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摘 要：本文主要通过研究将新型碳密封材料应用到正压通风型防爆电机，介绍了正压型防爆电机轴贯通部分密封设计过程。
关键词：正压型电机;轴贯通;密封设计
1 概述
泄漏量大小是正压型防爆电机的主要防爆性能之一，泄漏量大，正压型电机就可能出现无法启动或保不住机壳内部压力，直接威胁到正压电机的防爆性能，严重情况下可使正压型电机失去防爆性能，使电动机在启动和运行时存在发生爆炸的风险。
目前，由于在密封材料，制造工艺、工装模具等限制，往往导致正压型电机在轴贯通动密封处泄漏量较大，而现有密封材料往往不能长期有效密封，有些已到用户现场的电机，甚至出现泄漏量较大，保不住压的情况，直接威胁到正压型电机的防爆性能;另外，正压电机泄漏量大，需耗费用户较大的气源和后期维护量，直接关系到用户的使用成本。
2 正压通风型电机泄露量情况
卧龙电气南阳防爆集团公司已成功开发出系列化正压型防爆电机，部分电机泄漏量情况如下：
YZYKS500-2 1250kW 6kV泄漏量850NL（标升）/min（分钟）;
YZYKS630-2WF1 3200kW 10kV电机泄漏量678NL/min;
YZYKS630-4 3550kW 10kV电机泄漏量1140NL/min;
YZYKS900-4 6000kW 10kV电机泄漏量2000NL/min;
YZYKK560-4WF1 1400kW 6kV电机泄漏量750NL/min;
YZYKS710-4 5500kW 10kV电机泄漏量1590NL/min。
从以上数据可以看出，不论大小电机，泄漏量均比较大，基本在700～2000NL/min之间，且主要泄露位置为轴贯通部分，即旋转部件（轴）和静止部件（轴承内盖）之间存在较大间隙，一动一静较难密封。
3 轴贯通部分密封设计
主要包括碳密封环选型、轴承内盖设计、碳密封环和轴之间间隙计算等。
3.1 碳密封环外形尺寸如下图所示：
<E：＼123456＼中小企业管理与科技·上旬刊201510＼1-297＼添加1-1.jpg>
图1
碳密封环外形尺寸按下表选择：
表1
<E：＼123456＼中小企业管理与科技·上旬刊201510＼1-297＼添加1-2.jpg>
3.2 根据碳密封环外形尺寸，进行轴承内盖结构设计，如下图所示：
<E：＼123456＼中小企业管理与科技·上旬刊201510＼1-297＼添加1-3.jpg>
图2
3.3 安装好后的碳密封环和轴承内盖，如下图所示：
<E：＼123456＼中小企业管理与科技·上旬刊201510＼1-297＼添加1-4.jpg>
图3
3.4 根据正压电机在热稳态运行下，轴承台、铁芯、轴等部件温升情况，计算探密封环和旋转轴在冷态及热态的间隙，并选择合适的轴公差，如下表所示：
表2
[c（膨胀间隙）c=ds*tw*（αs-αc）
ds（轴直径）
tw（工作温度）
αs（轴膨胀系数）
αs（碳密封材料膨胀系数）
轴公差选择ф240g8（-0.015 -0.087）
碳密封材料公差尺寸ф240（0.13 0.09）
轴和碳密封材料在冷态下最大间隙
轴和碳密封材料在冷态下最小间隙
轴和碳密封材料在热态下最大间隙
轴和碳密封材料在热态下最小间隙＼&＼&0.11016
240
60
10.2
2.55
0.217
0.105
0.10684
-0.0052＼&mm
mm
1/℃
1/℃
mm
mm
mm
mm＼&]
已某2240kW-2P 10kV正压型电机为例，经计算，该型号正压电动机在热稳定运行状态下，碳密封环和旋转轴之间的设计间隙为0～0.1mm之间，冷态下间隙为0.105～0.217mm之间.
经过以上结构设计和计算，通过将该型号2240kW-2P 10kV正压电机额定运行4小时，电动机定子元件温度不再上升时，在机座内部压力1000Pa下，实测机壳内部泄露量为15.5m3（立方米）/h（小时），即，258NL（标升）/min（分钟），与正常电机泄漏量相比，漏气量减少42.2%～67.7%，泄漏量大大减小，较好的解决了轴贯通部分的密封问题，达到了预期目的。
4 结束语
正壓电机在石油、石化、煤化工等防爆市场领域应用广泛，需求量大，小泄漏量正压型电机与常规电机相比，能够大大降低正压电机现场运行维护成本，减少用户投诉，已1台长期工作制正压电机为例，每年可为用户节约气源：
节约气源=（0.9-0.258）×60×24×365=337435.2m3=33.7435万m3（立方米）气源。小泄漏量正压通风型电机的开发对提高产品档次、差异化竞争等都具有重要的意义。
参考文献：
[1]中国国家标准委员会.GB3836.3-2010爆炸型环境 第3部分：由增安型“e”保护的设备.
[2]中国国家标准委员会.GB3836.5-2010爆炸型环境 第5部分：由正压型“p”保护的设备.
[3]中国国家标准委员会.GB3836.1-2010爆炸型环境 第1部分：通用要求.
[4]GB755-2008旋转电机定额和性能.
[5]张显力.防爆电气概论[M].北京：机械工业出版社，2008.
