正壓通風型防爆電機軸貫通部分密封設計

摘 要：本文主要通過研究將新型碳密封材料應用到正壓通風型防爆電機，介紹了正壓型防爆電機軸貫通部分密封設計過程。

關鍵詞：正壓型電機;軸貫通;密封設計

1 概述

泄漏量大小是正壓型防爆電機的主要防爆性能之一，泄漏量大，正壓型電機就可能出現無法啟動或保不住機殼內部壓力，直接威脅到正壓電機的防爆性能，嚴重情況下可使正壓型電機失去防爆性能，使電動機在啟動和運行時存在發生爆炸的風險。

目前，由于在密封材料，制造工藝、工裝模具等限制，往往導致正壓型電機在軸貫通動密封處泄漏量較大，而現有密封材料往往不能長期有效密封，有些已到用戶現場的電機，甚至出現泄漏量較大，保不住壓的情況，直接威脅到正壓型電機的防爆性能;另外，正壓電機泄漏量大，需耗費用戶較大的氣源和后期維護量，直接關系到用戶的使用成本。

2 正壓通風型電機泄露量情況

臥龍電氣南陽防爆集團公司已成功開發出系列化正壓型防爆電機，部分電機泄漏量情況如下：

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

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

YZYKS630-4 3550kW 10kV電機泄漏量1140NL/min;

YZYKS900-4 6000kW 10kV電機泄漏量2000NL/min;

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

YZYKS710-4 5500kW 10kV電機泄漏量1590NL/min。

從以上數據可以看出，不論大小電機，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，即旋轉部件（軸）和靜止部件（軸承內蓋）之間存在較大間隙，一動一靜較難密封。

3 軸貫通部分密封設計

主要包括碳密封環選型、軸承內蓋設計、碳密封環和軸之間間隙計算等。

3.1 碳密封環外形尺寸如下圖所示：

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圖1

碳密封環外形尺寸按下表選擇：

表1

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3.2 根據碳密封環外形尺寸，進行軸承內蓋結構設計，如下圖所示：

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圖2

3.3 安裝好后的碳密封環和軸承內蓋，如下圖所示：

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圖3

3.4 根據正壓電機在熱穩態運行下，軸承臺、鐵芯、軸等部件溫升情況，計算探密封環和旋轉軸在冷態及熱態的間隙，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）

αs（碳密封材料膨脹系數）

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下最大間隙

軸和碳密封材料在冷態下最小間隙

軸和碳密封材料在熱態下最大間隙

軸和碳密封材料在熱態下最小間隙＼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正壓型電機為例，經計算，該型號正壓電動機在熱穩定運行狀態下，碳密封環和旋轉軸之間的設計間隙為0～0.1mm之間，冷態下間隙為0.105～0.217mm之間.

經過以上結構設計和計算，通過將該型號2240kW-2P 10kV正壓電機額定運行4小時，電動機定子元件溫度不再上升時，在機座內部壓力1000Pa下，實測機殼內部泄露量為15.5m3（立方米）/h（小時），即，258NL（標升）/min（分鐘），與正常電機泄漏量相比，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題，達到了預期目的。

4 結束語

正壓電機在石油、石化、煤化工等防爆市場領域應用廣泛，需求量大，小泄漏量正壓型電機與常規電機相比，能夠大大降低正壓電機現場運行維護成本，減少用戶投訴，已1臺長期工作制正壓電機為例，每年可為用戶節約氣源：

節約氣源=（0.9-0.258）×60×24×365=337435.2m3=33.7435萬m3（立方米）氣源。小泄漏量正壓通風型電機的開發對提高產品檔次、差異化競爭等都具有重要的意義。

參考文獻：

[1]中國國家標準委員會.GB3836.3-2010爆炸型環境 第3部分：由增安型“e”保護的設備.

[2]中國國家標準委員會.GB3836.5-2010爆炸型環境 第5部分：由正壓型“p”保護的設備.

[3]中國國家標準委員會.GB3836.1-2010爆炸型環境 第1部分：通用要求.

[4]GB755-2008旋轉電機定額和性能.

[5]張顯力.防爆電氣概論[M].北京：機械工業出版社，2008.

作者簡介：

朱新年，1982年出生，男，畢業于湖南工程學院電氣工程及其自動化專業，現主要從事電動機設計研發工作。