轴承知识
混流通风自润滑电机轴承结构的研究
张东宇 姜海艳 刘晓雪
(佳木斯电机股份有限公司,黑龙江佳木斯,154002)
  【摘 要】混流通风系统提升了高压方箱电机的换热效果,同时令内风扇侧轴承温度升高。通过对混流通风自润滑电机不同轴承结构的设计、试验对比分析,确定了有效解决混流通风自润滑电机轴承温度高的轴承结构方案。
  关键词:混流通风;自润滑;轴承结构
  0 引言
  目前国内外电机公司高压方箱电机通风结构主要分两种,分别为径向通风结构和混流通风结构[1]。大极数电机多采用混流通风结构,混流通风结构最大的优点是电机内、外部温度场换热充分,电机冷却效果好。但整体电机的轴向温度梯度较大,而且内风扇侧轴承温度相对偏高。特别是对于滑动轴承自润滑结构,由于滑动轴承与轴之间属于线性摩擦,摩擦系数较滚动轴承大很多,所以发热量也比滚动轴承大很多;同时由于自润滑结构,热量仅能依靠轴承自身进行散热,而强迫润滑则可由润滑油将大部分热量带走,加之电机内部热风的影响,进一步导致内风扇侧轴承温度升高。
  本文研究的目的是通过对混流通风自润滑电机不同轴承结构的设计,并对其进行试验对比分析,最终确定能够有效降低混流通风自润滑电机内风扇侧轴承温度的轴承结构,从而为今后混流通风自润滑电机轴承结构的设计奠定基础。
  1 轴承结构的设计及对比分析试验
  本次研究共设计了四种不同轴承结构,并对新设计的轴承结构进行整体电机温升试验、将新设计的轴承结构与原结构的轴承温度进行对比分析,具体如下。
  1.1轴承上方增加挡风板结构
  为了减小混流通风结构内风扇侧热风对自润滑电机轴承温度的影响,在内风扇侧端盖上安装玻璃钢挡风板,挡风板延伸至风扇平衡环下方,尽可能减小挡风板与风扇间距离,以达到阻隔热风的目的[2],如图1所示。试验对比分析结果如表1所示(表中轴承温度均为折算到环境温度40℃后的温度,以下均同)。
图1 轴承上方增加挡风板结构
表1 试验对比
  通过试验数据对比可以看出:轴承上方增加挡风板结构对轴承温度并无太大改善作用。分析其原因,首先由于考虑到实际装配的可操作性,挡风板与风扇间需留出一定空间,避免与风扇刮蹭,因此,挡风板并未将全部热风隔离;其次当电机内部达到一个热平衡状态后,热量最终也会穿越风扇辐板、挡风板后传递到轴瓦,引起轴承温度升高。因此,采用轴承上方增加挡风板结构,不能有效解决混流通风自润滑轴承温度偏高的问题。
  1.2轴承外侧安装轴流风扇结构
  为了增加自润滑电机轴承表面散热能力,在轴承外侧安装一个轴流风扇及挡风罩,通过加快空气流动,带走轴承表面热量[3]。前文已经提到,内风扇侧轴承温度受电机内部热风影响较大,所以仅需在内风扇侧轴承外侧端增加轴流风扇即可,如图2、图3所示。试验对比分析见表2。
图2 轴承外侧安装轴流风扇结构图
图3 轴承外侧安装轴流风扇效果图
表2 试验对比
  通过表2试验对比分析可以看出,两台电机在内风扇轴侧承外侧增加轴流风扇后,轴承温度分别下降了9.2℃和11.6℃。因此可以得出结论:采用轴承外侧增加轴流风扇结构,能够有效解决混流通风自润滑电机轴承温度偏高的问题。
  1.3更改轴承类型
  国内高压方箱滑动轴承电机,滑动轴承大部分采用DQY-B型轴瓦(见图2),该种轴瓦约有1/3部分安装于电机内腔,减小了电机整体长度的同时,提高了电机整体刚度。但同时也受混流通风结构内风扇侧热风影响较大,所以对于自润滑轴瓦温度偏高的电机,可采用DQZ型轴瓦,如图4所示。该种结构轴承大部分腔体在电机外部,减小了受电机内部热风的影响。试验对比见表3。
图4 DQZ型轴承结构
表3 试验对比
  通过表3试验对比分析可以看出,两台电机在采用DQZ型轴瓦后,内风扇侧轴承温度分别下降了4.5℃和5.1℃。因此可以得出结论:采用DQZ型轴瓦,能够降低混流通风自润滑轴承温度,但是效果有限。
  1.4轴承中增加冷却水管结构
  滑动轴承热量源于轴承内部瓦球与轴的摩擦,为了有效将自润滑电机轴承内部热量带走,通过在轴承内部增设冷却水管,外部为用户预留法兰接口,通过外接冷却循环水将轴承内部热量带走,如图5、图6所示。对比试验见表4。
图5 轴承内部增加水管结构图
图6 轴承内部增加水管图
表4 试验对比
  通过表4可以明显看出,在轴承通入冷却水后,伸、尾端轴瓦分别降低了15.5℃和18.1℃,降温效果非常明显。由此可以说明:采用轴承中增加冷却水管结构,能够有效解决混流通风自润滑轴承温度偏高的问题。
  1.5小结
  通过上述轴承设计方案及试验数据对比分析可以看出:采用轴瓦上方增加挡风板结构不能有效解决混流通风自润滑轴承温度偏高的问题。采用DQZ型轴承替换DQY-B型轴承结构,能够降低轴承温度,但是降低幅度较小;通过采用轴承外侧安装轴流风扇结构,轴承轴瓦温度能够降低9~11℃;采用轴承中增加冷却水管结构,轴承温度可降低15~18℃;因此可以得出以下结论:混流通风自润滑电机中;通过采用轴承外侧安装轴流风扇结构、轴承中增加冷却水管结构均能有效解决混流通风自润滑电机轴承温度偏高的问题。
  2 结语
  轴承在电机中起着支撑轴和其它旋转部件的作用,是极为重要的零部件。轴承温度高会引发电机振动、轴承异响、甚至电机抱轴等故障发生。因此轴承结构设计是电机设计中极为重要的一个环节。本文以混流通风自润滑电机轴承结构作为研究及试验分析,并从中推荐出解决混流通风自润滑电机轴承温度高的轴承结构设计方案,希望能够给予从事电机设计工作人员一定借鉴和帮助。
  参考文献:
  [1]杨海燕.电机通风散热的基础性研究.重庆市电机工程学会2010年学术会议论文集,2010.
  [2]张胜男,王春瑞,于京平.高压方向电机内部三维温度场计算与分析.防爆电机,2015.4.
  [3]陈世坤.电机设计.北京:机械工业出版社.2000.
来源:《防爆电机》2018年3期
发布时间:2019-04-17


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