對(duì)煤礦井下潛水防爆電機(jī)的分析研究

張 蛟

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

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對(duì)煤礦井下潛水防爆電機(jī)的分析研究

張 蛟

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

本文結(jié)合YBSS 855-4輸送機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)樣機(jī)進(jìn)行研究與試制，以期提高井下作業(yè)安全與作業(yè)效率。

礦井；潛水防爆電機(jī)；YBSS輸送機(jī)用電動(dòng)機(jī)

由于輸送機(jī)用電動(dòng)機(jī)工作條件復(fù)雜，尤其受煤礦井下潮濕、淋水、瓦斯和煤塵等影響，煤塵、機(jī)械油及泥水等雜物容易進(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔，造成電機(jī)絕緣電阻降低，影響電機(jī)使用的安全性。因此，許多用戶要求電機(jī)制造廠做定子繞組浸水1個(gè)月以上可靠性試驗(yàn)。

1 電機(jī)基本參數(shù)與設(shè)計(jì)依據(jù)

電機(jī)型號(hào):YBSS 855-4；額定電壓:3 300 V；額定頻率:50 Hz；工作制:S1；冷卻方式:ICW37；安裝方式:IMB10；防護(hù)等級(jí):IP67；熱分級(jí):180級(jí)；海拔高度:≤1 000 m；環(huán)境溫度:0 ℃～40 ℃；空氣相對(duì)濕度:最高為95%(在25 ℃時(shí))；冷卻水溫度不超過(guò)30 ℃，冷卻水工作壓力不超過(guò)3 MPa；冷卻水流量不小于2.3 m/h。

本次試制樣機(jī)的防水結(jié)構(gòu)在我公司為漢姆沃斯生產(chǎn)的IP67防爆電機(jī)和YBQS 280M-6 55kW(防護(hù)等級(jí)IP68)潛水防爆電機(jī)寶貴經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研制。參考撫順煤礦電機(jī)廠和西北駿馬電機(jī)廠YBSS系列輸送機(jī)用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本。

2 整機(jī)結(jié)構(gòu)

YBSS輸送機(jī)用電動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)圍繞如何保證產(chǎn)品安全、可靠、便于維護(hù)這條主線展開。其總體結(jié)構(gòu)為圓筒形單軸伸，定子外殼水冷式，法蘭止口臥式安裝。機(jī)座及接線裝置采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。因電機(jī)功率大，本電機(jī)采用機(jī)座及端蓋水冷結(jié)構(gòu)，前后端端蓋均有水路冷卻。定、轉(zhuǎn)子沖片均帶軸向通風(fēng)孔，使電機(jī)內(nèi)部熱量傳導(dǎo)均勻，有利于散熱。定子繞組為雙層疊繞，絕緣結(jié)構(gòu)為180級(jí)，繞組出線端埋設(shè)PT100六個(gè)，按使用和備用分成兩組，每組三個(gè)，分別安置于三相各引出線三根；轉(zhuǎn)子為銅條轉(zhuǎn)子；軸承結(jié)構(gòu)采用兩軸承結(jié)構(gòu)，軸伸端采用調(diào)心滾子球軸承，用圓螺母鎖緊，非軸伸端采用柱軸承，軸伸、非軸伸端均設(shè)有注油孔、排油孔及PT100溫度監(jiān)控裝置；所有平面及止口配合處均設(shè)有O形密封圈；所有外露緊固螺栓均設(shè)有護(hù)圈或沉孔保護(hù)。電機(jī)接線裝置為電纜連接器(插銷)直接引入結(jié)構(gòu)。電機(jī)接線裝置內(nèi)設(shè)三個(gè)電力接線柱，兩個(gè)控制線端子排，一個(gè)接地接線柱，電機(jī)內(nèi)部引接線由防爆電纜夾緊接頭引出，用安裝板安裝。

3 主要零部件設(shè)計(jì)

3.1 絕緣結(jié)構(gòu)

