隔爆型电动机旋转轴IP67动密封结构

摘 要 将煤矿专用防爆电动机旋转轴动密封结构设计为IP67防护等级，解决受电动机体积限制、密封件与转轴摩擦温度高，散热条件差，应用环境特殊等潮湿、积水恶劣工况下的煤矿井下专用电机完全防水的问题，从而降低电动机进水的可能性，提升设备运行的可靠性。

关键词 隔爆型电动机；旋转轴；IP67；动密封

中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674—6708（2012）76—0151—02

煤矿用隔爆型三相异步电动机广泛应用于煤矿井下掘进机、采煤机、皮带输送机、刮板输送机、变频调速电机、大型泵站等综采综掘设备中，受潮湿、积水、粉尘等因素影响，长时间运行于潮湿的环境对电机绝缘的防潮、防水性能提出了较高的要求，由于井下受限，更换电机全凭人工操作，劳动强度大，效率低，常常由于更换电机使设备处于停机状态。以往的定子浸水试验说明，电机定子绕组槽部和端部是连续的整体结构，其防潮性能优异，能长时间经受苛刻的浸水试验要求。而电机定子防潮防水结构薄弱的环节为并头和连线部位。为确保电机定子绝缘的防潮、防水性能，需要研究开发一种适合于工况的高速旋转轴动密封结构，使电机在潮湿积水的恶劣工部况下具有良好的动密封性能，不极易造成电机在正常工况下进水，有效提高电机运行的可靠性。

1设计参数

1.1样机及检验

1 200kW重型刮板输送机用电机额定电压3.3kV，同步转速1 500rpm，旋转轴线速度25m/s。整机设计结构为IP67防护等级，样机需要按GB/T4942.1标准要求的试验及检验方法进行防水及防尘试验，并依根据判定条款进行认定。

1.2技术条件

1）电机满载条件下试验效率值不低于行业标准限值；

2）电机满载条件下旋转轴动密封温度测定值不超过MT/T478中对轴承温度的最高限值95℃；

3）浸入试验后电机的进水量不足以影响电机的正常运行；不是预定在潮湿状态下运行的绕组和带电部件应不潮湿，且电机内的积水应不浸及这些部件；

4）如电机在静止状态下作试验，应在额定电压下空载运转15min后再作耐电压试验，其试验电压应为新电机试验电压的50%，但应不低于额定电压的125%；如电机在转动下作试验，则可直接作上述耐电压试验。如电机在试验后，电机能符合GB/T755的要求而无损坏。

2方案制定

2.1旋转轴

旋转轴是电动机的功率输出件，同步转速1 500r/min，旋转时与密封件之间相对高速摩擦产生高温，温度的高低取决于轴的尺寸精度、粗糙度、圆度、硬度和配合公差，其中轴的表面粗糙度产决定性因素，因为它直接决定了旋转时摩擦系数的大小，这与发热直接相关，选定的粗糙度应该在Ra0.8～Ra0.2及以下，圆度公差在0.02之内，硬度HRC40～HRC45，尺寸公差按h7设计。

2.2轴面油封

轴面油封结构采用一种新型的钢骨架与—50℃的低温聚四氟氟胶复合结构。钢骨架采用1Cr13不锈钢钢板经过成型冷压而成，内孔按—0.15～—0.25设计，保证与旋转轴过盈装配。油封有两大特点，一是钢骨架与轴同步旋转，利用旋转时的离心力具备甩水功能，低温聚四氟氟胶唇部与壳体摩擦环过盈装配，高速旋转时具有防进水功能，且设计为很小的摩擦系数，降低摩擦发热，保证发热与散热平衡处于稳定状态。

2.3摩擦环

摩擦环采用1Cr13 钢板精车并经磨削加工而成轴面油封结构采用一种新型的钢骨架与—50℃的低温聚四氟氟胶复合结构。钢骨架采用1Cr13不锈钢钢板经过成型冷压而成，内孔按—0.15～—0.25设计，保证与旋转轴过盈装配。油封有两大特点，一是钢骨架与轴同步旋转，利用旋转时的离心力使摩擦环具备甩水功能。低温聚四氟氟胶唇部与壳体摩擦环过盈装配，高速旋转时具有防进水功能，且设计为很小的摩擦系数，约在0.3～0.45之间，降低摩擦发热，保证发热与散热平衡处于稳定状态。

2.4骨架轴封

骨架轴封采用与标准骨架油封相同的结构形式，但设计时厚度较标准骨架薄3mm～5mm，唇部为双唇口，为减小与转轴的摩擦发热，一方面轴尺寸较油封内孔小0.2mm～0.3mm，以减小过盈量。另一方面油封设计时没有径向弹簧，可以保证在高速旋转时温度在标准温度之内。材料仍采用—50℃的低温聚四氟氟胶，内置钢骨架复合而成。

3结构设计

1.轴承；2.轴承挡圈；3.O形封圈；4.轴承外盖；5.摩擦环；6.轴面油封；7.防水密封垫；8.密封端盖；9.骨架油封；10.旋转轴

按方案制定的结构，形成图1所示的IP67旋转轴防护结构。为便于安装及拆卸，整套密封结构均在电机其它零部件装配完成后采用精确的安装胎具安装，可以保证各密封结构件之间的配合精度及过盈量要求。图中结构是已完成样机的1 200kW 电机的密封结构。

4试验

1）电动机整机浸入水箱中，水面高出电机顶点150mm，电机底部低于水面1295mm（标准1000mm）。电机静止于水中浸泡80min（标准为30min）。电机在水中通电旋转30min后停机，吊出水箱；

2）按标准要求进行绝缘电阻试验及耐电压试验，绝缘电阻2500MΩ以上，耐电压试验时间1min，试验电压值5 100V，全部符合要求；

3）检验后对电机进行分解，电机内腔完全无水进入。

5结论

本文主要研究了煤矿专用电机高速旋转轴的防水结构。试验结果表明该结构可以达到IP67防水要求，突破了防爆电机不防水的设计理念，但需要在煤矿井下长期的工业性运行试验后才能最终确定其使用寿命与可靠程度。

作者简介：阮文志，高级工程师，从事矿用三相异步电动机设计与制造

参考文献

[1]才家刚.电机试验技术设备手册.机械工业出版社，2004，3.

[2]GB/T4942.1电机外壳防护分级.中华人民共和国国家标准局，2006.