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混流通風自潤滑電機軸承結(jié)構(gòu)的研究

2018-10-17

張東宇　姜海艷　劉曉雪

（佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯，154002）

　　【摘　要】混流通風系統(tǒng)提升了高壓方箱電機的換熱效果，同時令內(nèi)風扇側(cè)軸承溫度升高。通過對混流通風自潤滑電機不同軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計、試驗對比分析，確定了有效解決混流通風自潤滑電機軸承溫度高的軸承結(jié)構(gòu)方案。
　　關(guān)鍵詞：混流通風；自潤滑；軸承結(jié)構(gòu)

　　0　引言
　　目前國內(nèi)外電機公司高壓方箱電機通風結(jié)構(gòu)主要分兩種，分別為徑向通風結(jié)構(gòu)和混流通風結(jié)構(gòu)^[1]。大極數(shù)電機多采用混流通風結(jié)構(gòu)，混流通風結(jié)構(gòu)Z大的優(yōu)點是電機內(nèi)、外部溫度場換熱充分，電機冷卻效果好。但整體電機的軸向溫度梯度較大，而且內(nèi)風扇側(cè)軸承溫度相對偏高。特別是對于滑動軸承自潤滑結(jié)構(gòu)，由于滑動軸承與軸之間屬于線性摩擦，摩擦系數(shù)較滾動軸承大很多，所以發(fā)熱量也比滾動軸承大很多；同時由于自潤滑結(jié)構(gòu)，熱量僅能依靠軸承自身進行散熱，而強迫潤滑則可由潤滑油將大部分熱量帶走，加之電機內(nèi)部熱風的影響，進一步導(dǎo)致內(nèi)風扇側(cè)軸承溫度升高。
　　本文研究的目的是通過對混流通風自潤滑電機不同軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并對其進行試驗對比分析，Z終確定能夠有效降低混流通風自潤滑電機內(nèi)風扇側(cè)軸承溫度的軸承結(jié)構(gòu)，從而為今后混流通風自潤滑電機軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

　　1　軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計及對比分析試驗
　　本次研究共設(shè)計了四種不同軸承結(jié)構(gòu)，并對新設(shè)計的軸承結(jié)構(gòu)進行整體電機溫升試驗、將新設(shè)計的軸承結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的軸承溫度進行對比分析，具體如下。
　　1.1軸承上方增加擋風板結(jié)構(gòu)
　　為了減小混流通風結(jié)構(gòu)內(nèi)風扇側(cè)熱風對自潤滑電機軸承溫度的影響，在內(nèi)風扇側(cè)端蓋上安裝玻璃鋼擋風板，擋風板延伸至風扇平衡環(huán)下方，盡可能減小擋風板與風扇間距離，以達到阻隔熱風的目的^[2]，如圖1所示。試驗對比分析結(jié)果如表1所示（表中軸承溫度均為折算到環(huán)境溫度40℃后的溫度，以下均同）。

圖1　軸承上方增加擋風板結(jié)構(gòu)

表1　試驗對比

　　通過試驗數(shù)據(jù)對比可以看出：軸承上方增加擋風板結(jié)構(gòu)對軸承溫度并無太大改善作用。分析其原因，首先由于考慮到實際裝配的可操作性，擋風板與風扇間需留出一定空間，避免與風扇刮蹭，因此，擋風板并未將全部熱風隔離；其次當電機內(nèi)部達到一個熱平衡狀態(tài)后，熱量Z終也會穿越風扇輻板、擋風板后傳遞到軸瓦，引起軸承溫度升高。因此，采用軸承上方增加擋風板結(jié)構(gòu)，不能有效解決混流通風自潤滑軸承溫度偏高的問題。
　　1.2軸承外側(cè)安裝軸流風扇結(jié)構(gòu)
　　為了增加自潤滑電機軸承表面散熱能力，在軸承外側(cè)安裝一個軸流風扇及擋風罩，通過加快空氣流動，帶走軸承表面熱量^[3]。前文已經(jīng)提到，內(nèi)風扇側(cè)軸承溫度受電機內(nèi)部熱風影響較大，所以僅需在內(nèi)風扇側(cè)軸承外側(cè)端增加軸流風扇即可，如圖2、圖3所示。試驗對比分析見表2。

