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电机高效再制造及其应用孙晨阳

发表时间：2021/5/10 来源：《基层建设》2021年第1期作者：孙晨阳付继昊

[导读] 摘要：简单介绍低压电机再制造修复工艺，重点介绍了轴和端盖的修复方案。

        中车永济电机有限公司山西永济 044502
        摘要：简单介绍低压电机再制造修复工艺，重点介绍了轴和端盖的修复方案。该方案应用了新的技术和设备，采用环保、高效的修复工艺，提高了材料的利用率和生产效率。
        关键词：电机高效；再制造；应用
        引言
        我国从2011年起正式启动电机高效再制造工程，2013年又发布了《电机能效提升计划（2013-2015年）》，该计划明确提出计划期内累计淘汰在用低效电机1.6亿千瓦（其中2015年6000万千瓦），累计实现高效再制造电机2000万千瓦。随着计划的推进与实施，有大量老电机面临着无法得到有效改善的局面，因此大力推广和提高电机高效再制造产业显得尤为重要，也是我国实现节能减排任务的一个重要方面。
        1高效再制造对电机的重要性分析
        对电机进行高效再制造，和平时经常进行电机维修与返修有所不同，对于电机维修与返修，是指采用传统方法与一般性能材料对电机实施维修与返修，完成返修后，质量会因厂家的不同而有所差异，而且质量评价时无统一标准，返修后电机的性能会有一定程度的下降。而对电机进行的高效再制造指的是对低效电机进行重新设计，通过适当的拆解，尽可能地利用原有部件，并对绝缘、轴承与绕组等在内的部件进行更新，利用先进技术与性能较高的材料，根据相关质量标准，采用严格的检测与分析方法，通过再制造形成新的高效电机，也可以形成专门的节能电机。在完成再制造以后，电机的性能不会发生变化，而且还能有一定程度的提高。若可以对国家计划进行淘汰的电机实施再制造，提高2%～3%的实际能效，则能节省5.0～8.0×109kW•h的电能。对电机进行高效再制造，是使电机制造产业实现循环绿色发展目标的重要途径，通过对电机进行的高效再制造，能促使电机制造整个产业链得到延伸，使电机焕发出全新活力与生命力，使电机制造从简单的先制造、再使用，然后报废、最后废品回收变成制造、使用、报废、再制造、再使用、再报废和废品回收，以此发挥电机制造产业具有的价值。与新品制造对比，对于再制造电机，能减少50%的成本、减少60%的能耗和减少70%的材料。
        2电机高效再制造基本工艺方法
        （1）对于电机的外壳，在进行拆解时，需要注意对电机机座及端盖进行保护，避免破损，尤其是端盖和机座止口之间的配合面及端盖轴承室中的内圆面，应进行加装保护，利用喷砂设备对其表面进行清理。（2）对于定子与绕组，在进行拆解和再制造过程中，不能使用传统的对线圈进行火烧的方法，而是要通过机床切割、采用液压设备进行挤压与采用可控加热设备进行加热对铁心与线圈进行分离。完成分离后，具体的再制造工序和新电机的生产制造完全相同，包括绕组的设计与下线、接线。（3）对于转子，大多通过过盈配合在转轴上进行装配，采用普通方法难以拆解。由于转轴和转子铁心两个部分的受热膨胀系数存在一定差别，所以可充分利用该特性，在实际的制造过程中，先借助加热设备适当加热转子的表面，在受热达到膨胀后，能很容易地对轴和转子铁心进行分离。将新轴加工好后，也可使用相同的方法将其压入，然后，进行平衡检测，检测确认合格后，通过加热将其安装于转轴。（4）对于电机转轴，在进行拆解时，需借助中频感应设备在转子铁心中将转轴拉出，然后，根据具体的要求来加工与热处理，最后进行利用。（5）对于电机的其他部件，如轴承、接线盒、风罩与风扇，都可以买新的来替代，对这些部件进行再制造的意义不大。完成对原有电机的高效再制造以后，需根据相关标准，采用适宜的方法来装配，同时，要认真做好出厂试验工作，未经试验与试验结果不合格的，均不允许投入使用。
        3低压电机再制造修复工艺
        电机的高效再制造是指针对存量低效电机，通过重新设计，更换主要零部件，将电机改造成高效电机或适用于特殊负载和工况的系统节能电机。解决电机与负载设备特性和工况之间匹配不合理的现象，带动电机系统的节能改造，达到提升电机系统运行效率的目的。电机高效再制造一般是结合电机系统节能改造实施的，受到企业生产时间的限制，必须在规定的时间内完成电机再制造。这就要求零部件的修复工作要迅速，性能有保证，无形中提高了电机再制造的难度。

