掘进机电机机座水路设计及改进

2014-08-08代嘉惠马南坪

电机与控制应用 2014年4期

关键词：机座水路掘进机

代嘉惠，马南坪

(中煤科工集团重庆研究院防爆电器研究所，重庆 400050)

0 引言

掘进机电机相对普通防爆电机，对设计、加工工艺及质量要求高，加工难度大。

本文以YBUD掘进机用隔爆型双速三相电动机为研究对象，以电机的水路设计作为研究重点，根据掘进机工作时的工况，对掘进机的水路进行优化，对水路系统的压力和热力学进行计算以验证新的水路能否满足电机的散热要求。

1 掘进机电机结构设计

掘进机电机采用的冷却方式为IC3W7，为外壳水冷式，散热效果优于普通防爆电机的IC0411外壳风冷式。其外壳采用蛇形折弯式水路，具有生产工艺简单、制造成本低的优点。水路的设计还应保证焊接外壳冷却水路能承受4.5MPa的试验压力(工作压力为3MPa)。

为简化掘进机结构，要求将掘进机支架设计在电机机座上，电机外形如图1所示。工作时与电机安装在一起的切割头剧烈冲击振动，这对电机机座的结构设计、焊接工艺、机械加工、质量控制提出了更高的要求。另外，结构设计要具有良好的工艺性。

图1 带掘进机支架的YBUD双速掘进电机外形图

2 YBUD电机加工工艺改进

2.1 水路设计

冷却采用IC3W7外壳水冷式。在水路的选择上，采用散热更加均匀的轴向水路。此水路设计具有生产工艺简单、制造成本低的优点。进水口的冷却水与出水口冷却水隔筋相邻，冷却水循环的起点与终点及循环中部的温度差较小，使电动机表面温度基本一致，解决了电动机冷却水循环过程中温度梯度大的实际问题。

2.2 水路优化改进

原设计中，水路由38条10mm厚的挡水条焊接组成，如图2所示。其焊接加工工作量大，焊接质量不易保证，且在机座内水套进行热套时挡水条极易弯曲，增加水路阻力，影响水流散热。

图2 原水路设计

水路优化改进采用12条隔板将电机水路均匀分成12个水道，隔板厚度40mm，隔板高度18mm ，优化后的水路展开图、部视图分别如图3、图4所示。另设计一个放水口，在机座不使用时可放掉水路中多余的水，防止发生机座水道锈蚀。

图3 优化后的水路展开图

图4 优化后的水路剖视图

为验证优化后的水能能否满足机座的散热要求，进行了以下计算。

水路主要参数如表1所示。

行业标准中，掘进机电机在流量和压力方面的技术要求：冷却水流量Q≥2.0m3/h，入口水压p≤3.0MPa。压力计算是为了检验冷却系统设计是否满足流量和压力方面的技术要求。

表1 水路主要参数表

确定冷却水的流量，取Q=2.0m3/h，通过流量来计算压力，若压力>3.0MPa，则冷却系统水路的设计不合理。水流相关数据计算如表2所示。

表2 水流相关数据计算

电机水路模型共含12条水道，其中11个回弯，1个突然增宽入水口，1个突然缩小出水口。水路压力计算如表3所示。

表3 水路压力计算

经计算得到进水口的静压力：P1=102151.09Pa。

显然P1≤3MPa(技术要求设定的进水压强)满足使用条件。

行业标准规定进水口温度≤25℃，故设定水流的平均温度为30℃，由表4查出水在30℃时的相关物理参数，结合表1、表2设计技术指标和表3的计算结果对水流的相关数据进行计算。

表4 水的温度及其物性参数

为验证新水路设计的散热能力，进行了冷却系统的热力学计算。

设定电机损失的能量全都转换成热量。电机输出功率P=160kW，效率0.9，计算得发热量Q=P/η-P=17.8kW。

tav为冷却水的平均温度，设为30℃，由牛顿传热定律可求出水路壁的平均温度tb为33.7℃。为提高设备的可靠性，设水路外壁温度为40℃，出水口温度为35℃。计算得到可带走的总热量为23067W，远大于系统产生的热量17800W，能够保证电机发热量全部由冷却水带走。新的水路经理论计算和验证完全满足电机的散热要求。