BCN
CTCTMVNHG
Bộ Công nghiệp
Công ty TNHH Nhà Nớc một thành viên
Chế tạo máy điện Việt Nam-Hungary
Tổ 53, Thị trấn Đông Anh-Hà nội
# "
Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án SXTN độc lập:
Hoàn thiện công nghệ, chế tạo động cơ
điện phòng nổ có cấp công suất từ 0,55 kW đến 45 kW
.
Mã số: DAĐL 2005/09
KS. Hà Đình Minh
Chủ nhiệm Dự án
(Họ, tên và chữ ký)
KS. Hà Đình Minh
Thủ trởng
cơ quan chủ trì Dự án
(Họ, tên, chữ ký và đóng dấu)
Hà Nội, 09-2006
Bản thảo viết xong 09/2006
Báo cáo này đợc viết cho Dự án SXTN độc lập cấp Nhà nớc:
Hoàn thiện công nghệ, chế tạo động cơ điện phòng nổ có cấp công suất
từ 0,55kW đến 45kW
.
III
Bùi Khắc Luận
Nghiên cứu viên
Kỹ s
I,II,III
Bùi Hữu Minh
Nghiên cứu viên
Kỹ s
Vẽ thiết kế
Lê Khắc Tuấn
Nghiên cứu viên
Kỹ s
Thiết kế công nghệ
Nguyễn Ngọc Dũng
Nghiên cứu viên
Kỹ s
Kiểm tra thử nghiệm
Nguyễn Đức Sơn
Nghiên cứu viên
Kỹ s
Kiểm tra thử nghiệm Mục lục
Lời mở đầu
1
Chơng I: Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc
4
I. Tình hình nghiên cứu và triển khai ở nớc ngoài
9
I.2. tính toán răng rãnh, dây quấn stato
9
I.2.1. Chọn số rãnh của 1 pha dới một cực q
1
. 9
I.2.2. Số rãnh stato
9
I.2.3. Bớc răng stato
10
I.2.4. Số vòng dây trong một rãnh u
r
10
I.2.5. Số vòng dây nối tiếp của một pha
10
I.2.6. Chọn mật độ dòng điện
10
I.2.7. Tính mật độ từ thông theo số vòng dây đã tính đợc
10
I.2.8. Tính mật độ từ thông khe hở không khí
I.4.2. Tính sức từ động mạch từ rôto
13
I.4.3. Tính sức từ động khe hở không khí F
13
I.4.4. Tính sức từ động tổng của mạch từ
13
I.4.5. Dòng điện từ hoá lõi thép
13
I.5. Tính toán chế độ làm việc
14
I.5.1.Tính điện trở dây quấn 1 pha r
1
,
điện kháng x
1
của stato
14
I.5.2. Điện trở thanh dẫn rôto
r
2
14
I.5.9. Bội số mômen cực đại
14
I.5.10. Xây dựng đặc tính làm việc của động cơ
14
I.6. Tính toán đặc tính khởi động của động cơ (s=1) 14
I.6.1. Dòng điện khởi động 14
I.6.2. Bội số mô men khởi động m
kd
(hay còn gọi là mômen mở
máy)
15
I.6.3. Xây dựng đặc tính mômen
15
I.6.4. Đặc tính dòng điện I
2
15
I.7. Tính toán nhiệt và tính toán làm mát
15
III.1. Công nghệ chế tạo lá tôn
22
III.2. Công nghệ ép lõi thép
22
III.3. Công nghệ đúc nhôm rôto
22
III.4. Công nghệ chế tạo bối dây stato
22
III.5. Lồng đấu bối dây vào động cơ
22
III.6. Sấy Stato lồng dây
23
III.7. ép stato lồng dây vào thân.
23
III.8. Kiểm tra cao áp và đo điện trở một chiều của động cơ.
