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直聯(lián)提升機(jī)電動(dòng)機(jī)氣隙不均問(wèn)題及調(diào)整方法

發(fā)布時(shí)間：

2024-07-31

來(lái)源：

礦井提升機(jī)是礦山的重要設(shè)備，承擔(dān)著礦物的提升、人員的上下、材料和設(shè)備的運(yùn)送任務(wù)。隨著礦山生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)水平的發(fā)展，礦井提升設(shè)備的能力加大，大型化設(shè)備數(shù)量增多，大型提升機(jī)特別是大型直聯(lián)摩擦式提升機(jī)的需求比例大增。直聯(lián)提升機(jī)的主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子錐套過(guò)盈配合連接，電動(dòng)機(jī)為提升機(jī)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，其正常運(yùn)行與否，直接關(guān)系到提升機(jī)的正常運(yùn)行。一旦電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，不僅會(huì)降低工作效率，甚至可能造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

1 直聯(lián)提升機(jī)結(jié)構(gòu)及不平衡磁拉力

1.1 大型直聯(lián)摩擦式提升機(jī)結(jié)構(gòu)

大型直聯(lián)摩擦式提升機(jī)主要由主軸、摩擦輪、滾動(dòng)軸承、軸承座、軸承蓋、電動(dòng)機(jī)等部件組成，如圖1 所示。其中，提升機(jī)主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的錐套過(guò)盈配合連接，主軸和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子連成一體。電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間的空隙為電動(dòng)機(jī)氣隙，氣隙的調(diào)整也是電動(dòng)機(jī)安裝的重要環(huán)節(jié)。

圖1 大型直聯(lián)式提升機(jī)的結(jié)構(gòu)

1.軸承及軸承座；2.摩擦輪；3.主軸；4.電動(dòng)機(jī)。

1.2 不平衡磁拉力的影響

理論上，提升機(jī)電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)絕對(duì)均勻時(shí)，轉(zhuǎn)子徑向各點(diǎn)所受的磁拉力是均勻的，其合力為零。但由于生產(chǎn)過(guò)程、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)整及測(cè)量誤差等都會(huì)導(dǎo)致偏心，偏心必然會(huì)導(dǎo)致定子、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻，從而產(chǎn)生不平衡磁拉力。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及其安裝和運(yùn)行要求，氣隙不均值不能大于電動(dòng)機(jī)氣隙值的 10%。一旦氣隙值不滿(mǎn)足該要求，就會(huì)導(dǎo)致提升機(jī)在氣隙小的方向上產(chǎn)生不平衡磁拉力，把提升機(jī)主軸和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子拉向磁拉力大的一側(cè)。該不平衡磁拉力，不僅會(huì)加速軸承的損壞，也會(huì)引起提升機(jī)的振動(dòng)和噪聲，造成提升機(jī)閘盤(pán)偏擺超差和電動(dòng)機(jī)發(fā)熱量增大。該不良影響發(fā)展到一定程度時(shí)，會(huì)引起定子、轉(zhuǎn)子相摩擦，發(fā)生電動(dòng)機(jī)“掃膛”事故，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。

2 氣隙不均與不平衡磁拉力

2.1 研究現(xiàn)狀

劉志珍等人對(duì)異步電動(dòng)機(jī)不平衡磁拉力計(jì)算的幾種公式進(jìn)行了推導(dǎo)，并引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù) β，提出了一種新的不平衡磁拉力計(jì)算公式，通過(guò)計(jì)算實(shí)例與其他方法對(duì)比，證明了所得公式的正確性。Faiz 等人利用有限元方法分析了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在動(dòng)態(tài)偏心和靜態(tài)偏心的磁場(chǎng)特性，發(fā)現(xiàn)主齒諧波變頻帶可以有效預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)子偏心及偏心類(lèi)型。Pillai 等人建立了考慮不同轉(zhuǎn)子位置的不平衡磁拉力表達(dá)式，提出了一種解析公式并與二維有限元分析方法作對(duì)比，驗(yàn)證了方法的合理性。黃彪對(duì)不平衡磁拉力進(jìn)行了計(jì)算，并利用 Maxwell 軟件對(duì)不平衡磁拉力進(jìn)行求解分析，并給出了減小不平衡磁拉力的解決措施。黨文娟研究了不平衡磁拉力與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的理論計(jì)算，給出了非線(xiàn)性解析表達(dá)式。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中引起不平衡磁拉力的原因較多，產(chǎn)生不平衡磁拉力的機(jī)理也非常復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)，不平衡磁拉力與轉(zhuǎn)子偏心有密切的非線(xiàn)性關(guān)系。雖然現(xiàn)階段已經(jīng)有很多學(xué)者給出了不平衡磁拉力的非線(xiàn)性解析表達(dá)式，但因采用的假設(shè)和簡(jiǎn)化方法各不相同，得到的磁拉力表達(dá)式也不盡相同，各個(gè)表達(dá)式具有不同的適用環(huán)境。

