CN107482852A - 一种电动机自发电滑环散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动机自发电滑环散热装置。本装置包括碳刷、滑环及通风系统，所述通风系统由滑环罩、风扇和电源箱组成；滑环罩套设于滑环外部，滑环罩由风洞部和圆柱形轮毂构成，在所述圆柱形轮毂周围设置有紧固法兰，所述紧固法兰用于可拆卸地固定风扇叶片，所述紧固法兰上设置有一个平整的接触区域和风扇叶基座，从而紧固法兰与圆柱形轮毂的连接部为弧形；风扇叶基座设置风扇叶片，风扇连接电源线。本装置通过革新电动机自发电滑环散热装置，具有自控预警、自动报警和恒压跟踪，并且降温减耗、风扇安装简单、散热强，减少自发电滑环的损耗，同时减缓员工的劳动强度、净化油区生产环境，降低员工作业风险。

Description

一种电动机自发电滑环散热装置

技术领域

本发明涉及一种电动机保护装置，属于散热通风装置领域，具体地说是一种电动机自发电滑环散热装置。

背景技术

目前油田注水过程中普遍采用定子变频调速技术，并升级研发了注水泵“一拖多”转子变频调速系统，配套绕线式电机使用，具有“全压启泵、全压并泵电流小”、“低速范围大”、“无调频盲区”等突出优点，但电动机自发电滑环装置无风扇散热系统，夏季生产频繁发生滑环和绝缘胶木烧毁情况，影响油田正常注水。滑环由导电环、带尾电刷、刷握、导电杆、集电环及滑环罩等部件组成。绕线式转子的绕组和定子绕组相似，三相绕组连成星形，没相绕组的始端联接在三个铜制的滑环上，滑环固定在转轴上。环与环，环与转轴都是互相绝缘的，通过一组弹簧压着的碳质电刷与外电路相连接。

在正常运行状态下，碳刷的温度一般在50℃-80℃(温升40℃左右)，每块碳刷工作电流在20A-100A。刷握弹簧压力比较均匀，碳刷活动自如且无振动卡涩现象。碳刷与滑环运行中产生的热量由通风系统带走。即发热与散热达到基本平衡。但当夏季气温较高，注水泵房通风不畅，造成电动机自发电滑环装置整体温度过高(平均52℃)；值班员工每2小时巡回检查时对电机温度进行测试，不能及时发现电机温度升高，如果要求当班员工每半小时检测温度，则员工工作量增加，工作程序繁琐；设备散热系统存在缺陷，靠自发电滑环护罩通风孔进行散热效果不佳，引起自发电滑环装置超过额定温度时容易造成电机绝缘层老化，注水泵电动机自发电滑环绝缘胶木表皮变形，严重造成电动机自发电装置滑环和绝缘胶木烧毁，卡簧和碳刷失效；由于碳刷变短、接触电阻和附加电阻变大、刷握弹簧压力变小，若工作电流增加，温度变化时系统的平衡能力降低，部分碳刷温度将升高，从而整个系统温度升高。

传统的滑环通风系统经常由于冷却风量不够，以及滑环密闭风道存在堵塞或漏风引起碳刷与滑环发热，严重威胁发电机的安全运行。因此，对集电环和碳刷的监视、维护并及时处理其发生的故障和损伤，是保证发电机长期稳定运行的重要工作之一，避免发热关键还是预防为主，有效解决滑环发热烧坏等问题，保证电机安全可靠运行，提高绕线电机产品的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明提出一种电动机自发电滑环散热装置，本装置利用电动机自发电滑环装置护罩表面风道设计，安装电扇风叶并设置温度报警装置，起到给电动机自发电滑环装置降温减少损耗、变速稳定的作用；能够减轻员工劳动强度，降低频繁作业可能发生的风险。