23
IV. Công nghệ chế tạo cơ khí và công nghệ lắp ráp
24
I.3. Kiểm tra độ bền cách điện (thời gian 1 phút)
29
I.4. Kiểm tra điện trở thuần của cuộn dây stato
29
I.5. Kiểm tra không tải
29
I.6. Kiểm tra ngắn mạch
29
II. thử nhiệm động cơ điện phòng nổ dãy 3pn
29
II.1. Kiểm tra động theo các bớc từ (2 ữ 6) của chỉ tiêu kiểm tra
xuất xởng
29
II.2. Thử nghiệm va đập của động cơ điện phòng nổ theo tiêu
chuẩn TCVN 7079 0: 2002
29
II.3. Thử mô men xoắn cho cọc đấu dây và đầu cốt theo TCVN
7079 0: 2002
29
II.4. Thử khả năng chịu áp lực của vỏ theo TCVN 7079 1: 2002. 29
II.5. Thử nghiệm không lan truyền cháy nổ theo TCVN 7079 0:
2002
II.10. Thử quá tốc độ, động cơ chạy tốc độ bằng 1,2 n
đm
( tốc độ
định mức )
30
Chơng V: Kết luận và kiến nghị
31
I. Kết luận
31
II. Kiến nghị
31
Lời cảm ơn
32
Tài liệu tham khảo
33
Phụ lục
34 I
Tóm tắt
Hiện nay trên các công trình khai thác mỏ, hầm lò của Việt Nam đang sử dụng rất
nhiều các thiết bị điện mỏ đặc biệt ( làm việc trong môi trờng có nhiều ga và có nguy cơ
cháy nổ cao ) trong đó có động cơ điện phòng nổ. Trong nớc hiện vẫn cha có đơn vị sản
xuất máy điện nào chế tạo đợc động cơ điện phòng nổ, trên thị trờng bên cạnh động cơ
điện phòng nổ của các hãng nổi tiếng của Đức, Nga, Nhật bản,...còn xuất hiện một số loại
động cơ điện phòng nổ kém chất lợng không đảm bảo an toàn do Trung Quốc chế tạo.
Đứng trớc thực trạng đó, Công ty TNHH chế tạo máy điện Việt Nam
Hungary ( viết tắt là VIHEM ) đã bắt tay ngay vào nghiên cứu, thiết kế và chế tạo loại sản
cơ điện phòng nổ, sự kế thừa của công nghệ chế tạo động cơ điện thông thờng vào chế tạo
động cơ điện phòng nổ.
Chơng II: Nêu trình tự thiết kế động cơ điện phòng nổ trong đó có nêu điểm khác biệt
trong thiết kế điện từ giữa động cơ điện phòng nổ và động cơ điện thông thờng, các yêu
cầu nghiêm ngặt đối với kết cấu và chế độ lắp ghép vỏ của động cơ điện phòng nổ (theo
quy định của tiêu chuẩn Việt Nam đối với các thiết bị điện mỏ: TCVN 7079.
Chơng III: Giới thiệu quy trình công nghệ gia công và lắp ráp động cơ điện phòng nổ.
Các công đoạn của công nghệ chế tạo động cơ điện phòng nổ phải tuân thủ theo các yêu
cầu thiết kế động cơ điện phòng nổ và tiêu chuẩn về phòng nổ TCVN 7079.
Chơng IV: Đa ra quy trình thử nghiệm và các chỉ tiêu đánh giá chất lợng động cơ
điện phòng nổ ngoài các mục thử nghiệm nh động cơ điện thông thờng còn có các hạng
mục thử nghiệm đặc biệt nh:
- Thử nghiệm va đập
- Thử nghiệm mô men xoắn
- Thử nghiệm khả năng chịu áp lực của vỏ theo TCVN 7079
- Thử nghiệm không lan truyền cháy nổ theo TCVN 7079
Chơng V: Trình bày những kết luận rút ra sau khi thực hiện xong Dự án, một số
kiến nghị của Công ty dành cho các nhà quản lý.