電動(dòng)機(jī)單邊磁拉力是指因電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)的不均勻分布而產(chǎn)生的力。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，單邊磁拉力的計(jì)算一直沿用文獻(xiàn) [9]和 [14]中的公式。單邊磁拉力

式中：F0 為單邊磁拉力，N；D 為轉(zhuǎn)子外徑，cm；L為磁場(chǎng)作用長(zhǎng)度，即指磁場(chǎng)作用的長(zhǎng)度范圍，cm；g為電動(dòng)機(jī)氣隙值，cm；Bg 為磁感應(yīng)強(qiáng)度，即單位面積上磁通量的大小，Gs；e0 為偏心量，cm。

現(xiàn)在，電動(dòng)機(jī)廠(chǎng)計(jì)算低速電動(dòng)機(jī)初始單邊磁拉力時(shí)，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙偏差為 10% 進(jìn)行計(jì)算。則上式中

式(1) 可簡(jiǎn)化為

2.2 氣隙的安裝調(diào)整

現(xiàn)場(chǎng)安裝提升機(jī)時(shí)，一般先安裝提升機(jī)主軸裝置，之后再安裝電動(dòng)機(jī)。安裝電動(dòng)機(jī)時(shí)，先將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子安裝到提升機(jī)主軸上，再將定子安裝就位。安裝定子時(shí)，應(yīng)按廠(chǎng)家提供的圖紙資料中規(guī)定的要求，調(diào)整轉(zhuǎn)子與定子間隙。

因?yàn)樘嵘龣C(jī)主軸機(jī)械自重及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自重會(huì)對(duì)提升機(jī)主軸產(chǎn)生一定的撓度，但這兩部分自重產(chǎn)生的撓度在電動(dòng)機(jī)安裝時(shí)就已經(jīng)存在；而定子氣隙已按當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)子位置為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，不會(huì)對(duì)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙產(chǎn)生附加影響。

一般提升機(jī)在電動(dòng)機(jī)安裝調(diào)整后、正式運(yùn)行前，才懸掛鋼絲繩。提升鋼絲繩繩重、容器重及載荷重這三部分載荷，均通過(guò)鋼絲繩作用在提升機(jī)摩擦輪上，這些統(tǒng)稱(chēng)為鋼絲繩張力。鋼絲繩張力會(huì)在提升機(jī)主軸的電動(dòng)機(jī)端產(chǎn)生撓度，且張力會(huì)影響提升電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙；因此，在電動(dòng)機(jī)安裝及調(diào)整氣隙時(shí)，需要在鋼絲繩張力產(chǎn)生撓度的方向，即與鋼絲繩出繩方向相反的方向上預(yù)留氣隙。井塔式提升機(jī)和落地式提升機(jī)鋼絲繩張力作用在提升機(jī)上的方向不同，預(yù)留氣隙的方向也不同，如圖2、3 所示。在提升機(jī)掛繩后再次測(cè)量電動(dòng)機(jī)氣隙，如果氣隙值不滿(mǎn)足要求，則需再次調(diào)整，直到氣隙合格為止。

圖2 鋼絲繩張力引起的氣隙變化

圖3 兩類(lèi)型提升機(jī)的預(yù)留氣隙

3 提升機(jī)氣隙不均的案例分析

以某現(xiàn)場(chǎng)為例，該設(shè)備為 JKMD-4×4ZⅢ 型多繩摩擦式提升機(jī)，鋼絲繩直徑為 φ 42 m m，提升速度為 8.8 m/s；電動(dòng)機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為ZKTD250/75，功率為 1 800 kW，轉(zhuǎn)速為 42 r/min。

3.1 氣隙不均問(wèn)題概述

在檢修時(shí)，用戶(hù)發(fā)現(xiàn)該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間存在氣隙不勻現(xiàn)象，問(wèn)題出現(xiàn)已有一年多。用戶(hù)擔(dān)心該問(wèn)題繼續(xù)發(fā)展會(huì)影響到提升機(jī)正常運(yùn)行。我公司技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，觀(guān)察到該提升機(jī)轉(zhuǎn)子在勵(lì)磁通電和勵(lì)磁退電時(shí)存在較為明顯的氣隙變化，目測(cè)變化量為 2～ 3 mm，如圖4 所示。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)后平穩(wěn)運(yùn)行中，氣隙無(wú)明顯的變化。技術(shù)人員初步懷疑電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的松動(dòng)或位移導(dǎo)致氣隙變化，也有可能在初次安裝時(shí)氣隙未調(diào)整均勻。