为实现上述目的，本发明所述一种电动机自发电滑环散热装置，包括碳刷、滑环及通风系统，所述通风系统由滑环罩、风扇和电源箱组成；所述的滑环罩套设于滑环外部，滑环罩由风洞部和圆柱形轮毂构成，在所述圆柱形轮毂周围设置有紧固法兰，所述紧固法兰用于可拆卸地固定风扇叶片，其中，所述圆柱形轮毂由钢材制成，并且所述紧固法兰也由钢材制成，并且与圆柱形轮毂焊接在一起，所述圆柱形轮毂其一侧封闭并且在其内部的端面具有一个用于安装转子轴的圆柱形转子衬套，并且所述紧固法兰被固定在圆柱形轮毂壁的外侧，所述紧固法兰上设置有一个平整的接触区域和在接触区域两个相对的纵向侧上折弯的风扇叶基座，从而紧固法兰与圆柱形轮毂的连接部为弧形；风扇叶基座设置风扇叶片，风扇连接电源线。

所述风扇叶片接近滑环和碳刷的一侧边缘为凸形叶缘，另一侧为平滑叶缘；风扇叶片的出风侧端面为圆弧面；所述凸形叶缘位于接近滑环和碳刷处，将更大程度上交换热量，降低滑环与碳刷接触面的热量。

所述风扇叶片为铁叶片或铝叶片。

所述滑环罩的风洞部为圆面上开设的出风孔以及滑环罩的侧壁上开设的进风孔。

所述滑环罩进深尺寸大于滑环的长度。

所述出风孔为圆形孔；进风孔为长方形孔；进风孔设置于滑环罩侧壁的中间位置。

所述电源箱设有供外部接线端子的端子引线伸出的开口部。

所述滑环罩上开设接线端子用开口部，该接线端子用开口部形成的空间供内部接线端子和外部电线接线端子连接。

所述滑环罩安装有温度感应器和报警装置，由温度感应器采集外部温度，然后将采集到的温度信息传送到单片机内，单片机通过处理，将信息输出到数码管上，使数码管显示当前温度感应器采集到的温度，并设置报警的温度范围(50℃)，如果温度感应器采集到的温度高于设置的温度，单片机自动处理，报警装置输出警报信号，发出警报并且指示灯闪烁，通过人工操作风扇运行，风扇叶片转动，或者外设键盘操作风扇运行，风扇叶片转动；如果温度感应器采集到的温度低于设置的温度，报警装置不运行，风扇不运行，风扇叶片不转动，节省用电，降低设备的使用成本；温度感应器和报警装置的运用于防止滑环高温损害，因此预防高温提高电动机自发电滑环装置的适用于寿命，将温度感应器和报警装置安置在滑环罩内，如果温度过高，报警装置运行，让监查工作人员知道电动机自发电滑环装置可能即将发生高温损坏，尽快的将电动机自发电滑环装置使用寿命延长，极大的减小高温损坏的可能，达到及时监控及时处理即将发生的高温损坏，节省工作人员的工作强度以及降低工作人员的危险。

所述温度传感器作为主要的测温元件，并通过控制模块进行控制，不仅能实现报警功能，还能在控制模块的控制下进行扩展，功能更加强大，尤其适合人们对现代化生产、生活的高质量要求，可操作性强。

所述温度传感器连接控制模块，所述的控制模块为将温度传感器采集所得的温度信号进行内部计算的主控单元，在所述的控制模块上设有报警电路，在所述的报警电路上设有电源。

控制模块包括与温度传感器相连的单片机、用于显示温度数据的显示模块以及设定上下限温度的键盘输入模块，所述的显示模块、键盘输入模块分别与单片机相连，所述的三极管Q1的B极则连接在单片机U上，温度传感器采集所得的温度数据输入单片机后，经单片机处理后由显示模块进行显示；所述的单片机上还连接有风扇驱动电路，所述的风扇驱动电路包括与单片机相连的继电器以及由继电器控制的风扇，使用时，通过键盘输入模块相单片机设定高温、低温临界温度，由单片机控制报警电路发出报警信号，同时自动或提示人工操作驱动继电器使风扇转动。