1
Lời mở đầu
Dự án: Hoàn thiện công nghệ, chế tạo động cơ điện phòng nổ có cấp công suất từ
0,55kW đến 45kW mã số DAĐL 2005/09 và đã đợc Bộ Khoa học Công nghệ phê
duyệt năm 2005 là sự kế thừa kết quả nghiên cứu của đề tài KH-CN cấp Bộ: Chế tạo động
cơ điện phòng nổ có công suất đến 18,5kW mã số: 04-35RD/HĐ-KHCN theo quyết định
số 144/QĐ-KHCN ngày 29/01/2004, một phần kinh phí thực hiện Dự án đợc Nhà nớc hỗ
trợ từ nguồn vốn Ngân sách sự nghiệp khoa học(SNKH). Các thông tin liên quan đến Dự
án nh sau:
nớc số 09 /2005/HĐ - DAĐL ký ngày 19 tháng 5 năm 2005 giữa bên A là Bộ Khoa học
và Công nghệ và bên B là Công ty TNHH Nhà nớc một thành viên chế tạo máy điện Việt
nam Hungary. Theo nội dung của hợp đồng thì bên B sẽ phải hoàn thành các sản phẩm
khoa học công nghệ sau:
Danh mục sản phẩm KHCN
TT Tên sản phẩm
Số
lợng
(Cái)
Các chỉ tiêu kinh tế,
kỹ thuật chủ yếu.
Ghi chú
1 2 3 4 5
1
Động cơ điện phòng nổ có cấp
công suất từ 0,55 kW đến 4,0 kW
tốc độ 1500 vg/ph, điện áp
380/660V.
160 TCVN 7079 - 2002
2
Động cơ điện phòng nổ có cấp
công suất từ 5,5 kW đến 22 kW
tốc độ 1500 vg/ph, điện áp
380/660V.
160 TCVN 7079 - 2002
3
Động cơ điện phòng nổ có cấp
họ.
Hiện nay, các nớc công nghiệp tiên tiến đã chế tạo thành công phòng nổ từ các vật
liệu có độ bền cao, công nghệ đúc vỏ biệt không gây rỗ khí đảm bảo độ cứng vững, các chi
tiết cơ khí đợc gia công chính xác trên các máy gia công tự động CNC nhờ vậy, động cơ
điện phòng nổ có thể làm việc đợc trong các môi trờng khắc nghiệt về nhiệt độ, có nguy
cơ cháy nổ cao, chịu đợc áp lực nổ và đợc sử dụng trong công nghiệp khai thác mỏ, hầm
lò, khai thác dầu khí, chế biến khí đốt, các trạm bơm xăng dầu v.v,.... Động cơ điện phòng
nổ đợc phân loại thành các loại sau: nhóm I, nhóm II, thiết bị có vỏ không xuyên nổ dạng
d, thiết bị tăng cờng độ tin cậy dạng e, thiết bị an toàn tia lửa dạng ia, ib. Tùy theo lĩnh
vực ngời ta lựa chọn sử dụng động cơ phòng nổ có cấp độ an toàn nổ khác nhau.
Về tiêu chuẩn đánh giá, các nớc tiên tiến thờng có các tiêu chuẩn riêng của mình
để đánh giá chất lợng động cơ điện phòng nổ. Ví dụ: ở Mỹ theo tiêu chuẩn EEEL; ở Đức
có tiêu chuẩn DIN; ở Hungari có tiêu chuẩn MSZ; ở Nhật Bản áp dụng tiêu chuẩn JIS; ở
Nga áp dụng GOST; ở Cộng hoà Séc lấy theo tiêu chuẩn CSN,.v.v... Nhng ngày nay, trong
xu thế hội nhập và toàn cầu hoá, các nớc đều lấy tiêu chuẩn Quốc tế IEC ( IEC79-3, IEC
79-4, IEC 79-8, IEC 79-9, IEC 529: 1989, IEC 755: 1983, IEC 34-5, IEC 34-6, IEC 317-
3:1990, IEC 68-2-27, v.v,...) làm tiêu chuẩn chung.
Tóm lại, đối với các n
ớc có nền công nghiệp tiên tiến, việc thiết kế, chế tạo động cơ
điện phòng nổ đã trở thành lĩnh vực sản xuất truyền thống.
5
II. Tình hình nghiên cứu và triển khai trong nớc:
Hiện nay, phần lớn các đơn vị sản xuất, sửa chữa thiết bị điện, máy điện trong nớc
mới chỉ tham gia sửa chữa các động cơ điện phòng nổ gồm VIHEM, Công ty cơ điện mỏ
(Cẩm Phả) và CTAMAD. Tổng Công ty Than Việt Nam là khách hàng chủ yếu của các
Công ty nói trên.
