摘要：本文介绍了一种用于旋转雾化器的国产化高速电机，并测试了该电机的各项性能参数，最后描述了其在实际工程中的应用情况。
关键词：旋转雾化器；高速电机；国产化
1.国产化背景
长期以来，国内焚烧厂普遍存在烟气净化核心设备旋转雾化器依赖进口，初投资和维护成本高，竞争优势不突出等问题。为应对越来越激烈的市场竞争，抓住“十三五”新的发展，实现烟气净化核心设备国产化、降低投资和运营成本，提升烟气净化核心技术和产品在垃圾焚烧领域全国范围内的核心竞争力，进行烟气净化核心技术引进、集成创新和自主研发已成为一项必要而紧迫的任务。
旋转喷雾半干法＋干法组合工艺可达到欧盟2010烟气污染物排放标准，是目前国内最主流的工艺。张嘉澍等人通过对全国范围内可搜集到的470多座垃圾焚烧厂的烟气工艺统计信息整理发现，包含“半干法”工艺的项目有450座以上，占统计数量的95%以上[1]，且新项目脱酸工艺基本都采用半干法。然而，半干法的核心设备旋转雾化器却长期依赖进口，设备投资大，且服务响应周期长。目前市面上使用最多的三种进口雾化器品牌分别是比利时SEGHERS、美国KS和丹麦NIRO。例如深能源旗下深圳南山、盐田和龙岗厂使用SEGHERS雾化器；上海环境旗下南京、金山和江桥厂使用KS雾化器；天津泰达的双港厂使用NIRO雾化器。
2.旋转雾化器
半干法脱酸使用石灰浆雾化的目的在于将料液分散成为微小的雾滴，雾滴的平均直径一般为20-80μm，因此具有很大的比表面积[2]。液滴大小主要取决于雾化器转速和浆液量[3]。当其与热空气接触时，两者之间就会发生传质传热，使得雾滴迅速气化而成为粉末或颗粒状成品。雾滴大小和均匀程度对产品质量和技术经济指标影响很大，特别是对于热敏性物料的干燥尤为重要。如果喷出的雾滴很不均匀，就会出现还没有达到干燥要求的大雾滴，而小雾滴却已经干燥过度或受热变质。因此，使石灰浆雾化所用的旋转雾化器是核心设备，也是专家们从理论到结构研究最多的内容。
典型的旋转式雾化器总体结构主要包括驱动部分和喷雾部分两个部分。驱动部分的电机输出轴和大带轮之间、小带轮和雾化器主轴之间都是通过键进行连接，电机动力由大带轮通过挠性多楔带传给小带轮，这样可以对给料速率的波动和雾化盘的任何微小失衡予以补偿，缓和了载荷冲击，皮带传动运行比较平稳，也可防止过载时其它零件受到损坏。喷雾部分由料液分配盘和雾化盘组成，料液分配盘将石灰浆均匀地送入雾化盘，雾化盘随旋转式雾化器主轴速旋转，石灰浆液从雾化转盘喷嘴中喷射出来，达到雾化的效果。
本文主要介绍了国产雾化器的高速电机中的高速转子轴、定子的设计、制造、检测，以及转子轴的高速动平衡试验方法、检测等内容。
3.高速电机
电机设计的理论基础是电磁场理论，线圈通入电流产生磁场，将电能转化为机械能驱动转子运动。根据电磁场理论，可以设计出任何速度的电机，只要控制磁场的频率、电压、电流就可以产生任意转速的磁场。磁场通过气隙将电能转化为机械能，驱动转子运转。但是在工程实践中，由于受材料、轴承、加工精度、电气控制（变频器）等基础技术的限制，国产化的高速电机的设计和运行一直是一个技术难题。尤其是对于在恶劣环境下运行的高速电机，其设计和工程运行更是如此，需要克服许多新的技术难题。在经历了调研、比较、选择、理论分析、第一次电机试验、整机试验、返回理论、解决关键技术点、电机优化、工程验证等一系列工作，通过相关单位的不懈努力及反复试验，最终完成了本文要重点介绍的这款高速电机。
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图1高速电机整体、定子与转子实物图
3.1高速电机参数介绍
本款高速电机的主要性能参数如下：
额定转速为16200rpm，额定功率为55kW，额定频率为270Hz，额定电流为102A，输入电压为380V~460V，极数为2，扭矩为32.5N•m，轴向跳动≤0.005mm，动平衡G0.4，最大负荷为8.86m³/h。
3.2高速电机性能介绍