圖2　軸承外側(cè)安裝軸流風扇結(jié)構(gòu)圖

圖3　軸承外側(cè)安裝軸流風扇效果圖

表2　試驗對比

　　通過表2試驗對比分析可以看出，兩臺電機在內(nèi)風扇軸側(cè)承外側(cè)增加軸流風扇后，軸承溫度分別下降了9.2℃和11.6℃。因此可以得出結(jié)論：采用軸承外側(cè)增加軸流風扇結(jié)構(gòu)，能夠有效解決混流通風自潤滑電機軸承溫度偏高的問題。
　　1.3更改軸承類型
　　國內(nèi)高壓方箱滑動軸承電機，滑動軸承大部分采用DQY-B型軸瓦（見圖2)，該種軸瓦約有1/3部分安裝于電機內(nèi)腔，減小了電機整體長度的同時，提高了電機整體剛度。但同時也受混流通風結(jié)構(gòu)內(nèi)風扇側(cè)熱風影響較大，所以對于自潤滑軸瓦溫度偏高的電機，可采用DQZ型軸瓦，如圖4所示。該種結(jié)構(gòu)軸承大部分腔體在電機外部，減小了受電機內(nèi)部熱風的影響。試驗對比見表3。

圖4　DQZ型軸承結(jié)構(gòu)

表3　試驗對比

　　通過表3試驗對比分析可以看出，兩臺電機在采用DQZ型軸瓦后，內(nèi)風扇側(cè)軸承溫度分別下降了4.5℃和5.1℃。因此可以得出結(jié)論：采用DQZ型軸瓦，能夠降低混流通風自潤滑軸承溫度，但是效果有限。
　　1.4軸承中增加冷卻水管結(jié)構(gòu)
　　滑動軸承熱量源于軸承內(nèi)部瓦球與軸的摩擦，為了有效將自潤滑電機軸承內(nèi)部熱量帶走，通過在軸承內(nèi)部增設(shè)冷卻水管，外部為用戶預(yù)留法蘭接口，通過外接冷卻循環(huán)水將軸承內(nèi)部熱量帶走，如圖5、圖6所示。對比試驗見表4。

圖5　軸承內(nèi)部增加水管結(jié)構(gòu)圖

圖6　軸承內(nèi)部增加水管圖

表4　試驗對比

　　通過表4可以明顯看出，在軸承通入冷卻水后，伸、尾端軸瓦分別降低了15.5℃和18.1℃，降溫效果非常明顯。由此可以說明：采用軸承中增加冷卻水管結(jié)構(gòu)，能夠有效解決混流通風自潤滑軸承溫度偏高的問題。
　　1.5小結(jié)
　　通過上述軸承設(shè)計方案及試驗數(shù)據(jù)對比分析可以看出：采用軸瓦上方增加擋風板結(jié)構(gòu)不能有效解決混流通風自潤滑軸承溫度偏高的問題。采用DQZ型軸承替換DQY-B型軸承結(jié)構(gòu)，能夠降低軸承溫度，但是降低幅度較小；通過采用軸承外側(cè)安裝軸流風扇結(jié)構(gòu)，軸承軸瓦溫度能夠降低9~11℃；采用軸承中增加冷卻水管結(jié)構(gòu)，軸承溫度可降低15~18℃；因此可以得出以下結(jié)論：混流通風自潤滑電機中；通過采用軸承外側(cè)安裝軸流風扇結(jié)構(gòu)、軸承中增加冷卻水管結(jié)構(gòu)均能有效解決混流通風自潤滑電機軸承溫度偏高的問題。

　　2　結(jié)語
　　軸承在電機中起著支撐軸和其它旋轉(zhuǎn)部件的作用，是極為重要的零部件。軸承溫度高會引發(fā)電機振動、軸承異響、甚至電機抱軸等故障發(fā)生。因此軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計是電機設(shè)計中極為重要的一個環(huán)節(jié)。本文以混流通風自潤滑電機軸承結(jié)構(gòu)作為研究及試驗分析，并從中推薦出解決混流通風自潤滑電機軸承溫度高的軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，希望能夠給予從事電機設(shè)計工作人員一定借鑒和幫助。

　　參考文獻：
　　[1]楊海燕.電機通風散熱的基礎(chǔ)性研究.重慶市電機工程學(xué)會2010年學(xué)術(shù)會議論文集，2010.
　　[2]張勝男，王春瑞，于京平.高壓方向電機內(nèi)部三維溫度場計算與分析.防爆電機，2015.4.
　　[3]陳世坤.電機設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社.2000.

來源：《防爆電機》2018年3期