大型防爆同步電動機軸貫通處的密封設計

(中國船舶重工集團有限公司第七0三研究所，黑龍江哈爾濱 150078)

0 引言

大型防爆同步電動機廣泛應用于石油、化工、化肥、煤炭等行業，該類電機應用在爆炸性危險氣體環境中，因此電機的防護等級要求較高，通常為IP54或IP55。國內大型防爆電機主要有正壓外殼型、增安型以及正壓外殼型/增安型三種電機類型，根據國家標準GB3836的要求，分別配有起動前預吹掃裝置或保壓吹掃裝置。無論采用哪種保護裝置，都對電機的密封系統提出了較高的要求。如果密封效果不佳，會導致通入電機內部的保護性氣體大量外泄，不但造成資源浪費，還會因電機內部壓力不足，造成電機無法起車或運行中連鎖報警停機等問題，影響整個機組正常運行。在大型防爆同步電動機的密封結構中，軸貫通處的密封對電機密封性能具有較大影響，因此軸貫通處的密封結構設計尤為重要。

1 軸貫通處的密封結構

1.1 梳齒密封

梳齒密封是大型同步電動機軸貫通處常用的密封結構之一，它的結構簡單、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 梳齒密封結構

當氣體流過密封齒與軸表面構成的間隙時，氣流受到了一次節流作用，氣流的壓力和溫度下降，而流速增加，經過間隙之后，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，產生一定的熱能。因此，氣體在這一空腔，使溫度又回到了節流之前。氣體每經過一次間隙和隨后的較大空腔，氣流就受到一次節流和擴容作用，如圖2所示。隨著氣體流經間隙和空腔數量的增多，以及間隙值的減小，氣體的流速和壓降越來越大，待壓力降至近似背壓時，氣體不再繼續外流，從而實現了氣體的密封。

圖2 密封齒處氣體流動

1.2 浸油毛氈密封

利用毛氈條具有較好的密封性的特點，因為毛氈具有良好的伸縮性，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構變為接觸式填料密封，可以提高密封性能。使用毛氈密封需要根據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，如果安裝過緊，會使毛氈彈性下降、過熱而容易損壞，如果安裝過松，則會產生密封不良。因此，毛氈安裝時必須要有適當的預緊力，通常，根據毛氈種類，毛氈條的自然厚度應比密封裝置中固定時的尺寸大1/4至1/3。毛氈在安裝前，必須用機油浸透。如果沒有浸油，在機器剛開始旋轉時，毛氈與旋轉軸頸將會因干摩擦而產生高溫，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，嚴重時不能正常工作。

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。采用鑄鋁合金材質時密封蓋重量較輕，易于安裝操作。由于密封蓋在電機運行時受力很小，因此鑄鋁合金材質的密封蓋的結構強度完全可以滿足電機密封要求。

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計時，密封齒與軸的間隙設計的很小，甚至采用與軸直接接觸的過渡或過盈設計。這種設計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，通過盤車、運轉的方式，使其磨合，形成尺寸合適的密封齒。由于通過磨合的方式形成的間隙很小，因此電機的密封性能更好。

對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。對于接觸式填料密封也叫盤根，通常由較柔軟的線狀物編制而成，通過截面積是正方形的條狀物填充在密封腔內，主要以石墨、各種纖維為主要材料，根據不同的要求，采用碳纖維、銅絲、304/316L、茵苛鎳合金絲等材料加強。

3 結語

電機軸貫通處的密封一直是大型電機密封的難題，合理的密封機構設計和密封材料選擇，是軸貫通處密封的重要研究目標和解決密封問題的突破口。

對于大型防爆同步電動機，密封性能的好壞對電機防爆性能、經濟性、安全性具有重要的意義。合理可靠的密封結構，可以提高電機的密封效果，使裝配難度和工作量大大降低。對于需要進行吹掃、保壓等措施的大型防爆類同步電動機，提高密封性能可以使用戶現場儀表風的用氣量的大量節省，可為用戶節約大量的運行成本。