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同时，低压电机由于工件尺寸小、零部件的成本低，因此选用的修复工艺除注重修复后的性能外，还要考虑修复成本问题。旧电机由于长时间运行，会造成关键零部件表面磨损，例如电机的端盖和转轴分别与轴承的外圈、内圈相配合，要求配合精度高，如果失效很容易造成运行故障。为保证电机再制造的性能，需要对轴承室和轴等关键部位进行修复，达到规定的精度。一般采用表面工程技术可以实现标准尺寸再制造恢复。针对不同的磨损件其磨损量不同，可以采用不同的工艺进行恢复，如镶套、电刷镀技术、热喷涂技术、激光技术、焊接技术等。不但可以恢复原零件的设计尺寸，还可以根据需要提高零件的表面性能，使再制造后的零件使用寿命更长，进而提高再制造产品的寿命。
        4电机高效再制造应用实例
        以某化工厂为例进行分析，该化工厂拟定对现有的水泵电机实施高效再制造，以此实现节能改造目的，该水泵电机的额定功率为132kW。电机的铁心设计保持不变，继续使用原有的转子，将定子材料更换为冷轧硅钢片，并利用高效电机定子冲片，对电机的绕组进行重新设计，并更换节能风扇。完成以上改造后，将其安装在原工位上，在改造前后，水泵管路系统中阀门所在位置保持不变，对改造后系统实际用电情况进行测试与分析，结果为：原电机的额定功率为132kW，输入有功功率为143.5kW，平均电流为231.5A，功率因数为0.89；完成高效再制造后，电机的额定功率保持不变，输入有功功率减小7.0%，变为133.4kW，平均电流减小15.3A，变为216.2A，功率因数增加0.01，变为0.90。根据以上分析和测试结果，若水泵电机的年运行时间为3000h，则当电价取0.68元/kW•h时，每年都能节省2.06万元的电费，本次对电机进行高效再制造的投资为2.0万元左右，所以可能不用1年的时间就能回收成本。经过高效再制造，电机节电率明显提高，实现了预期的节能目标。
        5应注意问题
        与新制造相比，电机高效再制造有更多的技术基础问题需要注意及解决。
        （1）再制造旧电机时许多固有尺寸（如铁心和槽形等）改变不了，再制造方案方法受到一定限制。
        （2）原普通电机各方面损耗较多，如发热损耗、杂散损耗和风磨损耗等，要注意对电机的电、磁、机械和通风进行优化。
        （3）每个厂家对电机的设计裕度和铁心材料都不相同，再制造时设计必须有针对性。
        （4）电机再制造前期处理烦琐，要注意先去除部件油污、水垢和锈蚀层等，保持部件洁净。
        （5）因旧件的复杂性和特殊性，要更仔细，注意制造质量控制。
        （6）再制造需要采用更高技术标准的加工工艺，减少制造件的损坏。
        结语
        综上所述，对原电机进行高效再制造相较于直接更换新产品，能发挥原电机中依然保持良好部分的功效，避免直接报废电机而造成的资源浪费，而且还能降低安装作业的难度，更能适应现阶段节能减排要求，有良好的发展与应用价值。
        参考文献：
        [1]宋守许，胡孟成，夏燕，杜毅.基于混合定子铁芯的车用再制造永磁电机性能研究[J].机电工程，2020，37（01）：107-112.
        [2]宋守许，胡孟成，李诺楠，杜毅.定子混合叠压再制造电机转矩优化分析[J].机械工程学报，2020，56（04）：265-272.
        [3]李光耀，陈伟华，李志强，等．电机高效再制造简介［J］．电机与控制应用，2012，39（4）：1-3．
        [4]陈伟华，金惟伟．电机能效提升给电机行业带来转型升级机遇［J］．电机与控制应用，2015，42（1）：1-6．