12)与端环(14)焊接在一起，高强度非磁性钢制成的护环(15)压装在转子绕组端环(14)外圆上。在转子铁芯(9)两端各装有一件平衡盘(35)用于转子动平衡时放置平衡块。
2.根据权利要求1所述的一种油润滑高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机，其特征是：上导推力组合轴承(19)中圆形推力瓦块(30)位于自调心扇形导轴瓦(33)的上方，圆形推力瓦块(30)与自调心扇形导轴瓦(33)安装在上导推力轴承壳(22)中，推力滑转子(29)与轴(45)之间采用较小的紧配合来保证同心；挡油管(20)与推力滑转子(29)之间采用上导轴承密封环(21)进行密封，上导轴承密封环(21)装在挡油管(20)上，并具有足够的径向间隙；上导轴承密封环(21)镶嵌在挡油管(20)上的凹槽内，用定位销(32)固定在挡油管(20)上，定位销(32)可以防止密封环随轴转动；在轴承上、下两端各装有一个第一浮动密封(28)、第二浮动密封(34)，用来防止轴承油箱内的油雾泄露到外部，推力轴承与上导轴承通过润滑油管路(31)及排油管路(18)进行润滑。
3.根据权利要求1所述的一种油润滑高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机，其特征是：下导轴承座(41)通过下导轴承端盖(42)安装在定子机座(46)上，下导瓦块(25)安装在下导轴承座(41)内，下导轴承的挡油管(47)与滑转子(23)之间与上导推力组合轴承(19)结构相同，采用下导轴承密封环(26)进行密封，下导轴承密封环(26)镶嵌在下导轴承挡油管(27)上的凹槽内，采用下密封环定位销(24)固定在挡油管上，下密封环定位销(24)可以防止密封环随轴转动，为维护方便，将上下两个密封环设计成相同尺寸，可以互换使用；在下导轴承上端、下端分别装有第三浮动密封(40)，第四浮动密封(44)，用来防止轴承油箱内的油雾泄露到外部，下导轴承(41)通过下导轴承进油管路(3)与下导轴承排油管路(4)完成润滑与冷却。
4.根据权利要求1所述的一种油润滑高温气冷堆核电厂主冷却风机电动机，其特征是：电机支座(1)位于电机本体的下方，用来支撑整个电机本体并与下方的主氦风机(47)连接，电机支座(1)主要由钢板焊接而成，为提高采用双层结构，在内外两层侧板之间设置多道加强筋，定子机座(46)为方形结构，风机机座(43)为圆形结构，电机支座(1)与定子机座(46))连接的接口是方形结构，电机支座(1)与风机机座(43)的接口是圆形结构。
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