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《电气防爆》2010,3
增安型同步电动机定子机架的结构优化设计
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增安型同步电动机定子机架的结构优化设计
陈建如',范进桢,吴宣东',李书强
(1.南阳防爆集团股份有限公司,河南南阳473008
2.上海交通大学博土后流动站,上海200240)
〔关键词]同步电动机; ANSYS;机架;优化设计
[摘要]以增安型同步电动机的定子机架为研究对象,利用有限元软件 ANSYS,对其各
种工况进行强度和变形分析。在满足刚度与强度设计要求下,以机架的总重量最小为优化目
标,优化后的机架重量比原设计减少10%。
[中图分类号]1M341[文献标识码]A[文章编号]1004-91862010)03-0033-04
Optimum Structural Desin on Stator Frame for Increased Safe Synchronous Motor
CHEN Jian-ru, FAN Jin-zhen, WU Xuan-dong, Lf Shu-qian
(1. Nanyang Erplsion Proection Group Co., Lid, Henan Nanyang 473008;
2.SanghaiComumuiionUnisiyCclaingPog-dotoralPosgs,Shonghai200240
Key words: synchronous motor; ANSYS; frame ;optimum design
A rac It is aal zed e in ensity and dentalia on under the ifferent types of operating con
ditions, taking an stator frame of increased safe synchronous motor as the subject investigated, utilizing
finite element software-ansys. In premis of no change for the rigidity and intensity of the material
used, the optimization objective is to minimize the otal weight for the frame. As result, it is about 10%
of total weight decreased compared to those of original design
0引言
的前提下对板的厚度、筋板厚度、吊攀直径等进行
优化,达到减轻机架重量、节省材料的目的。
南阳防爆集团股份有限公司研制的增安型同
步电动机是集防爆技术、电力电子技术、自动控制1机架结构的力学模型
技术、电机技术为一体的高新技术产品,广泛应用
机架的力学模型如图1所示。
在石油、化工、制冷等具有爆炸危险气体的行业,
增安型同步电动机定子机架主要由前后端
用于拖动往复式压缩机。在增安型同步电动机板、吊攀、斜筋板、墊板和螺杆部分组成,整个几何
中,定子机架是很重要的部件,其力学结构强、刚结构对称分布。为了提高计算精度,在结构离散
度以及寿命等因素直接制约着整个同步电动机的网络化时,对前后端板、吊礬、斜筋板、垫板连接处
性能。在同步电动机的设计过程中,对定子机架的网格单元划分密一些。
强度的计算与校核是必不可少的。但由于定子支1.1边界条件
架结构比较复杂,而且考虑到装配工况,无法利用
机架材料为Q235A,其屈服极限为235MPa
经典计算方法给出机架结构的最大应力、应力分在静载下比例极限可以取得200MPa,考虑安全
布趋势等重要数据。为了对同步电动机进一步技系数后,得到强度极限为113MPa,强性模量E为
术改造,使结构趋于等应力结构,利用有限元对机196~216GPa
架结构进行强度和刚度分析,在满足强度和刚度
(1)吊攀全约束;
收稿日期]2010-06-05
[作者简介]陈建如,男,1968年生,工程师,主要从事电机设计工作。
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增安型同步电动机定子机架的结构优化设计
《电气防爆》2010,3
(2)定子支架重力;
由图3和图4可知,机架的最大综合位移为
(3)同步电动机重力为100.94×10N,起吊0.194mm;机架最大等效应力为21.5MPa,发生在
时乘以3倍的静功荷;利用余弦载荷施加于筋板吊攀处。
上,用分布载荷施加于螺栓上。
)AL SOLUJTION
TYPE NUM
SUM【AVG)
图3综合变形图
图1机架的模型
NOI]AL SOLUTION
4)同步电动机力矩为8.91x10(N?m,突然
短路时力矩为正常运转时的7倍。有限元模型如
图2所示
ELEMENTS
4综合应力图
(2)装配后
由图5和图6可知,定子机架在倾斜45°条件
63!9
下,机架最大综合位移为0.198m;定子机架最
图2动载荷下有限元模型
大等效应力为19.8MPa.发生吊攀处。
1.2载荷工况
NQDAL SOLUTIO
定子机架的主要工况包括:起吊工况、装配、
正常运转、短路。
机架在起吊瞬间,由于产生很大的加速度,将
产生很大的冲击,我们将这种作用定为结构的第
载荷工况;定子装配后,定子磁极重量通过螺栓
对筋板的作用作为第二载荷工况,这种作用力作
为分布载荷来处理,整体安装在增安型同步电动
机底座后,正常运转时,无冲击状态下,此冲击载
荷为第三载荷工况;考虑到电动机的短路对机架
有很大冲击,此冲击載荷为第四载荷工况。
09R-0
902-02
臼5综合变形图
2变形结果与分析
(3)正常运转
(1)起吊工况变形结果
由图7和图8可知,机架的最大综合位移为