作者简介：
朱新年，1982年出生，男，毕业于湖南工程学院电气工程及其自动化专业，现主要从事电动机设计研发工作。
关键词：正压型电机;轴贯通;密封设计
1 概述
泄漏量大小是正压型防爆电机的主要防爆性能之一，泄漏量大，正压型电机就可能出现无法启动或保不住机壳内部压力，直接威胁到正压电机的防爆性能，严重情况下可使正压型电机失去防爆性能，使电动机在启动和运行时存在发生爆炸的风险。
目前，由于在密封材料，制造工艺、工装模具等限制，往往导致正压型电机在轴贯通动密封处泄漏量较大，而现有密封材料往往不能长期有效密封，有些已到用户现场的电机，甚至出现泄漏量较大，保不住压的情况，直接威胁到正压型电机的防爆性能;另外，正压电机泄漏量大，需耗费用户较大的气源和后期维护量，直接关系到用户的使用成本。
2 正压通风型电机泄露量情况
卧龙电气南阳防爆集团公司已成功开发出系列化正压型防爆电机，部分电机泄漏量情况如下：
YZYKS500-2 1250kW 6kV泄漏量850NL（标升）/min（分钟）;
YZYKS630-2WF1 3200kW 10kV电机泄漏量678NL/min;
YZYKS630-4 3550kW 10kV电机泄漏量1140NL/min;
YZYKS900-4 6000kW 10kV电机泄漏量2000NL/min;
YZYKK560-4WF1 1400kW 6kV电机泄漏量750NL/min;
YZYKS710-4 5500kW 10kV电机泄漏量1590NL/min。
从以上数据可以看出，不论大小电机，泄漏量均比较大，基本在700～2000NL/min之间，且主要泄露位置为轴贯通部分，即旋转部件（轴）和静止部件（轴承内盖）之间存在较大间隙，一动一静较难密封。
3 轴贯通部分密封设计
主要包括碳密封环选型、轴承内盖设计、碳密封环和轴之间间隙计算等。
3.1 碳密封环外形尺寸如下图所示：
<E：＼123456＼中小企业管理与科技·上旬刊201510＼1-297＼添加1-1.jpg>
图1
碳密封环外形尺寸按下表选择：
表1
<E：＼123456＼中小企业管理与科技·上旬刊201510＼1-297＼添加1-2.jpg>
3.2 根据碳密封环外形尺寸，进行轴承内盖结构设计，如下图所示：
<E：＼123456＼中小企业管理与科技·上旬刊201510＼1-297＼添加1-3.jpg>
图2
3.3 安装好后的碳密封环和轴承内盖，如下图所示：
<E：＼123456＼中小企业管理与科技·上旬刊201510＼1-297＼添加1-4.jpg>
图3
3.4 根据正压电机在热稳态运行下，轴承台、铁芯、轴等部件温升情况，计算探密封环和旋转轴在冷态及热态的间隙，并选择合适的轴公差，如下表所示：
表2
[c（膨胀间隙）c=ds*tw*（αs-αc）
ds（轴直径）
tw（工作温度）
αs（轴膨胀系数）
αs（碳密封材料膨胀系数）
轴公差选择ф240g8（-0.015 -0.087）
碳密封材料公差尺寸ф240（0.13 0.09）
轴和碳密封材料在冷态下最大间隙
轴和碳密封材料在冷态下最小间隙
轴和碳密封材料在热态下最大间隙
轴和碳密封材料在热态下最小间隙＼&＼&0.11016
240
60
10.2
2.55
0.217
0.105
0.10684
-0.0052＼&mm
mm
1/℃
1/℃
mm
mm
mm
mm＼&]
已某2240kW-2P 10kV正压型电机为例，经计算，该型号正压电动机在热稳定运行状态下，碳密封环和旋转轴之间的设计间隙为0～0.1mm之间，冷态下间隙为0.105～0.217mm之间.
经过以上结构设计和计算，通过将该型号2240kW-2P 10kV正压电机额定运行4小时，电动机定子元件温度不再上升时，在机座内部压力1000Pa下，实测机壳内部泄露量为15.5m3（立方米）/h（小时），即，258NL（标升）/min（分钟），与正常电机泄漏量相比，漏气量减少42.2%～67.7%，泄漏量大大减小，较好的解决了轴贯通部分的密封问题，达到了预期目的。
4 结束语
正壓电机在石油、石化、煤化工等防爆市场领域应用广泛，需求量大，小泄漏量正压型电机与常规电机相比，能够大大降低正压电机现场运行维护成本，减少用户投诉，已1台长期工作制正压电机为例，每年可为用户节约气源：
节约气源=（0.9-0.258）×60×24×365=337435.2m3=33.7435万m3（立方米）气源。小泄漏量正压通风型电机的开发对提高产品档次、差异化竞争等都具有重要的意义。
参考文献：
[1]中国国家标准委员会.GB3836.3-2010爆炸型环境 第3部分：由增安型“e”保护的设备.
[2]中国国家标准委员会.GB3836.5-2010爆炸型环境 第5部分：由正压型“p”保护的设备.
[3]中国国家标准委员会.GB3836.1-2010爆炸型环境 第1部分：通用要求.
[4]GB755-2008旋转电机定额和性能.
[5]张显力.防爆电气概论[M].北京：机械工业出版社，2008.
作者简介：
朱新年，1982年出生，男，毕业于湖南工程学院电气工程及其自动化专业，现主要从事电动机设计研发工作。