Công ty VIHEM qua quá trình nghiên cứu trên cơ sở khảo sát các động cơ phòng nổ
của các nớc phát triển do khách hàng mang đến sửa chữa, tra cứu các tiêu chuẩn về thiết
bị phòng nổ, các catalogue động cơ điện phòng nổ của các hãng nổi tiếng qua khảo sát
18,5kW mã số: 04-35RD/HĐ-KHCN theo quyết định số 144/QĐ-KHCN ngày
29/01/2004 .
- Trong nớc đã có hai trung tâm thử nghiệm có đủ năng lực để thử nổ và cấp giấy phép
lu hành cho động cơ điện phòng nổ đạt chất lợng là Trung tâm Jica tại Quảng Ninh,
Trung tâm kiểm định KTATCN I
.
7
Chơng iI: Tính toán thiết kế động cơ điện phòng nổ
Lựa chọn thiết kế động cơ điện phòng nổ [1]
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều kiểu động cơ điện phòng nổ có các cấp độ phòng nổ khác
nhau nh: động cơ điện phòng nổ an toàn tia lửa - dạng bảo vệ i, động cơ điện phòng nổ có vỏ
không xuyên nổ - dạng bảo vệ d, v.v... nhng động cơ điện phòng nổ phổ dụng nhất là kiểu có
vỏ không xuyên nổ dạng bảo vệ d có kết cấu và yêu cầu công nghệ gia công phù hợp với công
nghệ sẵn có của Việt Nam nói chung và công nghệ sẵn có của Công ty VIHEM nói riêng nên
Công ty VIHEM đã lựa chọn thiết kế, chế tạo động cơ điện phòng nổ có vỏ không xuyên nổ - dạng
bảo vệ d cho Dự án sản xuất thử nghiệm này.
Các thông số kỹ thuật liên quan đến cấp độ bảo vệ nổ của động cơ phòng nổ VIHEM thiết kế,
chế tạo trong Dự án:
- Kiểu bảo vệ phòng nổ: ExdI .
- Ex là ký hiệu biểu thị cho thiết bị điện phòng nổ
- d là dạng bảo vệ nổ dạng d có vỏ không xuyên nổ
- I là dạng bảo vệ nổ nhóm I
(Các thông số kỹ thuật của động cơ điện phòng nổ do VIHEM chế tạo và của thế giới đợc thể
hiện trong phụ lục 1 và 2 của báo cáo này).
Các thông số kỹ thuật đầu vào cho thiết kế động cơ phòng nổ:
Đối với động cơ phòng nổ, phần thiết kế điện từ phải đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật dới đây:
- Công suất định mức của động cơ P
2
- Cấp bảo vệ động cơ (IP44 hoặc IP55).
- Cấp cách điện cấp F
- Điều kiện môi trờng: độ ẩm, nhiệt độ, áp suất khí quyển.
- Kiểu làm mát thông gió (IC).
- Kiểu lắp đặt, kích thớc lắp đặt: Chiều cao tâm trục, toạ độ chân đế, kích thớc bao...
I. thiết kế điện từ [2][3]
Từ các thông số yêu cầu trên, việc tính toán thiết kế điện từ động cơ điện phòng nổ kiểu
3PN có công suât từ 0,55kW ữ 45kW cũng tơng tự nh trình tự thiết kế động cơ không
đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc. Dới đây là các bớc tính toán thiết kế động cơ điện phòng
nổ:
I.1 Tính toán các kích thớc chính lõi thép động cơ:
I.1.1. Vật liệu lõi thép:
Sử dụng tôn silíc 2212 dày =0,5 mm của Nga.
I.1.2. Các kích thớc chính của lõi thép:
Kích thớc chính của lõi thép gồm: Đờng kính trong lõi thép D, chiều dài lõi thép l
.
Các kích thớc này phụ thuộc vào công suất tính toán của động cơ P'(kVA); tốc độ quay
của từ trờng
p
f..2.
=
1
(rad/s) (tốc độ đồng bộ); mật độ tự cảm ở khe hở không khí
B
(T); phụ tải đờng A(A/cm).
I.1.3. Thể tích động cơ xác định theo công thức sau:
11
2
Đờng kính trong của lõi thép stato D tính theo đờng kính ngoài và tốc độ đồng bộ
của động cơ:
D
n
= (1,75 ữ 1,85).D với 2p =2.
D
n
= (1,55 ữ 1,65).D với 2p =4.