電磁線采用SBMYFB-40/180或SBMYFB-30/180單玻璃絲包聚酰亞胺氟復(fù)合薄膜繞包扁銅線，主絕緣單邊厚度1.3 mm，匝間絕緣0.3 mm及0.4 mm，槽楔采用9334磁性槽楔，繞組采用180級(jí)絕緣結(jié)構(gòu)，絕緣結(jié)構(gòu)執(zhí)行0EE.957.036《3 kV級(jí)交流高壓定子少膠整浸絕緣規(guī)范》，絕緣試驗(yàn)按0EE.932.004《絕緣介電強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)范》操作。繞組進(jìn)行整體VPI浸漆2次，保證漆液填滿定子繞組的所有間隙，使之成為一個(gè)整體。同時(shí)需將經(jīng)VPI處理的繞組做浸水試驗(yàn)，以滿足礦用潛水電機(jī)特殊工況對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)的要求。

3.2 機(jī)座結(jié)構(gòu)

機(jī)座采用水夾殼結(jié)構(gòu)，由鋼板焊接制造。采用軸向水夾殼結(jié)構(gòu)，其水道呈“之”字型，其優(yōu)點(diǎn)是容易制造，而且便于采用多路并聯(lián)的供水方式。即在機(jī)座內(nèi)筒上焊接有軸向水道筋，套上機(jī)座外筒后形成冷卻水道，再將機(jī)座內(nèi)外筒焊接成為一體。按標(biāo)準(zhǔn)水道需要承受3 MPa的工作壓力，因此，焊接后機(jī)座需做水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為4.5 MPa。接線盒作為機(jī)座的一個(gè)固定部件，直接焊接在機(jī)座頂部，與主機(jī)配套的法蘭盤也與機(jī)座焊接成一體。

機(jī)座主要受到帶繞組定子鐵心、轉(zhuǎn)子及端蓋等的重力，以及通過(guò)定子線圈傳遞的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。采用有限元方法，對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)座的模態(tài)、機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行了分析，振動(dòng)模態(tài)分析結(jié)果如表1所示。通過(guò)分析，該機(jī)座的一階振動(dòng)頻率201 Hz遠(yuǎn)離工頻及其倍頻，因而不會(huì)引起電磁共振。該機(jī)座的最大應(yīng)力為12.2 MPa，最大變形為38，因而機(jī)座不會(huì)發(fā)生破壞。

表1 機(jī)座振動(dòng)模態(tài)Tab.1 Vibration mode of engine base

3.3 端蓋結(jié)構(gòu)

YBSS電機(jī)軸伸端及非軸伸端端蓋均采用水冷結(jié)構(gòu)。端蓋采用鋼板焊接水道，受結(jié)構(gòu)所限，軸伸端端蓋水冷卻介質(zhì)通過(guò)機(jī)座法蘭盤安裝管接頭引入，此處采用氟橡膠密封圈進(jìn)行密封。

3.4 接線盒結(jié)構(gòu)

接線盒直接焊接在機(jī)座上，接線盒采用國(guó)外電機(jī)接線盒結(jié)構(gòu)形式，電機(jī)內(nèi)部引接線采用防爆電纜夾緊接頭引出，控制元件引線采用澆封式引出，出線口配礦用隔爆型高壓電纜連接器。

4 防爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該電機(jī)關(guān)鍵零部件隔爆結(jié)構(gòu)及隔爆參數(shù)，如表2所示。

