往复式压缩机用中型高压防爆电机的设计要点分析

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1、往复式压缩机用中型高压防爆电机的设计要点分析-机电论文往复式压缩机用中型高压防爆电机的设计要点分析陈彩1，2田儒彰3（1.福建省产品质量检验研究院，福建福州350002；2.福州大学，福建福州350116；3.中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400050）摘要：针对往复压缩机用电机的工况特性，提出了该类电机的设计要点，依据负载特性、启动特性，对防爆型式选择、转动惯量选择、服务系数选择、电磁噪声控制、低速自扇冷却、成本控制等方面进行了系统阐述。关键词：往复式压缩机；电机；转

2、动惯量；设计；服务系数；电磁噪声0引言煤层气作为世界上最重要的非常规天然气资源之一，在我国已进入商业化生产阶段［1］。煤层气的利用需要采用LNG、CNG手段，要用往复式压缩机进行液化或压缩。然而，往复式压缩机的负载的时变性、大惯量等工况特性，对电机提出了不同于水泵、矿用风机等机械的设计要求，本文根据往复式压缩机的特性，系统阐述了驱动此类机械用电机的设计要点。1往复式压缩机的工况特性1.1负载特性由于往复式压缩机阻力矩My′随曲柄转角θ在变化，而每一瞬时的驱动力矩Md与My′不相等，从而使曲轴瞬时转速变化，曲轴存

3、在瞬时角加速度ε，见式（1）。My′-Md=-Jε（1）式中，My′为压缩机阻力矩；Md为瞬时的驱动力矩；J为机组中全部旋转质量的转动惯量；ε为曲轴瞬时角加速度。对于异步电机—压缩机机组，压缩机和传动机构旋转零件的惯量特性应使旋转波动减至最小，旋转系统的最大转速波动应限制在全负荷时额定转速的1.5%。机组的旋转零件的综合惯量应足以限制电机电流变化值不超过所有规定负荷条件下满负荷电流的40%［2］，以避免压缩机振动、电机电流波动过大影响到电网的电压脉动。另外，往复式压缩机属于低速负载，转速一般都是在500～100

4、0r/min之间，以8、10、12极居多，带联轴器驱动，这类电机的固有频率和电磁场频率非常接近，甚至有交叉。1.2启动特性根据往复式压缩机技术标准要求［2］，在电压下降到额定电压的80%或其他规定值下时，电机的启动扭矩应符合被驱动设备的要求，电机应在15s或其他购卖双方同意的时间段内加速到全速。只要在气缸端卸荷或所有级100%旁路时，不需要降低任何级正常吸气压力，电机启动扭矩应足够启动压缩机。由于拖动的转动惯量增加，启动压降造成的启动转矩成平方关系下降，这就会造成电机启动时间长从而导致启动过程中发热量大。2设计

5、要点2.1选择合适的防爆型式由于煤层气的易燃、易爆属性，LNG、CNG往复式压缩机配套用电机必须防爆，可以选择的防爆型式有正压型、增安型、隔爆型等，对往复式压缩机用中型高压防爆电机而言，应优先选用隔爆型。隔爆型的优势如下［3］：（1）往复式压缩机用中型高压隔爆型电机比正压型、增安型节约成本，GB3836—2010执行之后，正压型、增安型电机要通过相关试验，成本激增。（2）往复式压缩机用中型高压隔爆型电机不需要吹扫装置，比正压型、增安型电机运行维护方便，且更有利于在矿山的机动运行。（3）往复式压缩机用中型高压防爆

6、电机机座号在H560及以下，隔爆腔体小于6000cm3，符合国家及国际标准中关于隔爆接合面参数的规定，按隔爆型设计正合适。（4）往复式压缩机用中型高压防爆电机属于低速电机，按隔爆型设计避免了高速隔爆型电机容易出现的抱轴问题。2.2保证足够的转动惯量，减小电流波动从往复式压缩机的负载特性可知，为最大程度控制电流波动，应使瞬时加速度ε尽可能小，故应力争使转动惯量J增大［45］，因此一般会希望电机的转动惯量比较大。根据转子转动惯量的计算关系式（2）可知，若要增加电机的转动惯量，最有效的是增加转子外圆、其次是增加铁芯

7、长度。因此，宜采用较大的转子外径、短粗结构。J∝D2L（2）式中，J为电机转动惯量；D为电机转子外径；L为电机铁芯长度。值得注意的是，如果压缩机和电机的转动惯量不能满足要求，还需要增加飞轮，用以增大转动惯量J，电机转子中的风扇、平衡环都可以通过加大外径或提高质量来增大电机的J，进而提高整个系统的飞轮力矩，以保证电流波动在合理范围内。2.3提高启动特性，减小启动温升根据往复式压缩机用电机的启动特性要求，要求电机提高启动转矩倍数，降低启动电流倍数，以尽量降低启动温升。根据文献［6］，驱动化工压缩机的电机启动转矩倍数

8、一般要达到0.6倍，考虑到80%额定电压时的启动，启动转矩倍数应达到0.9方能满足最恶劣工况时的正常启动要求。在电机设计时，电机转子槽型应优先采用凸形槽，同时适当加深，以增加集肤效应，增加转子启动电阻，从而提高启动转矩；增加转子槽总面积和端环截面积，以降低转子发热量。对于大容量电机，采用发热量小的铜条转子。在满足最大转矩要求的前提下，选用较小的Bδ和较大的线负荷A，以降低启动电流，获得