本款高速电机，为交流异步电机，为铸铝转子电机，其设计原理是鼠笼式电机原理。异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。这款电机槽型及槽配合方面形成了自主创新技术，明显优于普通电机，采用的是36/30槽配合，加上定子采用平底槽型，转子采用多级槽型结构，来解决电机发热、抖动、噪音等问题。材料采用高导磁率、低损耗、厚度薄的高性能硅钢材质，定子绕线采用了双层叠绕，来解决定子槽形漏抗、转子槽形漏抗、转子谐波漏抗等等。
本款高速电机电磁线及引接线采用H级耐高温，浸漆方式是真空浸漆，提高电机的使用寿命及耐温、耐潮的能力。另外，电机检测项目较多，主要分为：
1）高强度耐压试验，1800V持续一分钟，考验电机的耐压能力；
2）匝间绝缘试验，主要考验电机的耐冲击能力及绝缘性能；
3）电桥测试三相电阻是否平衡等等。
这些指标，保证了电机的性能指标。
3.3高速电机测试
本款高速电机邀请专业单位对其进行了专业测试，主要测试了以下6项内容，分别是电机耐压试验、电机匝间绝缘试验、电机接地试验、动平衡试验、轴伸跳动试验和电机振动试验，具体内容详见下表。
表1高速电机测试内容
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经各项测试后发现，国产高速电机在耐压试验、绝缘试验、接地试验、动平衡试验、跳动试验以及振动试验中表现良好，裸轴振动试验非常平稳，各项性能参数满足标准要求，达到了工程应用的水准。
3.4高速电机工程实证
第一次使用国产高速电机时，要求变频器是矢量型变频器，设定正确参数及自学习后，冷却系统启动后(短时间操作可以不启动冷却系统)，方可进行调试，并在调速的时候，监控电机的空载电流情况，一般不大于额定电流的30%。电机正常启动后，监控电机的噪音、温升及振动情况，发现问题，及时排除原因，切勿带病作业。以下为高速电机在焚烧厂中运用的两个实例说明。
1）A焚烧厂应用案例
A焚烧厂雾化器电机故障，通过查找原因，发现是转子轴损坏。因此，本次维修内容包括：更换了一根全新的转子轴及相关零配件，测量轴承室尺寸和形状，并对定子和温度传感器进行检测和维修，最后组装完成后进行高速动平衡试验和检测。通过一系列的维修，最终电机的各项参数符合要求，并在A焚烧厂运转良好。
2）B焚烧厂应用案例
B焚烧厂雾化器电机故障，拆除整机，因扫膛严重，下轴承需要采取特殊的方法进行拆除，清理内部的石灰浆、管路、壳体和零件等。转子维修时，将转子尺寸调整到109.4mm之后测试其性能，各项参数合格，可以正常使用。接着再根据维修好的转子重新设计定子，并制造专用工装保证定子的制造质量，完成制造后测试定子各项参数是否合格。
当转子和定子均维修或制造完成后，更换相应的零部件及配件，装配好整机，对整机进行动平衡、振动等各项试验。出厂前验收合格后，送往焚烧厂装配并调试，直到正常运行。通过一系列的维修、测试及现场调试，最终电机的各项参数符合要求，并在B焚烧厂运转良好。
4.本文结论
本文介绍了一种用于旋转雾化器的国产化高速电机，通过各项严格的测试项目，该电机在耐压试验、绝缘试验、接地试验、动平衡试验、跳动试验以及振动试验中表现良好，各项性能参数满足标准要求，并在多个实际工程项目中运行良好，达到了工程应用的水准。
参考文献
[1]张嘉澍,宋学顶，王梦瑶.国内生活垃圾焚烧烟气净化工艺配置变化趋势统计分析研究[J].工程技术,2019,1:269-270.
[2]孙中涛,刘露.垃圾焚烧烟气脱酸工艺选择及应用[J].环境卫生工程,2018,26（6）:93-96.
[3]曾纪进,陈国艳，段翠九.旋转喷雾半干法烟气净化技术研究进展[J].中国环保产业,2013,11:48-51.
论文作者:荆超1,宋学顶2,周洪权2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/16
标签：电机论文; 雾化器论文; 转子论文; 定子论文; 雾滴论文; 烟气论文; 动平衡论文; 《电力设备》2019年第20期论文;