根据电动机自发电滑环装置设置滑环罩的尺寸，设计出电扇风叶安装在滑环罩内，利用风扇叶旋转，来达到空气加速流通，是的电动机自发电滑环装置产生的大量热量通过滑环罩风道孔向外放热，增加电动机自发电滑环散热效果，根据西北每年7-9月气温高于30℃时，设备通风不畅等；当注水泵电机自发电滑环装置风扇罩中间部位安装温度感应器，设置温度在平时设备工作温度的上线(正常温度在45℃左右)，我们把感应器温度设置在50℃，电源连接在温度感应器上。当电动机自发电滑环温度超过50℃,度时，温度感应器起动，连通风扇罩电源，启动风扇叶给电动机自发电滑环装置强制散热，已达到降低电机整体的温度。温度降低到45度时温度感应器自动报警，安装的电扇风叶停止工作，这样就能控制滑环装置温度过高，避免造成电动机自发电滑环和绝缘胶木烧毁，卡簧和碳刷失效。油田单位2015年对注水泵电动机自发电滑环散热装置进行革新后，经试验验证，降温效果明显，运行良好，没有发生异常情况。

本发明所述一种电动机自发电滑环散热装置，其有益效果在于：通过革新了注水泵“一拖多”电动机自发电滑环散热装置使用系统，具有自控预警、实现了注水泵电机自发电滑环温度的自动报警和恒压跟踪；降温减耗、风扇安装简单、散热强，减少自发电滑环的损耗，对注水泵整体设备的运行提供了示范作用；同时减缓员工的劳动强度、净化油区生产环境，降低员工作业风险；采用温度传感器作为主要的测温元件，具有测温范围广、适应性能强等特点，温度传感器通过单片机进行控制，电路结构简单，尤其适合人们对现代化生产、生活的高质量要求，可操作性强；在单片机的控制下，不仅能实现温度上限报警功能，还能在其的控制下进行扩展，如：下限温度报警、显示数据项目等多种设计，功能性增强；风扇驱动电路，在单片机的控制下驱动继电器使风扇转动，对电动机自发电滑环系统进行降温，设计合理，应用范围广。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明主视结构示意图；

图3为本发明侧视剖面结构示意图；

图4为本发明侧视结构示意图；

图5为本发明原理框图；

图中：1-滑环罩、2-紧固法兰、3-风扇叶片、4-出风孔、5-进风孔、6-圆柱形轮毂壁、7-风扇叶基座。

具体实施方式

实施例1

如图1-5所示，一种电动机自发电滑环散热装置，包括碳刷、滑环及通风系统，其特征在于：所述通风系统由滑环罩1、风扇和电源箱组成；所述的滑环罩1套设于滑环外部，滑环罩1由风洞部和圆柱形轮毂6构成，在所述圆柱形轮毂6周围设置有紧固法兰2，所述紧固法兰2用于可拆卸地固定风扇叶片3，其中，所述圆柱形轮毂6由钢材制成，并且所述紧固法兰2也由钢材制成，并且与圆柱形轮毂6焊接在一起，所述圆柱形轮毂6其一侧封闭并且在其内部的端面具有一个用于安装转子轴的圆柱形转子衬套，并且所述紧固法兰2被固定在圆柱形轮毂6壁的外侧，所述紧固法兰2上设置有一个平整的接触区域和在接触区域两个相对的纵向侧上折弯的风扇叶基座7，从而紧固法兰2与圆柱形轮毂6的连接部为弧形；风扇叶基座7设置风扇叶片3，风扇连接电源线；所述风扇叶片3接近滑环和碳刷的一侧边缘为凸形叶缘，另一侧为平滑叶缘；风扇叶片的出风侧端面为圆弧面；所述风扇叶片3为铁叶片或铝叶片；所述滑环罩1的风洞部为圆面上开设的出风孔4以及滑环罩1的侧壁上开设的进风孔5；所述滑环罩1进深尺寸大于滑环的长度；所述出风孔4为圆形孔；进风孔5为长方形孔；进风孔5设置于滑环罩1侧壁的中间位置；所述电源箱设有供外部接线端子的端子引线伸出的开口部；所述滑环罩1上开设接线端子用开口部，该接线端子用开口部形成的空间供内部接线端子和外部电线接线端子连接；所述滑环罩1安装有温度感应器和报警装置。

