對煤礦井下潛水防爆電機的分析研究

張 蛟

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

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對煤礦井下潛水防爆電機的分析研究

張 蛟

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

本文結合YBSS 855-4輸送機用隔爆型三相異步電動機樣機進行研究與試制，以期提高井下作業安全與作業效率。

礦井；潛水防爆電機；YBSS輸送機用電動機

由于輸送機用電動機工作條件復雜，尤其受煤礦井下潮濕、淋水、瓦斯和煤塵等影響，煤塵、機械油及泥水等雜物容易進入電機內腔，造成電機絕緣電阻降低，影響電機使用的安全性。因此，許多用戶要求電機制造廠做定子繞組浸水1個月以上可靠性試驗。

1 電機基本參數與設計依據

電機型號: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；防護等級:IP67；熱分級:180級；海拔高度:≤1 000 m；環境溫度:0 ℃～40 ℃；空氣相對濕度:最高為95%(在25 ℃時)；冷卻水溫度不超過30 ℃，冷卻水工作壓力不超過3 MPa；冷卻水流量不小于2.3 m/h。

本次試制樣機的防水結構在我公司為漢姆沃斯生產的IP67防爆電機和YBQS 280M-6 55kW(防護等級IP68)潛水防爆電機寶貴經驗的基礎上進行研制。參考撫順煤礦電機廠和西北駿馬電機廠YBSS系列輸送機用電動機產品樣本。

2 整機結構

YBSS輸送機用電動機的總體結構和關鍵部件設計圍繞如何保證產品安全、可靠、便于維護這條主線展開。其總體結構為圓筒形單軸伸，定子外殼水冷式，法蘭止口臥式安裝。機座及接線裝置采用鋼板焊接結構。因電機功率大，本電機采用機座及端蓋水冷結構，前后端端蓋均有水路冷卻。定、轉子沖片均帶軸向通風孔，使電機內部熱量傳導均勻，有利于散熱。定子繞組為雙層疊繞，絕緣結構為180級，繞組出線端埋設PT100六個，按使用和備用分成兩組，每組三個，分別安置于三相各引出線三根；轉子為銅條轉子；軸承結構采用兩軸承結構，軸伸端采用調心滾子球軸承，用圓螺母鎖緊，非軸伸端采用柱軸承，軸伸、非軸伸端均設有注油孔、排油孔及PT100溫度監控裝置；所有平面及止口配合處均設有O形密封圈；所有外露緊固螺栓均設有護圈或沉孔保護。電機接線裝置為電纜連接器(插銷)直接引入結構。電機接線裝置內設三個電力接線柱，兩個控制線端子排，一個接地接線柱，電機內部引接線由防爆電纜夾緊接頭引出，用安裝板安裝。

3 主要零部件設計

3.1 絕緣結構

電磁線采用SBMYFB-40/180或SBMYFB-30/180單玻璃絲包聚酰亞胺氟復合薄膜繞包扁銅線，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級絕緣結構，絕緣結構執行0EE.957.036《3 kV級交流高壓定子少膠整浸絕緣規范》，絕緣試驗按0EE.932.004《絕緣介電強度試驗規范》操作。繞組進行整體VPI浸漆2次，保證漆液填滿定子繞組的所有間隙，使之成為一個整體。同時需將經VPI處理的繞組做浸水試驗，以滿足礦用潛水電機特殊工況對絕緣結構的要求。

3.2 機座結構

機座采用水夾殼結構，由鋼板焊接制造。采用軸向水夾殼結構，其水道呈“之”字型，其優點是容易制造，而且便于采用多路并聯的供水方式。即在機座內筒上焊接有軸向水道筋，套上機座外筒后形成冷卻水道，再將機座內外筒焊接成為一體。按標準水道需要承受3 MPa的工作壓力，因此，焊接后機座需做水壓試驗，試驗壓力為4.5 MPa。接線盒作為機座的一個固定部件，直接焊接在機座頂部，與主機配套的法蘭盤也與機座焊接成一體。

機座主要受到帶繞組定子鐵心、轉子及端蓋等的重力，以及通過定子線圈傳遞的電動機轉矩。采用有限元方法，對電動機機座的模態、機械強度進行了分析，振動模態分析結果如表1所示。通過分析，該機座的一階振動頻率201 Hz遠離工頻及其倍頻，因而不會引起電磁共振。該機座的最大應力為12.2 MPa，最大變形為38，因而機座不會發生破壞。

表1 機座振動模態Tab.1 Vibration mode of engine base

3.3 端蓋結構

YBSS電機軸伸端及非軸伸端端蓋均采用水冷結構。端蓋采用鋼板焊接水道，受結構所限，軸伸端端蓋水冷卻介質通過機座法蘭盤安裝管接頭引入，此處采用氟橡膠密封圈進行密封。

3.4 接線盒結構

接線盒直接焊接在機座上，接線盒采用國外電機接線盒結構形式，電機內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 防爆結構設計

該電機關鍵零部件隔爆結構及隔爆參數，如表2所示。

表2 關鍵零部件隔爆結構及隔爆參數 單位: mm

5 密封結構與整機裝配

為使電機防護等級達到IP67，滿足煤礦井下潛水使用環境要求，在電機防護密封方面，從靜密封和動密封兩方面考慮。靜密封:電機機座與端蓋、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，密封圈材質為氟橡膠。同時為提高電機防水性能，積極采用新材料。電機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。動密封:電機轉軸與軸承外蓋處密封結構采用動靜環配合密封，共2處密封，使其防護等級達到IP67。主要結構由摩擦片、防水密封墊、密封端蓋、迷宮離心環和骨架油封幾個零件組成。為防止電機振動、異常噪聲及溫度升高等問題，主要零部件加工必須嚴格控制:機座鐵心擋內徑及兩端止口尺寸公差及同軸度，轉軸鐵心臺和兩端軸承臺及轉子外徑的同軸度，端蓋及軸承套、軸承室尺寸公差及形位公差等，這些零部件都會影響到整機的裝配。

6 防護試驗

做氣密封試驗前，在電機接線盒和機座合適位置上鉆2個M10的防爆螺孔。試驗時，壓力10 kPa，歷時1 min，無漏氣現象。氣密性試驗后，將做氣密性試驗用的螺紋孔用可拆卸的螺栓、絲堵、密封膠等密封好，防止電機腔內進水。樣機臥式浸入水槽中，水面高出電機150 mm，水與電機的溫差不大于5 K(記錄水溫、電機溫度)，觀察電機各結合面確認無氣泡連續冒出，然后通電做空載試驗，歷時30 min，結束后將電機吊出水槽。拆檢電機，檢查是否有滲漏，有少量水在電機螺栓孔等凹陷處，不影響電機運行。電機在靜止狀態下空載試驗15 min，然后做耐壓試驗(電壓4 125 V)，電機運行正常。

7 結語

本文在綜合分析國內外同類產品技術水平基礎上，對煤礦井下電機有高防護等級使用要求的防爆密封結構進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，不僅提高了煤礦井下作業的安全性，還進一步滿足了配套設備電動機的國產化需求，具有十分深遠的意義，值得廣大機電同行深入研究與探討，進而研制出更為高端的機電產品，最大限度地滿足我國煤礦井下作業需求。

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

[2] 許洪清，李宗杰，程向東.防爆潛水電泵的維護與檢修[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，中級工程師。

TD614

A

1674-8646(2017)08-0108-02