D
n
= (1,4 ữ 1,5 ).D với 2p =6 ữ 8.
I.1.6. Chiều dài tính toán của lõi thép:
Chiều dài tính toán của lõi thép đợc tính theo công thức:
);(
......
'.10.1,6
2
11
cm
BADnkk
P
l
dqs
=
Trong đó : - k
s
hệ số sóng, khi sóng hình sin k
kinh nghiệm thiết kế.
Đối với động cơ điện phòng nổ để giảm độ tăng nhiệt của cuộn dây và lõi thép nhằm
giảm nguy cơ cháy nổ do nhiệt, khi thiết kế chọn mật độ từ cảm B
, phụ tải đờng A thấp
hơn (20 ữ 25)% so với động cơ điện bình thờng. Nghĩa là cùng công suất, tốc độ thì thể
tích (D
2
.l
) của động cơ điện phòng nổ sẽ lớn hơn thể tích của động cơ điện bình thờng.
I.2. tính toán răng rãnh, dây quấn stato:
I.2.1. Chọn số rnh của 1 pha dới một cực q
1
.
I.2.2. Số rnh stato:
Z
1
= 2pmq
110
Trong đó: m số pha m =3;
2p số đôi cực.
I.2.3. Bớc răng stato:
1
1
.
qpW
r
I.2.6. Chọn mật độ dòng điện:
)/(
.
=
2
1
mmA
A
JA
J
Trong đó: - AJ chọn theo đồ thị (A
2
/cm.mm
2
);
- J
1
mật độ dòng điện trong dây quấn stato (A/mm
2
).
Chọn mật độ dòng điện phụ thuộc kiểu bảo vệ IP, Đờng kính ngoài lõi thép, tốc độ
động cơ.
Đối với động cơ điện phòng nổ chọn mật độ dòng điện trong dây dẫn nhỏ hơn
(15 ữ20)% so với động cơ bình thờng.
Từ mật độ dòng điện đã chọn ta tính ra tiết diện dây dẫn:
l
B
..
=
(T)
I.2.9. Thiết kế rnh stato:
- Dạng rãnh của động cơ điện phòng nổ cũng đợc thiết kế giống nh rãnh của động
cơ điện bình thờng.
- Đối với động cơ điện công suất từ (0,55kWữ45kW) thờng chọn kiểu rãnh stato
hình quả lê hoặc hình thang (răng có cạnh song song);
- Các kích thớc của rãnh đợc thiết kế dựa vào tiêt diện dây đồng trong rãnh, mật độ từ
thông trên răng, trên gông.
- từ số vòng dây trong một rãnh, tiết diện dây dẫn, cách lót cách điện ta sẽ kiểm tra hệ
số lấp đầy rãnh
r
cu
cu
S
S
k
=
hệ số k
Khi 2p 2 thì
3
10..5,125,0
+= D
(mm);
- Với máy có công suât P 20kW thì khe hở không khí đợc xác định theo:
))(
2
9
1(
1200
mm
p
D
+
I.3.2. Số rnh rôto:
Việc chọn số rãnh rôto lồng sóc Z
2
là một vấn đề rất quan trọng, vì khe hở của động
cơ có công suất từ 0,55kWữ45kW rất nhỏ nên khi khởi động mômen phụ do từ trờng
sóng bậc cao gây nên ảnh hởng rất lớn đến quá trình khởi động cũng nh đặc tính làm
việc. Đặc biệt đối với động cơ điện phòng nổ cần thiết kế răng, rãnh rôto phối hợp với
răng, rãnh stato sao cho động cơ có thời gian khởi động ngắn, đặc tính làm việc tốt.
- Số rãnh rôto đợc tính theo công thức:
Z
2
dòng trong thanh dẫn J
td
=(2,5 ữ3,5) A/mm
2
.
- Diện tích rãnh rôto:
2
2
2
J
I
S
r
=
(mm
2
).
I.3.4. Kiểm tra mật độ từ cảm:
Mật độ từ cảm ở răng rôto (B
Z2
), gông rôto (B
g2
) đợc tính toán kiểm tra lại sau khi đã
thiết kế rãnh. Trị số mật độ tự cảm phải nằm trong phạm vi cho phép.
