孫 杰
(上海電氣集團上海電機廠有限公司,上海 200240)
隨著技術(shù)的發(fā)展,電機額定轉(zhuǎn)速要求越來越高,電機振動要求越來越小,轉(zhuǎn)子圓周本體嵌線槽的傳統(tǒng)方法已不適應現(xiàn)今電機的發(fā)展。因此需要研究一種等分精度更加高的轉(zhuǎn)子本體嵌線槽圓周加工的方法。在“西氣東輸”項目20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電機的制造過程中,采用了劃線、旋轉(zhuǎn)角度編碼器新加工方法來加工轉(zhuǎn)子本體等分嵌線槽。
鍛鋼整體轉(zhuǎn)子,一般采用鍛件整體鍛出轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸精加工后,在本體按照規(guī)定的等分要求加工嵌線槽。一般有34,42,68等分要求。如此多的槽加工,等分精度直接影響轉(zhuǎn)軸質(zhì)量的均勻,以致間接影響到轉(zhuǎn)子平衡精度,最后關(guān)乎電機的振動是否達標。
西氣東輸二線天然氣長輸管道壓縮機組進行配套20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機,電動機額定轉(zhuǎn)速3 120~5 040r/min,振速≤2.3mm/s。轉(zhuǎn)子本體嵌線槽結(jié)構(gòu)為34等分槽,長1 380mm。見圖1所示。
圖1 主機轉(zhuǎn)子本體嵌線槽示意圖
圖2 γ252專用開槽機
汽輪發(fā)電機類型的轉(zhuǎn)子本體嵌線槽加工,一般采用大直徑盤銑刀加工。此次加工設備為γ252專用開槽機如圖2所示。轉(zhuǎn)子擱在機床座式軸承座上,機床頭部動力頭夾住轉(zhuǎn)子一端,帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一個角度,大直徑盤銑刀根據(jù)嵌線槽深度開槽加工。
汽輪發(fā)電機類型的電機轉(zhuǎn)子嵌線槽加工可采用以下兩種方法:
1)傳統(tǒng)開槽方法——劃線、等分盤、插銷
2)新開槽方法——劃線、旋轉(zhuǎn)角度編碼器
傳統(tǒng)開槽方法示意圖如圖3所示。
圖3 傳統(tǒng)開槽方法示意圖
在劃線平板利用圓規(guī)、劃針劃出的等分線作參考,再借助等分盤來實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)軸進行嵌線槽圓周等分。這種方法采用插孔進行控制,而孔與孔之間必然存在加工角度偏差,并且所有等分孔的各自尺寸也不同,會造成與插銷配合的誤差,而且插孔時會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。所以,以等分盤為基準等分銑槽,工裝自身的精度、等分盤與插銷配合精度決定了最后嵌線槽的等分精度。這就導致最后電機轉(zhuǎn)子嵌線槽等分精度不是很高。例如20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機轉(zhuǎn)軸外圓φ750,等分盤一個孔公差±0.025mm,34等分其中2個相鄰孔角度誤差在0.4583′,累計誤差15.5′(即等分盤自身等分誤差)。而且,插銷與等分盤孔間隙配合0.03~0.05mm。那么,當?shù)确直P、插銷配合使用時,兩者誤差累加,等分精度遠低于15.5′。
此種開槽方式,適合等分要求較低,平衡要求較低的轉(zhuǎn)軸本體嵌線槽加工方法,但不適合本文的加工對象。
對于本文加工對象,由于比常規(guī)汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速要求高,平衡要求高,傳統(tǒng)開槽方法不適用本文加工對象,必須尋找一種新的開槽方法。
3.2.1 新開槽方法啟發(fā)