表2 關(guān)鍵零部件隔爆結(jié)構(gòu)及隔爆參數(shù) 單位: mm

5 密封結(jié)構(gòu)與整機(jī)裝配

為使電機(jī)防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67，滿足煤礦井下潛水使用環(huán)境要求，在電機(jī)防護(hù)密封方面，從靜密封和動(dòng)密封兩方面考慮。靜密封:電機(jī)機(jī)座與端蓋、端蓋與軸承套、軸承套與外蓋、接線盒座與接線盒蓋之間安裝O型密封圈，密封圈材質(zhì)為氟橡膠。同時(shí)為提高電機(jī)防水性能，積極采用新材料。電機(jī)所有外露螺栓螺紋孔及油管和螺塞螺紋孔裝配前均涂厭氧型螺紋鎖固密封劑。動(dòng)密封:電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承外蓋處密封結(jié)構(gòu)采用動(dòng)靜環(huán)配合密封，共2處密封，使其防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67。主要結(jié)構(gòu)由摩擦片、防水密封墊、密封端蓋、迷宮離心環(huán)和骨架油封幾個(gè)零件組成。為防止電機(jī)振動(dòng)、異常噪聲及溫度升高等問(wèn)題，主要零部件加工必須嚴(yán)格控制:機(jī)座鐵心擋內(nèi)徑及兩端止口尺寸公差及同軸度，轉(zhuǎn)軸鐵心臺(tái)和兩端軸承臺(tái)及轉(zhuǎn)子外徑的同軸度，端蓋及軸承套、軸承室尺寸公差及形位公差等，這些零部件都會(huì)影響到整機(jī)的裝配。

6 防護(hù)試驗(yàn)

做氣密封試驗(yàn)前，在電機(jī)接線盒和機(jī)座合適位置上鉆2個(gè)M10的防爆螺孔。試驗(yàn)時(shí)，壓力10 kPa，歷時(shí)1 min，無(wú)漏氣現(xiàn)象。氣密性試驗(yàn)后，將做氣密性試驗(yàn)用的螺紋孔用可拆卸的螺栓、絲堵、密封膠等密封好，防止電機(jī)腔內(nèi)進(jìn)水。樣機(jī)臥式浸入水槽中，水面高出電機(jī)150 mm，水與電機(jī)的溫差不大于5 K(記錄水溫、電機(jī)溫度)，觀察電機(jī)各結(jié)合面確認(rèn)無(wú)氣泡連續(xù)冒出，然后通電做空載試驗(yàn)，歷時(shí)30 min，結(jié)束后將電機(jī)吊出水槽。拆檢電機(jī)，檢查是否有滲漏，有少量水在電機(jī)螺栓孔等凹陷處，不影響電機(jī)運(yùn)行。電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下空載試驗(yàn)15 min，然后做耐壓試驗(yàn)(電壓4 125 V)，電機(jī)運(yùn)行正常。

7 結(jié)語(yǔ)

本文在綜合分析國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品技術(shù)水平基礎(chǔ)上，對(duì)煤礦井下電機(jī)有高防護(hù)等級(jí)使用要求的防爆密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究與研制。而此次綜合研制的煤礦井下潛水防爆電機(jī)，不僅提高了煤礦井下作業(yè)的安全性，還進(jìn)一步滿足了配套設(shè)備電動(dòng)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化需求，具有十分深遠(yuǎn)的意義，值得廣大機(jī)電同行深入研究與探討，進(jìn)而研制出更為高端的機(jī)電產(chǎn)品，最大限度地滿足我國(guó)煤礦井下作業(yè)需求。

[1] 黨蒙.礦用防爆電動(dòng)車異步電機(jī)控制策略研究[D]西安:西安科技大學(xué)，2016.

[2] 許洪清，李宗杰，程向東.防爆潛水電泵的維護(hù)與檢修[J].電氣防爆，2009，(06):55-56.

Analysis and research on submersible explosion-proof motor in coal mine

ZHANG Jiao

(Jiamusi Electric Co., Ltd., Jiamusi 154002, China)

In this paper, flameproof three-phase asynchronous motor prototype was studied combined with YBSS 855-4 conveyor, hoping to improve the safety and operating efficiency of underground work.

Mine; Submersible explosion-proof motor; YBSS conveyor motor

2017-02-21

張蛟(1984-)，男，本科，中級(jí)工程師。

TD614

A

1674-8646(2017)08-0108-02