防爆電動機旋轉(zhuǎn)軸動密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

采用隔爆三相異步電動機廣泛應(yīng)用于煤礦開采裝置、采煤機、皮帶機械廠、刮板機械廠、電機頻率控制裝置、大型泵站等綜合采井機。受潮濕、沉積物、灰塵等因素的影響，受長期使用壽命潮濕的環(huán)境中，對電機絕緣壽命的防洪和防水性能提出了很高的要求。由于鉆探面積有限，更換電機采用手動操作，勞動強度高，效率低。通常，更換電機后，設(shè)備處于停工狀態(tài)。以往的定子浸水試驗說明,電機定子繞組槽部和端部是連續(xù)的整體結(jié)構(gòu),其防潮性能優(yōu)異,能長時間經(jīng)受苛刻的浸水試驗要求。而電機定子防潮防水結(jié)構(gòu)薄弱的環(huán)節(jié)為并頭和連線部位。為確保電機定子絕緣的防潮、防水性能,需要研究開發(fā)一種適合于工況的高速旋轉(zhuǎn)軸動密封結(jié)構(gòu),使電機在潮濕積水的惡劣工部況下具有良好的動密封性能,不極易造成電機在正常工況下進水,有效提高電機運行的可靠性。1設(shè)計參數(shù)1.1轉(zhuǎn)速2.5m1200kW重型刮板輸送機用電機額定電壓3.3kV,同步轉(zhuǎn)速1500rpm,旋轉(zhuǎn)軸線速度25m/s。整機設(shè)計結(jié)構(gòu)為IP67防護等級,樣機需要按GB/T4942.1標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗及檢驗方法進行防水及防塵試驗,并依根據(jù)判定條款進行認定。1.2電機進水耐電壓試驗1)電機滿載條件下試驗效率值不低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)限值;2)電機滿載條件下旋轉(zhuǎn)軸動密封溫度測定值不超過MT/T478中對軸承溫度的最高限值95℃;3)浸入試驗后電機的進水量不足以影響電機的正常運行;不是預(yù)定在潮濕狀態(tài)下運行的繞組和帶電部件應(yīng)不潮濕,且電機內(nèi)的積水應(yīng)不浸及這些部件;4)如電機在靜止?fàn)顟B(tài)下作試驗,應(yīng)在額定電壓下空載運轉(zhuǎn)15min后再作耐電壓試驗,其試驗電壓應(yīng)為新電機試驗電壓的50%,但應(yīng)不低于額定電壓的125%;如電機在轉(zhuǎn)動下作試驗,則可直接作上述耐電壓試驗。如電機在試驗后,電機能符合GB/T755的要求而無損壞。2制定該計劃2.1軸的表面粗糙度旋轉(zhuǎn)軸是電動機的功率輸出件,同步轉(zhuǎn)速1500r/min,旋轉(zhuǎn)時與密封件之間相對高速摩擦產(chǎn)生高溫,溫度的高低取決于軸的尺寸精度、粗糙度、圓度、硬度和配合公差,其中軸的表面粗糙度產(chǎn)決定性因素,因為它直接決定了旋轉(zhuǎn)時摩擦系數(shù)的大小,這與發(fā)熱直接相關(guān),選定的粗糙度應(yīng)該在Ra0.8~Ra0.2及以下,圓度公差在0.02之內(nèi),硬度HRC40~HRC45,尺寸公差按h7設(shè)計。2.2旋轉(zhuǎn)軸與冷壓孔的裝配軸面油封結(jié)構(gòu)采用一種新型的鋼骨架與-50℃的低溫聚四氟氟膠復(fù)合結(jié)構(gòu)。鋼骨架采用1Cr13不銹鋼鋼板經(jīng)過成型冷壓而成,內(nèi)孔按-0.15~-0.25設(shè)計,保證與旋轉(zhuǎn)軸過盈裝配。油封有兩大特點,一是鋼骨架與軸同步旋轉(zhuǎn),利用旋轉(zhuǎn)時的離心力具備甩水功能,低溫聚四氟氟膠唇部與殼體摩擦環(huán)過盈裝配,高速旋轉(zhuǎn)時具有防進水功能,且設(shè)計為很小的摩擦系數(shù),降低摩擦發(fā)熱,保證發(fā)熱與散熱平衡處于穩(wěn)定狀態(tài)。2.3不銹鋼鋼板的裝配摩擦環(huán)采用1Cr13鋼板精車并經(jīng)磨削加工而成軸面油封結(jié)構(gòu)采用一種新型的鋼骨架與-50℃的低溫聚四氟氟膠復(fù)合結(jié)構(gòu)。鋼骨架采用1Cr13不銹鋼鋼板經(jīng)過成型冷壓而成,內(nèi)孔按-0.15~-0.25設(shè)計,保證與旋轉(zhuǎn)軸過盈裝配。油封有兩大特點,一是鋼骨架與軸同步旋轉(zhuǎn),利用旋轉(zhuǎn)時的離心力使摩擦環(huán)具備甩水功能。低溫聚四氟氟膠唇部與殼體摩擦環(huán)過盈裝配,高速旋轉(zhuǎn)時具有防進水功能,且設(shè)計為很小的摩擦系數(shù),約在0.3~0.45之間,降低摩擦發(fā)熱,保證發(fā)熱與散熱平衡處于穩(wěn)定狀態(tài)。2.4油封的熱封設(shè)計骨架軸封采用與標(biāo)準(zhǔn)骨架油封相同的結(jié)構(gòu)形式,但設(shè)計時厚度較標(biāo)準(zhǔn)骨架薄3mm~5mm,唇部為雙唇口,為減小與轉(zhuǎn)軸的摩擦發(fā)熱,一方面軸尺寸較油封內(nèi)孔小0.2mm~0.3mm,以減小過盈量。另一方面油封設(shè)計時沒有徑向彈簧,可以保證在高速旋轉(zhuǎn)時溫度在標(biāo)準(zhǔn)溫度之內(nèi)。材料仍采用-50℃的低溫聚四氟氟膠,內(nèi)置鋼骨架復(fù)合而成。3密封結(jié)構(gòu)及安裝1.軸承;2.軸承擋圈;3.O形封圈;4.軸承外蓋;5.摩擦環(huán);6.軸面油封;7.防水密封墊;8.密封端蓋;9.骨架油封;10.旋轉(zhuǎn)軸按方案制定的結(jié)構(gòu),形成圖1所示的IP67旋轉(zhuǎn)軸防護結(jié)構(gòu)。為便于安裝及拆卸,整套密封結(jié)構(gòu)均在電機其它零部件裝配完成后采用精確的安裝胎具安裝,可以保證各密封結(jié)構(gòu)件之間的配合精度及過盈量要求。圖中結(jié)構(gòu)是已完成樣機的1200kW電機的密封結(jié)構(gòu)。4電機浸泡時間采用電機研磨法1)電動機整機浸入水箱中,水面高出電機頂點150mm,電機底部低于水面1295mm(標(biāo)準(zhǔn)1000mm)。電機靜止于水中浸泡80min(標(biāo)準(zhǔn)為30min)。電機在水中通電旋轉(zhuǎn)30min后停機,吊出水箱;2)按標(biāo)準(zhǔn)要求進行絕緣電阻試驗及耐電壓試驗,絕緣電阻2500MΩ以上,耐電壓試驗時間1min,試驗電壓值5100V,全部符合要求;3)檢驗后對電機進行分解,電機內(nèi)腔完全無水進入。5防水劑的選用本文主要研究了煤礦專用電機高速旋轉(zhuǎn)軸的防水結(jié)構(gòu)。