數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)具有顯示轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度功能,而且能精確到0.001°。如此高精度的旋轉(zhuǎn)角度,是源于數(shù)控車床車頭有一個旋轉(zhuǎn)角度編碼器,而且旋轉(zhuǎn)角度編碼器是通過電子脈沖來顯示等分,不存在機械等分裝置反向間隙的弊端。那么利用旋轉(zhuǎn)角度編碼器與加工對象直接連接,加工對象旋轉(zhuǎn)任意角度,同時帶動旋轉(zhuǎn)角度編碼器,就能實時反映在旋轉(zhuǎn)角度編碼器顯示器上。
3.2.2 新開槽方法
1)在劃線平板上用圓規(guī)、劃針劃出34等分嵌線槽中心線。等分嵌線槽示意圖如圖4所示。
2) WANG等[6]基于漂移物體的形狀搭建的漂移軌跡預測試驗平臺,通過對漂移物體受風、流和浪單獨影響和綜合影響多種場景下的數(shù)據(jù)進行分析,建立漂移軌跡預測統(tǒng)計模型。
圖4 等分嵌線槽劃線示意圖
2)將電機轉(zhuǎn)子放置在開槽機軸承座上。
3)將開槽機的車頭連接在電機轉(zhuǎn)子的一端,電機轉(zhuǎn)子的另一端通過連接法蘭軸連接旋轉(zhuǎn)角度編碼器器的測頭,示意圖如圖5所示。
4)開槽機按序加工嵌線槽。每加工完一個嵌線槽后,按等分角度旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子,并觀察旋轉(zhuǎn)角度編碼器的顯示器顯示的旋轉(zhuǎn)角度,到達預定的旋轉(zhuǎn)角度后,停止旋轉(zhuǎn)。
圖5 連接示意圖
5)每次旋轉(zhuǎn)后,用劃針檢驗劃線的等分槽線。
3.2.3 新開槽方法優(yōu)點
1)精度高
傳統(tǒng)開槽方法:等分盤等分孔大小不同,等分誤差及與插銷配合誤差導致最后的加工誤差比較大。
新開槽方法:排除一切外在因素誤差。電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),通過連接法蘭,同步帶動旋轉(zhuǎn)角度器測頭,同時顯示器顯示實時旋轉(zhuǎn)角度,精確到0.001°,直至所需的角度為止。圖6為20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機等分開槽實際加工角度記錄表。
2)工裝少
傳統(tǒng)開槽方法:根據(jù)電機轉(zhuǎn)子嵌線槽槽數(shù),需配不同等分的等分盤(即34等分,配34等分的等分盤;44等分,需配44等分的等分盤)。
新開槽方法:連接法蘭中的法蘭盤根據(jù)不同電機轉(zhuǎn)子軸端外圓尺寸替換即可,其它部分無需替換。適用所有等分槽加工,只需計算出每個旋轉(zhuǎn)角度,旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子即可。
3)操作簡便
圖6 加工角度記錄表
傳統(tǒng)開槽方法:等分盤自身比較笨重。安裝時,需與專用開槽機車頭同軸度對好,同時與插銷垂直度要好,否則插銷可能會發(fā)生插不進等分盤的等分孔中。
新開槽方法:不存在安裝問題。只需擰緊連接法蘭上的螺栓,與電機轉(zhuǎn)軸連接即可。
西氣東輸二線天然氣長輸管道壓縮機組配套電機20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機轉(zhuǎn)軸嵌線槽開槽工序已于2011年4月順利完成。8.4t轉(zhuǎn)子低速平衡良好。未加平衡塊前,兩頭不平衡量分別為347g和287g。電機轉(zhuǎn)子成功超速到5 545r/min,同時在工作轉(zhuǎn)速3 120~5 040r/min范圍內(nèi),振速均≤2.3mm/s,符合設計要求。實踐證明,電機轉(zhuǎn)子本體嵌線槽圓周加工方法,大大提高了轉(zhuǎn)軸本體n個嵌線槽的等分精度,降低了轉(zhuǎn)子不平衡量,其加工方法是成功且可行的。在20MW級超高速防爆變頻調(diào)速同步電動機嵌線槽加工中取得的成功經(jīng)驗,對今后類似汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)軸本體嵌線槽加工具推廣借鑒作用。