I.3.5. Đờng kính trục rôto:
Đờng kính trục rôto đợc tính theo công thức:
D
trục
= k.D
n
;
I.4.5. Dòng điện từ hoá lõi thép:
14
11
...9,0
dq
à
kwm
Fp
I
=
I.5. Tính toán chế độ làm việc:
I.5.1. Tính điện trở dây quấn 1 pha r
1
,
điện kháng x
1
của stato.
I.5.2. Điện trở thanh dẫn rôto
r
2
, điện kháng x
2
.
2
=P
1
-P ; (P là tổng các tổn hao).
I.5.7. Hiệu suất động cơ:
1
1
P
P
=
I.5.8. Hệ số công suất của động cơ Cos
.
I.5.9. Bội số mômen cực đại:
)(
M
M
m
dm
max
max
32
ữ==
lần;
I.5.10. Xây dựng đặc tính làm việc của động cơ:
I
- Bội số dòng điện khởi động quá lớn sẽ làm ảnh hởng tới lới điện, rất dễ phát sinh
hồ quang. Đối với động cơ điện Phòng nổ điều này không thể chấp nhận đợc, vì vậy khi
thiết kế động cơ điện phòng nổ bội số dòng điện mở máy đợc khống chế trong phạm vi:
)65(
ữ==
dm
mm
kd
I
I
i
lần
I.6.2. Bội số mô men khởi động m
kd
(hay còn gọi là mômen mở máy):
Đây là yêu cầu quan trọng đối với rôto lồng sóc đặc biệt là động cơ điện phòng nổ. Yêu
cầu mômen mở máy phải đủ lớn để thắng đợc mômen cản ban đầu, và đảm bảo đợc thời
gian khởi động ngắn:
),(
M
M
m
dm
kd
kd
251
ữ==
lần;
I.6.3. Xây dựng đặc tính mômen:
ngoài lõi thép, tốc độ, kiểu bảo vệ IP.
I.7.2. Tính toán làm mát:
- Đối với động cơ kiểu bảo vệ IP23, cần thể tích không khí làm mát trên giây tính theo :
t
p
Q
B
.1100
=
(m
3
/giây);
Trong đó: - p tổng tổn hao trong động cơ ở chế độ định mức.
- t độ tăng nhiệt của không khí t = t
2
-t
1
trong đó t
1
là nhiệt độ không
khí nguội vào động cơ, t
2
là nhiệt độ không khí nóng ra khỏi động cơ.
- Đối với động cơ điện phòng nổ kiểu bảo vệ IP55, cần thể tích không khí làm mát trên
giây tính theo:
t
Pk
100
6,0
3'
n
DQ
aB
=
(m
3
/giây);
17
Thiết kế quạt gió yêu cầu lợng không khí làm mát lớn hơn lợng không khí cần thiết
làm mát động cơ Q'
B
>Q
B.
ii. Thiết kế kết cấu
Kết cấu của động cơ điện phòng nổ phải đạt các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật
( cấp bảo vệ, kiểu kết cấu, kích thớc lắp đặt, kích thớc bao ... ) và các yêu cầu về an toàn
cháy nổ khi động cơ làm việc trong môi trờng có nguy cơ cháy nổ cao.
Động cơ điện phòng nổ cũng nh động cơ điện thông dụng khác, gồm có 2 phần chính:
- Phần tĩnh (stato) gồm : thân, nắp, lõi thép stato, cuộn dây, cụm hộp cực...
- Phần quay (rôto) gồm : rôto trên trục, quạt gió...
Trong động cơ điện phòng nổ phần quay tơng tự nh động cơ điện thông dụng nên ta
không đi sâu vào vấn đề này mà đi sâu vào nghiên cứu thiết kế phần tĩnh.
Nh ta đã biết động cơ điện phòng nổ phục vụ cho các ngành công nghiệp khai thác dầu
mỏ, khí đốt, cơ sở sản xuất các sản phẩm dầu mỏ, hoá dầu, hoá chất và các lĩnh vực dễ
cháy nổ khác nên động cơ điện phòng nổ phải có kết cấu vững chắc, độ kín khít cao, chịu
đợc áp lực của môi trờng sử dụng và trong quá trình vận hành không gây ra tia lửa vì vậy
Copyright: Tài liệu đại học ©