对煤矿井下潜水防爆电机的分析研究

张 蛟

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江 佳木斯 154002)



对煤矿井下潜水防爆电机的分析研究

张 蛟

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江 佳木斯 154002)

本文结合YBSS 855-4输送机用隔爆型三相异步电动机样机进行研究与试制，以期提高井下作业安全与作业效率。

矿井；潜水防爆电机；YBSS输送机用电动机

由于输送机用电动机工作条件复杂，尤其受煤矿井下潮湿、淋水、瓦斯和煤尘等影响，煤尘、机械油及泥水等杂物容易进入电机内腔，造成电机绝缘电阻降低，影响电机使用的安全性。因此，许多用户要求电机制造厂做定子绕组浸水1个月以上可靠性试验。

1 电机基本参数与设计依据

电机型号:YBSS 855-4；额定电压:3 300 V；额定频率:50 Hz；工作制:S1；冷却方式:ICW37；安装方式:IMB10；防护等级:IP67；热分级:180级；海拔高度:≤1 000 m；环境温度:0 ℃～40 ℃；空气相对湿度:最高为95%(在25 ℃时)；冷却水温度不超过30 ℃，冷却水工作压力不超过3 MPa；冷却水流量不小于2.3 m/h。

本次试制样机的防水结构在我公司为汉姆沃斯生产的IP67防爆电机和YBQS 280M-6 55kW(防护等级IP68)潜水防爆电机宝贵经验的基础上进行研制。参考抚顺煤矿电机厂和西北骏马电机厂YBSS系列输送机用电动机产品样本。

2 整机结构

YBSS输送机用电动机的总体结构和关键部件设计围绕如何保证产品安全、可靠、便于维护这条主线展开。其总体结构为圆筒形单轴伸，定子外壳水冷式，法兰止口卧式安装。机座及接线装置采用钢板焊接结构。因电机功率大，本电机采用机座及端盖水冷结构，前后端端盖均有水路冷却。定、转子冲片均带轴向通风孔，使电机内部热量传导均匀，有利于散热。定子绕组为双层叠绕，绝缘结构为180级，绕组出线端埋设PT100六个，按使用和备用分成两组，每组三个，分别安置于三相各引出线三根；转子为铜条转子；轴承结构采用两轴承结构，轴伸端采用调心滚子球轴承，用圆螺母锁紧，非轴伸端采用柱轴承，轴伸、非轴伸端均设有注油孔、排油孔及PT100温度监控装置；所有平面及止口配合处均设有O形密封圈；所有外露紧固螺栓均设有护圈或沉孔保护。电机接线装置为电缆连接器(插销)直接引入结构。电机接线装置内设三个电力接线柱，两个控制线端子排，一个接地接线柱，电机内部引接线由防爆电缆夹紧接头引出，用安装板安装。

3 主要零部件设计

3.1 绝缘结构

电磁线采用SBMYFB-40/180或SBMYFB-30/180单玻璃丝包聚酰亚胺氟复合薄膜绕包扁铜线，主绝缘单边厚度1.3 mm，匝间绝缘0.3 mm及0.4 mm，槽楔采用9334磁性槽楔，绕组采用180级绝缘结构，绝缘结构执行0EE.957.036《3 kV级交流高压定子少胶整浸绝缘规范》，绝缘试验按0EE.932.004《绝缘介电强度试验规范》操作。绕组进行整体VPI浸漆2次，保证漆液填满定子绕组的所有间隙，使之成为一个整体。同时需将经VPI处理的绕组做浸水试验，以满足矿用潜水电机特殊工况对绝缘结构的要求。

3.2 机座结构

机座采用水夹壳结构，由钢板焊接制造。采用轴向水夹壳结构，其水道呈“之”字型，其优点是容易制造，而且便于采用多路并联的供水方式。即在机座内筒上焊接有轴向水道筋，套上机座外筒后形成冷却水道，再将机座内外筒焊接成为一体。按标准水道需要承受3 MPa的工作压力，因此，焊接后机座需做水压试验，试验压力为4.5 MPa。接线盒作为机座的一个固定部件，直接焊接在机座顶部，与主机配套的法兰盘也与机座焊接成一体。