圖4 勵(lì)磁通電前后氣隙的變化

3.2 測(cè)量氣隙與查找問(wèn)題

3.2.1 測(cè)量氣隙與排查原因

拆除電動(dòng)機(jī)外保護(hù)罩，用塞尺檢查電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙。使用長(zhǎng)塞尺，在定轉(zhuǎn)子圓周上均勻間隔測(cè)量氣隙，且要求內(nèi)外兩側(cè)均使用塞尺測(cè)量并記錄。結(jié)果表明，氣隙存在不均，氣隙最大為 10.3 mm，最小為 4.4 mm；定轉(zhuǎn)子之間氣隙的變化方向，與因氣隙變小勵(lì)磁產(chǎn)生移動(dòng)的方向大概一致。

檢查以下事項(xiàng)并查找問(wèn)題：檢查電動(dòng)機(jī)與基礎(chǔ)底座的連接螺栓是否松動(dòng)，電動(dòng)機(jī)磁極與電動(dòng)機(jī)定子殼體連接是否松動(dòng)，提升機(jī)各個(gè)部位連接螺栓及楔鐵是否松動(dòng)。對(duì)上述問(wèn)題逐一檢查，均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，因定子松動(dòng)產(chǎn)生位移而造成的氣隙變化。

3.2.2 使用百分表測(cè)量位移

提升機(jī)電動(dòng)機(jī)在勵(lì)磁通電時(shí)，存在肉眼可見(jiàn)的轉(zhuǎn)子位移，需要采用百分表測(cè)量轉(zhuǎn)子位移量。同時(shí)，在電動(dòng)機(jī)與提升機(jī)之間主軸架設(shè)百分表，觀(guān)察主軸是否發(fā)生位移及位移量；在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子尾部已觀(guān)察到位移最大的方位上，以及在主軸軸承和電動(dòng)機(jī)之間，架設(shè)百分表，方位與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子尾部百分表相同；在電動(dòng)機(jī)定子也架設(shè)百分表。百分表安裝調(diào)整好后，進(jìn)行勵(lì)磁通電。當(dāng)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁通電時(shí)，記錄各百分表數(shù)據(jù)如下：主軸軸承與電動(dòng)機(jī)之間產(chǎn)生 0.12 mm 位移，轉(zhuǎn)子尾部產(chǎn)生 4 mm 位移，且兩位移方向一致；電動(dòng)機(jī)定子未發(fā)生位移。

4 原因分析及調(diào)整方法

4.1 原因分析

初步判斷氣隙不均的原因?yàn)樵诎惭b提升機(jī)時(shí)氣隙未按要求調(diào)整。電動(dòng)機(jī)因氣隙嚴(yán)重不均產(chǎn)生的不平衡磁拉力過(guò)大，造成提升機(jī)主軸“吃掉”軸承游隙，導(dǎo)致主軸及轉(zhuǎn)子端部經(jīng)杠桿原理放大產(chǎn)生較大位移；因此，需要調(diào)整定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙。經(jīng)查閱資料，該電動(dòng)機(jī)氣隙值為 7 mm，要求氣隙偏差不大于氣隙值的 10%，即為 0.7 mm。調(diào)整后，應(yīng)保證其氣隙偏差不超過(guò) 0.7 mm。

4.2 調(diào)整方法

因電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與提升機(jī)主軸共軸，經(jīng)檢查提升機(jī)的安裝符合要求，因此不能調(diào)整提升機(jī)來(lái)調(diào)勻氣隙，電動(dòng)機(jī)定子通過(guò) 6 根螺栓與電動(dòng)機(jī)底座連接，可以通過(guò)調(diào)整定子位置來(lái)達(dá)到調(diào)勻氣隙的目的。定子位置調(diào)整流程如下：

(1) 劃線(xiàn)標(biāo)記電動(dòng)機(jī)定子現(xiàn)位置，記為原始位置；

(2) 將定子向氣隙小的方向 (出繩方向) 移動(dòng)約 3 mm；

(3) 拆除定子與底座間的定位銷(xiāo)，松開(kāi)定子與底座間的螺栓；

(4) 利用天車(chē)將電動(dòng)機(jī)定子稍稍吊起，采用千斤頂配合，將電動(dòng)機(jī)頂向氣隙小的一方約 3 mm；

(5) 利用塞尺測(cè)量氣隙，根據(jù)測(cè)量值再次調(diào)整，直到氣隙滿(mǎn)足要求為止；

(6) 氣隙調(diào)整均勻后，將螺栓按要求擰緊力矩緊固；

(7) 氣隙驗(yàn)證。調(diào)整后，最終最小氣隙為 6.6 mm，最大氣隙為 7.4 mm，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)氣隙的要求。再次同時(shí)在提升機(jī)主軸軸承與電動(dòng)機(jī)間、提升機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)尾部、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子架設(shè)百分表，進(jìn)行勵(lì)磁通電，記錄百分表數(shù)據(jù)如下：主軸傳動(dòng)軸承端產(chǎn)生 0 mm 位移，轉(zhuǎn)子尾部產(chǎn)生 0.16 mm 位移，電動(dòng)機(jī)定子未發(fā)生變動(dòng)。這說(shuō)明調(diào)整方法正確有效。

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