正壓通風(fēng)型防爆電機(jī)軸貫通部分密封設(shè)計(jì)

摘 要：本文主要通過(guò)研究將新型碳密封材料應(yīng)用到正壓通風(fēng)型防爆電機(jī)，介紹了正壓型防爆電機(jī)軸貫通部分密封設(shè)計(jì)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：正壓型電機(jī);軸貫通;密封設(shè)計(jì)

1 概述

泄漏量大小是正壓型防爆電機(jī)的主要防爆性能之一，泄漏量大，正壓型電機(jī)就可能出現(xiàn)無(wú)法啟動(dòng)或保不住機(jī)殼內(nèi)部壓力，直接威脅到正壓電機(jī)的防爆性能，嚴(yán)重情況下可使正壓型電機(jī)失去防爆性能，使電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)存在發(fā)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

目前，由于在密封材料，制造工藝、工裝模具等限制，往往導(dǎo)致正壓型電機(jī)在軸貫通動(dòng)密封處泄漏量較大，而現(xiàn)有密封材料往往不能長(zhǎng)期有效密封，有些已到用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)，甚至出現(xiàn)泄漏量較大，保不住壓的情況，直接威脅到正壓型電機(jī)的防爆性能;另外，正壓電機(jī)泄漏量大，需耗費(fèi)用戶(hù)較大的氣源和后期維護(hù)量，直接關(guān)系到用戶(hù)的使用成本。

2 正壓通風(fēng)型電機(jī)泄露量情況

臥龍電氣南陽(yáng)防爆集團(tuán)公司已成功開(kāi)發(fā)出系列化正壓型防爆電機(jī)，部分電機(jī)泄漏量情況如下：

YZYKS500-2 1250kW 6kV泄漏量850NL（標(biāo)升）/min（分鐘）;

YZYKS630-2WF1 3200kW 10kV電機(jī)泄漏量678NL/min;

YZYKS630-4 3550kW 10kV電機(jī)泄漏量1140NL/min;

YZYKS900-4 6000kW 10kV電機(jī)泄漏量2000NL/min;

YZYKK560-4WF1 1400kW 6kV電機(jī)泄漏量750NL/min;

YZYKS710-4 5500kW 10kV電機(jī)泄漏量1590NL/min。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，不論大小電機(jī)，泄漏量均比較大，基本在700～2000NL/min之間，且主要泄露位置為軸貫通部分，即旋轉(zhuǎn)部件（軸）和靜止部件（軸承內(nèi)蓋）之間存在較大間隙，一動(dòng)一靜較難密封。

3 軸貫通部分密封設(shè)計(jì)

主要包括碳密封環(huán)選型、軸承內(nèi)蓋設(shè)計(jì)、碳密封環(huán)和軸之間間隙計(jì)算等。

3.1 碳密封環(huán)外形尺寸如下圖所示：

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圖1

碳密封環(huán)外形尺寸按下表選擇：

表1

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3.2 根據(jù)碳密封環(huán)外形尺寸，進(jìn)行軸承內(nèi)蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如下圖所示：

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圖2

3.3 安裝好后的碳密封環(huán)和軸承內(nèi)蓋，如下圖所示：

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圖3

3.4 根據(jù)正壓電機(jī)在熱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下，軸承臺(tái)、鐵芯、軸等部件溫升情況，計(jì)算探密封環(huán)和旋轉(zhuǎn)軸在冷態(tài)及熱態(tài)的間隙，并選擇合適的軸公差，如下表所示：

表2

[c（膨脹間隙）c=ds*tw*（αs-αc）

ds（軸直徑）

tw（工作溫度）

αs（軸膨脹系數(shù)）

αs（碳密封材料膨脹系數(shù)）

軸公差選擇ф240g8（-0.015 -0.087）

碳密封材料公差尺寸ф240（0.13 0.09）

軸和碳密封材料在冷態(tài)下最大間隙

軸和碳密封材料在冷態(tài)下最小間隙

軸和碳密封材料在熱態(tài)下最大間隙

軸和碳密封材料在熱態(tài)下最小間隙＼amp;＼amp;0.11016

240

60

10.2

2.55

0.217

0.105

0.10684

-0.0052＼amp;mm

mm

1/℃

1/℃

mm

mm

mm

mm＼amp;]

已某2240kW-2P 10kV正壓型電機(jī)為例，經(jīng)計(jì)算，該型號(hào)正壓電動(dòng)機(jī)在熱穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，碳密封環(huán)和旋轉(zhuǎn)軸之間的設(shè)計(jì)間隙為0～0.1mm之間，冷態(tài)下間隙為0.105～0.217mm之間.

經(jīng)過(guò)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，通過(guò)將該型號(hào)2240kW-2P 10kV正壓電機(jī)額定運(yùn)行4小時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子元件溫度不再上升時(shí)，在機(jī)座內(nèi)部壓力1000Pa下，實(shí)測(cè)機(jī)殼內(nèi)部泄露量為15.5m3（立方米）/h（小時(shí)），即，258NL（標(biāo)升）/min（分鐘），與正常電機(jī)泄漏量相比，漏氣量減少42.2%～67.7%，泄漏量大大減小，較好的解決了軸貫通部分的密封問(wèn)題，達(dá)到了預(yù)期目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

正壓電機(jī)在石油、石化、煤化工等防爆市場(chǎng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，需求量大，小泄漏量正壓型電機(jī)與常規(guī)電機(jī)相比，能夠大大降低正壓電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)成本，減少用戶(hù)投訴，已1臺(tái)長(zhǎng)期工作制正壓電機(jī)為例，每年可為用戶(hù)節(jié)約氣源：

節(jié)約氣源=（0.9-0.258）×60×24×365=337435.2m3=33.7435萬(wàn)m3（立方米）氣源。小泄漏量正壓通風(fēng)型電機(jī)的開(kāi)發(fā)對(duì)提高產(chǎn)品檔次、差異化競(jìng)爭(zhēng)等都具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).GB3836.3-2010爆炸型環(huán)境 第3部分：由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備.

[2]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).GB3836.5-2010爆炸型環(huán)境 第5部分：由正壓型“p”保護(hù)的設(shè)備.

[3]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).GB3836.1-2010爆炸型環(huán)境 第1部分：通用要求.

[4]GB755-2008旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能.

[5]張顯力.防爆電氣概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：

朱新年，1982年出生，男，畢業(yè)于湖南工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)工作。