机座主要受到带绕组定子铁心、转子及端盖等的重力，以及通过定子线圈传递的电动机转矩。采用有限元方法，对电动机机座的模态、机械强度进行了分析，振动模态分析结果如表1所示。通过分析，该机座的一阶振动频率201 Hz远离工频及其倍频，因而不会引起电磁共振。该机座的最大应力为12.2 MPa，最大变形为38，因而机座不会发生破坏。

表1 机座振动模态Tab.1 Vibration mode of engine base

3.3 端盖结构

YBSS电机轴伸端及非轴伸端端盖均采用水冷结构。端盖采用钢板焊接水道，受结构所限，轴伸端端盖水冷却介质通过机座法兰盘安装管接头引入，此处采用氟橡胶密封圈进行密封。

3.4 接线盒结构

接线盒直接焊接在机座上，接线盒采用国外电机接线盒结构形式，电机内部引接线采用防爆电缆夹紧接头引出，控制元件引线采用浇封式引出，出线口配矿用隔爆型高压电缆连接器。

4 防爆结构设计

该电机关键零部件隔爆结构及隔爆参数，如表2所示。

表2 关键零部件隔爆结构及隔爆参数 单位: mm

5 密封结构与整机装配

为使电机防护等级达到IP67，满足煤矿井下潜水使用环境要求，在电机防护密封方面，从静密封和动密封两方面考虑。静密封:电机机座与端盖、端盖与轴承套、轴承套与外盖、接线盒座与接线盒盖之间安装O型密封圈，密封圈材质为氟橡胶。同时为提高电机防水性能，积极采用新材料。电机所有外露螺栓螺纹孔及油管和螺塞螺纹孔装配前均涂厌氧型螺纹锁固密封剂。动密封:电机转轴与轴承外盖处密封结构采用动静环配合密封，共2处密封，使其防护等级达到IP67。主要结构由摩擦片、防水密封垫、密封端盖、迷宫离心环和骨架油封几个零件组成。为防止电机振动、异常噪声及温度升高等问题，主要零部件加工必须严格控制:机座铁心挡内径及两端止口尺寸公差及同轴度，转轴铁心台和两端轴承台及转子外径的同轴度，端盖及轴承套、轴承室尺寸公差及形位公差等，这些零部件都会影响到整机的装配。

6 防护试验

做气密封试验前，在电机接线盒和机座合适位置上钻2个M10的防爆螺孔。试验时，压力10 kPa，历时1 min，无漏气现象。气密性试验后，将做气密性试验用的螺纹孔用可拆卸的螺栓、丝堵、密封胶等密封好，防止电机腔内进水。样机卧式浸入水槽中，水面高出电机150 mm，水与电机的温差不大于5 K(记录水温、电机温度)，观察电机各结合面确认无气泡连续冒出，然后通电做空载试验，历时30 min，结束后将电机吊出水槽。拆检电机，检查是否有渗漏，有少量水在电机螺栓孔等凹陷处，不影响电机运行。电机在静止状态下空载试验15 min，然后做耐压试验(电压4 125 V)，电机运行正常。

7 结语

本文在综合分析国内外同类产品技术水平基础上，对煤矿井下电机有高防护等级使用要求的防爆密封结构进行了深入研究与研制。而此次综合研制的煤矿井下潜水防爆电机，不仅提高了煤矿井下作业的安全性，还进一步满足了配套设备电动机的国产化需求，具有十分深远的意义，值得广大机电同行深入研究与探讨，进而研制出更为高端的机电产品，最大限度地满足我国煤矿井下作业需求。

[1] 党蒙.矿用防爆电动车异步电机控制策略研究[D]西安:西安科技大学，2016.

[2] 许洪清，李宗杰，程向东.防爆潜水电泵的维护与检修[J].电气防爆，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

张蛟(1984-)，男，本科，中级工程师。

TD614

A

1674-8646(2017)08-0108-02