大型防爆同步電動(dòng)機(jī)軸貫通處的密封設(shè)計(jì)

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)有限公司第七0三研究所，黑龍江哈爾濱 150078)

0 引言

大型防爆同步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工、化肥、煤炭等行業(yè)，該類(lèi)電機(jī)應(yīng)用在爆炸性危險(xiǎn)氣體環(huán)境中，因此電機(jī)的防護(hù)等級(jí)要求較高，通常為IP54或IP55。國(guó)內(nèi)大型防爆電機(jī)主要有正壓外殼型、增安型以及正壓外殼型/增安型三種電機(jī)類(lèi)型，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3836的要求，分別配有起動(dòng)前預(yù)吹掃裝置或保壓吹掃裝置。無(wú)論采用哪種保護(hù)裝置，都對(duì)電機(jī)的密封系統(tǒng)提出了較高的要求。如果密封效果不佳，會(huì)導(dǎo)致通入電機(jī)內(nèi)部的保護(hù)性氣體大量外泄，不但造成資源浪費(fèi)，還會(huì)因電機(jī)內(nèi)部壓力不足，造成電機(jī)無(wú)法起車(chē)或運(yùn)行中連鎖報(bào)警停機(jī)等問(wèn)題，影響整個(gè)機(jī)組正常運(yùn)行。在大型防爆同步電動(dòng)機(jī)的密封結(jié)構(gòu)中，軸貫通處的密封對(duì)電機(jī)密封性能具有較大影響，因此軸貫通處的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要。

1 軸貫通處的密封結(jié)構(gòu)

1.1 梳齒密封

梳齒密封是大型同步電動(dòng)機(jī)軸貫通處常用的密封結(jié)構(gòu)之一，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝和制造方便。梳齒密封屬于迷宮密封型式的一種，采用鑲片的方式將梳齒鑲嵌在密封蓋上，如圖1所示。

圖1 梳齒密封結(jié)構(gòu)

當(dāng)氣體流過(guò)密封齒與軸表面構(gòu)成的間隙時(shí)，氣流受到了一次節(jié)流作用，氣流的壓力和溫度下降，而流速增加，經(jīng)過(guò)間隙之后，是兩密封齒形成的較大空腔，容積增加、速度下降，并形成漩渦流動(dòng)，產(chǎn)生一定的熱能。因此，氣體在這一空腔，使溫度又回到了節(jié)流之前。氣體每經(jīng)過(guò)一次間隙和隨后的較大空腔，氣流就受到一次節(jié)流和擴(kuò)容作用，如圖2所示。隨著氣體流經(jīng)間隙和空腔數(shù)量的增多，以及間隙值的減小，氣體的流速和壓降越來(lái)越大，待壓力降至近似背壓時(shí)，氣體不再繼續(xù)外流，從而實(shí)現(xiàn)了氣體的密封。

圖2 密封齒處氣體流動(dòng)

1.2 浸油毛氈密封

利用毛氈條具有較好的密封性的特點(diǎn)，因?yàn)槊珰志哂辛己玫纳炜s性，可以將密封毛氈條放置在密封板梳齒的空隙中，使得原有的梳齒密封結(jié)構(gòu)變?yōu)榻佑|式填料密封，可以提高密封性能。使用毛氈密封需要根據(jù)密封部件的尺寸大小選擇適合大小的毛氈條，安裝毛氈的松緊度要適當(dāng)，如果安裝過(guò)緊，會(huì)使毛氈彈性下降、過(guò)熱而容易損壞，如果安裝過(guò)松，則會(huì)產(chǎn)生密封不良。因此，毛氈安裝時(shí)必須要有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，通常，根據(jù)毛氈種類(lèi)，毛氈條的自然厚度應(yīng)比密封裝置中固定時(shí)的尺寸大1/4至1/3。毛氈在安裝前，必須用機(jī)油浸透。如果沒(méi)有浸油，在機(jī)器剛開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，毛氈與旋轉(zhuǎn)軸頸將會(huì)因干摩擦而產(chǎn)生高溫，造成接觸面積彈力失效，使毛氈失去密封性，引起密封部位漏油，嚴(yán)重時(shí)不能正常工作。

2 軸貫通處的密封材料

軸貫通處密封蓋板由于形狀限值并需鑲嵌有梳齒，通常采用易于鑄造的鑄鐵或鑄鋁合金材質(zhì)。采用鑄鋁合金材質(zhì)時(shí)密封蓋重量較輕，易于安裝操作。由于密封蓋在電機(jī)運(yùn)行時(shí)受力很小，因此鑄鋁合金材質(zhì)的密封蓋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度完全可以滿(mǎn)足電機(jī)密封要求。

密封齒常采用加鉛黃銅材料，這種銅合金硬度較低、耐磨性好。正常安裝的情況下加鉛黃銅密封齒與軸之間不摩擦，密封齒與軸采用間隙配合。密封齒也有采用聚四氟乙烯等較軟的材料，如采用軟密封齒材料設(shè)計(jì)時(shí)，密封齒與軸的間隙設(shè)計(jì)的很小，甚至采用與軸直接接觸的過(guò)渡或過(guò)盈設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法也叫金屬軟密封，密封齒采用軟金屬材料或非金屬材料，其硬度很小。密封蓋安裝后，軸與密封齒之間接觸，通過(guò)盤(pán)車(chē)、運(yùn)轉(zhuǎn)的方式，使其磨合，形成尺寸合適的密封齒。由于通過(guò)磨合的方式形成的間隙很小，因此電機(jī)的密封性能更好。

對(duì)于浸油毛氈等填料密封，浸油毛氈的成本較低、適用范圍較廣，因此被廣泛采用。對(duì)于接觸式填料密封也叫盤(pán)根，通常由較柔軟的線(xiàn)狀物編制而成，通過(guò)截面積是正方形的條狀物填充在密封腔內(nèi)，主要以石墨、各種纖維為主要材料，根據(jù)不同的要求，采用碳纖維、銅絲、304/316L、茵苛鎳合金絲等材料加強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

電機(jī)軸貫通處的密封一直是大型電機(jī)密封的難題，合理的密封機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封材料選擇，是軸貫通處密封的重要研究目標(biāo)和解決密封問(wèn)題的突破口。

對(duì)于大型防爆同步電動(dòng)機(jī)，密封性能的好壞對(duì)電機(jī)防爆性能、經(jīng)濟(jì)性、安全性具有重要的意義。合理可靠的密封結(jié)構(gòu)，可以提高電機(jī)的密封效果，使裝配難度和工作量大大降低。對(duì)于需要進(jìn)行吹掃、保壓等措施的大型防爆類(lèi)同步電動(dòng)機(jī)，提高密封性能可以使用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)儀表風(fēng)的用氣量的大量節(jié)省，可為用戶(hù)節(jié)約大量的運(yùn)行成本。