怎样去设计一种高压高效管式隔爆型三相异步电动机

　　第一道曲路：对于IIB、IIC防爆电机，GB 3836.2—2010防爆规程要求长度不小于40 mm，该项目电机统一设计为65 mm，IIB电机间隙0.4 mm，IIC电机间隙0.3 mm，作为第二道关卡阻断尾余火花外传。第二道曲路：防爆规程无明确要求，不注明为隔爆面，按照隔爆面控制，参照传统尺寸长度不小于25 mm，IIC间隙0.5 mm，IIB间隙0.8 mm，作为首道关卡阻断绝大部分火花外传。
　　3. 4 稀油润滑滚动轴承设计
　　稀油润滑一般用于轴承的工作转速高或工作温度高而不适合使用润滑脂的情况。例如外圈引导保持架的四点接触球轴承，由于保持架与内外圈的间隙小，润滑脂不易进入滚道，故而适合采用稀油润滑。脂润滑滚动轴承经常因加脂量过多或未按时加油等因素造成电机轴承温度高、轴承干磨致转子抱轴等使用问题。为了有效解决此类问题，成功研发了稀油润滑滚动轴承，并已实现市场应用。
　　稀油润滑的润滑方式为油环自润滑。轴承外盖内含储油空腔（油池），固定在轴上的轴套带动油环旋转，油环下半部分浸在油池内，油环旋转带动润滑油至轴套上部，轴承内侧为锥形结构，润滑油沿旋转的轴套通过定位环与轴套间隙爬至轴承滚子处，润滑滚子后回落至下部，最后漫回到油池内，形成自循环。轴承外盖采用铸铁结构，散热性能好，油池内的润滑后温度快速降低，最终实现轴承散热。
　　滚动轴承稀油润滑关键技术主要为防漏油设计。本文设计对轴承外侧采用骨架油封，强度高，耐磨性、密封性好，防止轴贯通部位向轴承外部漏油。轴承外盖与轴承座采用氟橡胶O型密封圈密封，防止润滑油流失；轴承内侧采用一道挡板阻挡大部分润滑油，另一道为反向密封螺纹（通过旋转将润滑油驳回至轴承室内），防止润滑油进入电机内部。
　　3. 5 高防护设计
　　对电机运用场所开展调研、分析，针对海洋平台等高盐雾、高湿度、高粉尘环境采取对应措施。通过改变接合方式、增加密封、增加保护器等技术方案，将电机防护等级提高至IP66，可满足用户实际使用需求。
　　该项目电机整机防护等级达到IP66级别，并成功通过检验机构试验，可广泛应用于海洋平台或高粉尘场所。电机接线盒隔爆面采用止口形式，既可提高电机隔爆性，又能提高电机防护等级。在隔爆面止口部位增加环形沟槽，并将氟橡胶密封圈挤压在密封圈槽内，达到防水、防尘的目的。
　　在电机轴贯通安装螺栓根部和轴承外盖止口根部增加环形沟槽，并将氟橡胶密封圈挤压在密封圈槽内，同时在轴承外盖与旋转轴结合部分采用轴承保护器（高强度骨架密封），改善这些部位的耐摩擦、耐老化性能。
　　3. 6 低振动设计
　　管式隔爆电机定子整体刚性强。通过ANSYS等有限元软件进行仿真，对定子模态响应进行分析，改进机座结构设计，提高强度、提升整机的结构稳定性。
　　针对转子设计，通过ANSYS进行转子动力学分析。根据分析结果合理控制转子临界转速及挠度，提高加工精度，并进行高速动平衡及现场动平衡，以确保满足低振动要求。
　　3. 7 低噪声设计
　　管式隔爆型电机采用前后两端加消音罩设计，增大风路路程，且消音罩上采用消音棉结构，同时采用高气动低噪声机翼型电机离心风扇。噪声满足声压级≤85 dB（A）。消音风罩和机翼型风扇如图7所示。

　　4 样机测试结果
　　2015年开始进行产品样机及订货产品试制，先后共完成40多个产品试制。表2列出了部分典型规格样机的测试结果，并与GB 30254—2013中1级能效要求及国外2家厂商对应型号的电机效率进行对比。

　　由表2可见，试制的YBXKK系列高压高效管式隔爆型三相异步电动机效率均达到或超过GB 30254—2013 中的1级能效要求。与国外厂商对应型号的电机相比，YBXKK系列电动机的效率也普遍更高，证明了该高效电机设计的先进性。
　　5 结 语
　　通过多方面的技术攻关，解决了制约高压高效管式隔爆型电机设计的技术瓶颈，完成了高效电机设计。在三相异步电动机低中心高、高功率密度、高效率、低振动、低噪声等方面取得了新的突破，在安全可靠性方面也得到了进一步提升，达到了节能降耗的目的。样机测试结果证明了该高效电机设计的先进性。设计结果将形成系列化、标准化的产品，有助于市场快速推广，实现重大的经济和社会效益。



原作者：白照昊 电机与控制应用