山西漳澤電力股份有限公司 文生元 哈爾濱通能電氣股份有限公司 王常春
刊登在《中國(guó)電力》1999年第4期上
近年來(lái)我國(guó)火力發(fā)電廠所使用的磨煤機(jī)、風(fēng)機(jī)、給水泵、排粉機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的高壓電動(dòng)機(jī)，經(jīng)常發(fā)生鼠籠轉(zhuǎn)
子斷條事故，給電廠安全生產(chǎn)帶來(lái)一定影響。我廠給水泵電動(dòng)機(jī)為原蘇聯(lián)所產(chǎn) 3150KW ， 2 極， 6000V 電動(dòng)機(jī)
，由于隨著累計(jì)開停機(jī)次數(shù)的增多、本身結(jié)構(gòu)及制造欠缺等原因，造成轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂比較嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)對(duì)導(dǎo)條斷裂
的原因進(jìn)行認(rèn)真的理論分析后，采取反事故措施，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改造，現(xiàn)已有 3 臺(tái)重新投入運(yùn)行，目前運(yùn)行
情況良好。
1.1 轉(zhuǎn)子鐵心
轉(zhuǎn)子鐵心制作精美，疊片緊密，槽為閉口槽沒有留槽口，轉(zhuǎn)子鐵心表面有一層噴涂層，十分光滑漂亮。
1.2 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條
轉(zhuǎn)子導(dǎo)條制作成下部矩形、上部梯形，出鐵心槽口后直至端環(huán)之間導(dǎo)條高度下降一倍，其截面僅為 12 mm×
16 mm 的矩形，導(dǎo)條伸長(zhǎng) 90 mm 左右，這種導(dǎo)條設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是我們首例見到。
1.3 轉(zhuǎn)子端環(huán)
轉(zhuǎn)子端環(huán)的內(nèi)徑與軸之間留有 2mm 的間隙，由于這一間隙的存在，使端環(huán)即沒有禁固在軸上，也沒有考慮這
一位置的通風(fēng)問題；端環(huán)與導(dǎo)條的焊接部位變成薄壁環(huán)，有利于焊接時(shí)的加溫；端環(huán)外周沒有護(hù)環(huán)保護(hù)；端環(huán)重
心半徑設(shè)計(jì)得很小。
1 .4 轉(zhuǎn)子斜鍵
轉(zhuǎn)子斜鍵的設(shè)置是在導(dǎo)條下部打進(jìn)一對(duì)斜鍵，借以從高度方向頂緊導(dǎo)條，然后將斜鍵的小頭彎折，焊在轉(zhuǎn)子
兩端的焊接斜鍵的環(huán)上。
• 斷條原因的分析
2.1 導(dǎo)條的撐緊
參考文獻(xiàn) 2 的分析表明，轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子鐵心槽中必須牢牢地?fù)尉o，才能保證轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不易斷裂。 然而原蘇聯(lián)
產(chǎn) 3150KW ， 2 極轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條在槽中撐緊確實(shí)存在一定問題，其撐緊結(jié)構(gòu)原理如圖 1 、 2 所示、從圖中可見，
導(dǎo)條上部為梯形，導(dǎo)條下部為一對(duì)斜鍵，斜鍵的大小頭交錯(cuò)對(duì)打，這樣越打斜鍵的高度越增高就能把導(dǎo)條向上頂
得很緊。這種結(jié)構(gòu)不僅原蘇聯(lián)采用，就是國(guó)內(nèi)大型電機(jī)制造廠在生產(chǎn)高速電動(dòng)機(jī)時(shí)也采用此種結(jié)構(gòu)，特別是近年
來(lái)有向低速電機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。 然而這只是理論上的推測(cè)，與實(shí)際運(yùn)行情況卻存在很大距離，這是因?yàn)殍F心槽存在
疊片公差，導(dǎo)條本身存在著角度公差和尺寸公差，同樣一對(duì)斜鍵也存在著角度公差和尺寸公差。這樣一來(lái)，導(dǎo)條
看似頂緊，實(shí)際上不可能在鐵心槽中處處頂緊，頂緊只發(fā)生一點(diǎn)或幾點(diǎn)處，而其他部位則存在著間隙，這就給導(dǎo)
條在槽中振動(dòng)提供了條件，同時(shí)熱彎曲變形成帶來(lái)的應(yīng)力，也能一并在導(dǎo)條根部發(fā)揮作用。同時(shí)，由于振動(dòng)的作
用產(chǎn)生磨擦，使導(dǎo)條和斜鍵的配合越來(lái)越松，根據(jù)實(shí)物檢查，有的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在槽中高度方向的間隙多達(dá) 3mm 左右
，致使整臺(tái)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條徹底松動(dòng)，并產(chǎn)生統(tǒng)一的軸向串動(dòng)，甚至一側(cè)的伸長(zhǎng)全部串到另一側(cè)，造成長(zhǎng)側(cè)的伸長(zhǎng)達(dá)到
原伸長(zhǎng)的 2 倍，從而迫使端環(huán)搖頭，這不僅增加斷條的可能性，而且又破壞了動(dòng)平衡。
中國(guó)·哈爾濱 大電機(jī)新技術(shù)專題研討會(huì)論文集 2002 年 1 月
2.2 導(dǎo)條伸長(zhǎng)與幾何尺寸