在使用时，碳刷与滑环运行，在正常运行状态下，碳刷的运行温度在50℃-80℃(温升40℃左右)，电动机自发电滑环装置整体温度过高(平均52℃)；所述滑环罩1内安装的温度感应器和报警装置运行，当检测到滑环罩1内温度过高(平均52℃)风扇叶片3开始运行，圆形出风孔4散出热量；长方形进风孔5吸入低温度空气；进风孔5设置于滑环罩1侧壁的中间位置低温度空气的气流均匀分布降低电滑环装置的温度，降低人力监测频率及工作量；能够监视、维护并及时处理发热高温引起的故障和损伤，保证发电机长期稳定运行，保证电机安全可靠运行，提高绕线电机产品的经济效益和社会效益。

对注水泵电动机自发电滑环散热装置首次在进行推广，取得较好效果，之后在油田进行推广，表1是2013-2016年电动机自发电滑环装置检修数量的统计数据，表中得到随着革新后的的推广应用，电动机自发电滑环装置检修数量明显下降。

同时我们对注水泵电动机自发电滑环散热装置安装温度感应器和报警装置后，滑环温度升高能及时发现预警，降低设备维修成本，延长设备使用周期。按维修电动机自发电滑环装置成本计算，革新前一年维修7-9台装置，需要经费8万元以上，革新后每年维修一台，所需费用9800元。

表1：2013-2016年注水泵“一拖多”电动机自发电滑环装置检修数量

由上表可知：通过革新了注水泵“一拖多”电动机自发电滑环散热装置使用系统，具有自控预警、实现了注水泵电机自发电滑环温度的自动报警和恒压跟踪。降温减耗、风扇安装简单、散热强，减少自发电滑环的损耗，对注水泵整体设备的运行提供了示范作用。同时减缓员工的劳动强度、净化油区生产环境，降低员工作业风险。

Claims (9)

1.一种电动机自发电滑环散热装置，包括碳刷、滑环及通风系统，其特征在于：所述通风系统由滑环罩(1)、风扇和电源箱组成；所述的滑环罩(1)套设于滑环外部，滑环罩(1)由风洞部和圆柱形轮毂(6)构成，在所述圆柱形轮毂(6)周围设置有紧固法兰(2)，所述紧固法兰(2)用于可拆卸地固定风扇叶片(3)，其中，所述圆柱形轮毂(6)由钢材制成，并且所述紧固法兰(2)也由钢材制成，并且与圆柱形轮毂(6)焊接在一起，所述圆柱形轮毂(6)其一侧封闭并且在其内部的端面具有一个用于安装转子轴的圆柱形转子衬套，并且所述紧固法兰(2)被固定在圆柱形轮毂(6)壁的外侧，所述紧固法兰(2)上设置有一个平整的接触区域和在接触区域两个相对的纵向侧上折弯的风扇叶基座(7)，从而紧固法兰(2)与圆柱形轮毂(6)的连接部为弧形；风扇叶基座(7)设置风扇叶片(3)，风扇连接电源线。

2.如权利要求1所述一种电动机自发电滑环散热装置，其特征在于：所述风扇叶片(3)接近滑环和碳刷的一侧边缘为凸形叶缘，另一侧为平滑叶缘；风扇叶片的出风侧端面为圆弧面。

3.如权利要求2所述一种电动机自发电滑环散热装置，其特征在于：所述风扇叶片(3)为铁叶片或铝叶片。

4.如权利要求3所述一种电动机自发电滑环散热装置，其特征在于：所述滑环罩(1)的风洞部为圆面上开设的出风孔(4)以及滑环罩(1)的侧壁上开设的进风孔(5)。

5.如权利要求4所述一种电动机自发电滑环散热装置，其特征在于：所述滑环罩(1)进深尺寸大于滑环的长度。

6.如权利要求5所述一种电动机自发电滑环散热装置，其特征在于：所述出风孔(4)为圆形孔；进风孔(5)为长方形孔；进风孔(5)设置于滑环罩(1)侧壁的中间位置。

7.如权利要求6所述一种电动机自发电滑环散热装置，其特征在于：所述电源箱设有供外部接线端子的端子引线伸出的开口部。

8.如权利要求7所述一种电动机自发电滑环散热装置，其特征在于：所述滑环罩(1)上开设接线端子用开口部，该接线端子用开口部形成的空间供内部接线端子和外部电线接线端子连接。

9.如权利要求8所述一种电动机自发电滑环散热装置，其特征在于：所述滑环罩(1)安装有温度感应器和报警装置。