根據(jù)參考文獻(xiàn) 1 可知，導(dǎo)條伸長(zhǎng)需根據(jù)懸臂梁和兩端剛性固定梁的公式進(jìn)行綜合計(jì)算，可是原蘇聯(lián) 3150KW
， 2 極電動(dòng)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條伸長(zhǎng)，對(duì)兩端剛性固定梁而言，它的伸長(zhǎng)是足夠用的，然而對(duì)于懸臂梁而言，它的伸長(zhǎng)就
未免太長(zhǎng)了。對(duì)于受均布載荷的懸梁而言，它的支點(diǎn)反力和梁的長(zhǎng)度一次方成正比，因此梁越長(zhǎng)反力也就越大，
所以對(duì)于過(guò)長(zhǎng)的導(dǎo)條伸長(zhǎng)也是很容易引起斷條的。 再就是這種轉(zhuǎn)子導(dǎo)條伸長(zhǎng)部位的幾何形狀呈正方形，對(duì)比槽中
的導(dǎo)條高度降低一倍多，從材料力學(xué)角度考慮，矩形截面的斷面系數(shù)公式為： W=bh 2 /6 。從公式中可以看出，
斷面系數(shù) W 和導(dǎo)條高度 h 2 成正比，所以導(dǎo)條高度的減少，使得斷面系數(shù) W 成平方減少，材料的應(yīng)力和斷面系
數(shù) W 的一次方成反比，即斷面系數(shù) W 越小，材料的應(yīng)力也就越大。將這一原理用于分析導(dǎo)條的應(yīng)力可知，大幅
度削減導(dǎo)條的高度，將引起導(dǎo)條根部這一危險(xiǎn)斷面的應(yīng)力增加，因此很容易造成斷條事故。
• 對(duì)原轉(zhuǎn)子的改造措施
由于哈爾濱通能電氣股份有限公司采用其研制的燈籠型轉(zhuǎn)子，已經(jīng)實(shí)施改造了 30 多臺(tái)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，取得了
改造運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。因此，山西漳澤電力股份有限公司運(yùn)用燈籠型轉(zhuǎn)子對(duì)這批轉(zhuǎn)子進(jìn)行了技術(shù)改造。
3.1 導(dǎo)條的設(shè)計(jì)
原轉(zhuǎn)子導(dǎo)條下方有一對(duì)斜鍵借以撐緊轉(zhuǎn)子導(dǎo)條 , 這次改造設(shè)計(jì)取消這一對(duì)斜鍵，將斜鍵所有的空間改成導(dǎo)條
的實(shí)體 , 即將導(dǎo)條的實(shí)際高度增加 10mm ，根據(jù) 2.2 節(jié)的分析，這樣可以大大地增加導(dǎo)條的斷面系數(shù) W ，借以
防止斷條，實(shí)際導(dǎo)條形狀如圖 3 所示。同時(shí)采用哈爾濱通能電氣股份有限公司在轉(zhuǎn)子鐵心中撐緊導(dǎo)條的辦法，能
使導(dǎo)條在轉(zhuǎn)子槽中撐得很緊，又由于去除一對(duì)斜鍵后，使導(dǎo)條變成一根實(shí)體導(dǎo)條，一旦能夠撐緊就不會(huì)松動(dòng)。值
得一提的是，導(dǎo)條伸長(zhǎng)部位的截面幾何尺寸和鐵心槽中的導(dǎo)條截面幾何尺寸相比較沒有任何變化，仍然一致。但
是導(dǎo)條伸長(zhǎng)部位按燈籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)一律向心變曲，最后嵌入端環(huán)的通槽內(nèi)焊接。
3.2 轉(zhuǎn)子端環(huán)的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)子端環(huán)的內(nèi)徑與軸之間留有 15mm 的間隙，作為端環(huán)及導(dǎo)條伸長(zhǎng)部位的冷卻風(fēng)路，端環(huán)外周銑出 34 個(gè)通
槽，使導(dǎo)條嵌滿全槽，大大增加導(dǎo)條的焊接面積。另外，在端環(huán)的外周導(dǎo)條露出部位套有非磁性鋼護(hù)環(huán)，以確保
萬(wàn)無(wú)一失，改造后的轉(zhuǎn)子端部結(jié)構(gòu).
4 結(jié)束語(yǔ)
由于改造后的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在轉(zhuǎn)子鐵心槽中撐得很緊，使導(dǎo)條在轉(zhuǎn)子鐵心槽中無(wú)法產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)，由于熱彎曲
變形等因素均不會(huì)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條根部的危險(xiǎn)斷面處產(chǎn)生應(yīng)力，加之導(dǎo)條伸長(zhǎng)部位及端環(huán)的發(fā)熱有通風(fēng)予以冷卻，使
端環(huán)的熱變形受到抑制，并且上有護(hù)環(huán)進(jìn)行保護(hù)，因而不能松成斷條因素，使總體結(jié)構(gòu)變得十分可靠。目前，已
經(jīng)按這種結(jié)構(gòu)改造3臺(tái)， 1996年7月改造2臺(tái)，1998年4月改造1臺(tái)，至今運(yùn)行良好。
5 、參考文獻(xiàn)
• 王常春，關(guān)于高速大容量鼠籠型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子端部強(qiáng)度的探討、大電機(jī)技術(shù)。 1982（3）
• 王常春、王勝五，鼠籠轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂的研究與新型防斷條結(jié)構(gòu)。 中國(guó)電力， 1993.26(2) | 
