CN111404343B - 一种适用于矿井工况的防爆三相异步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于矿井工况的防爆三相异步电机，包括主轴组件、转子、定子、机壳、前端盖和尾端盖，主轴组件穿过前端盖处设有前盖轴承，机壳外表设置接线盒，外界电源通过电源线接入电机，前端盖和机壳的接触面上设有密封垫，尾端盖和机壳的接触面上设置密封垫，前端盖中央、前盖轴承朝向外界的一侧设有旋转轴密封，机壳内引入正压安全气体。机壳壁壳上设有通孔，通孔连接机壳内部与接线盒内空间，机壳内引入的正压安全气体通过电源线引入。电源线包括电缆和空气管，接线盒内设置接线柱，接线柱与定子连接，电缆连接到接线柱上，空气管伸入接线盒内，空气管远离接线盒的一端通过外部的风机鼓入地表上的空气。

Description

一种适用于矿井工况的防爆三相异步电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体是一种适用于矿井工况的防爆三相异步电机。

背景技术

矿井内的电器对于安全性要求非常高，在矿井中使用的电机必须具备防爆性。

现有技术中，大多通过隔爆方式来进行防爆，即：即使在某些高温点处发生了爆炸，只要爆炸不会扩散开来，不会因为微小点处的爆炸而引发电机周围环境气体的爆炸，那么就称为具备的防爆性。

但是，矿井内的气体，其组分是时刻处于可爆炸的特征下的，只要出现爆炸的第三个因素-温度达到爆炸点，那么就会引发爆炸，而电机为了隔爆特性，常常会将密封附加结构做得非常臃肿，大大增加电机复杂程度与制造成本，重量大大增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于矿井工况的防爆三相异步电机，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于矿井工况的防爆三相异步电机，包括主轴组件、转子、定子、机壳、前端盖和尾端盖，主轴组件穿过前端盖处设有前盖轴承，机壳外表设置接线盒，外界电源通过电源线接入电机，前端盖和机壳的接触面上设有密封垫，尾端盖和机壳的接触面上设置密封垫，前端盖中央、前盖轴承朝向外界的一侧设有旋转轴密封，机壳内引入正压安全气体。

防爆电机就是要阻止发生爆炸的关键因素，爆炸需要三个条件，可燃性气体（物质）组分浓度达到一定范围内，存在氧化剂（通常为空气中的氧气）以及温度达到着火点，防爆电机的环境已经成为爆炸物浓度较高的场合了，所以前两个条件是默认具备的，所以，防爆电机从阻隔高温点与爆炸气体方面入手。

本发明通过在端盖与机壳之间设置密封垫，从而周围环境的爆炸性气体通过端盖接触面进入电机内，从而无法发生爆炸，端盖与机壳之间的接触面属于静密封，密封设置上可以做得很可靠，而电机轴与端盖由于一个是旋转件一个是静止件所以必然存在间隙，如果周围环境的爆炸性气体沿着电机轴进入电机内部，那么也极有可能发生爆炸，所以，本发明在电机轴伸出端盖的位置处设置旋转轴密封，再次密封泄露间隙，阻隔爆炸物泄露往电机内，旋转轴密封可以是唇封等形式，设置唇封时，最好是与端部轴承临近并设置润滑油腔用于润滑。

旋转轴密封虽然能够配合端盖与机壳的静密封起到两路密封作用，但是，如果电机内部由于大量的热量会有热胀效果，如果电机内部是一个封闭空间，那么其内部压力与周围环境会存在压力差，虽然电机内压力高时，泄露方向是由外到内，但是，停机后冷却下来的电机内压力低，周围环境的爆炸性气体有可能扩散进电机内，从而在下一次开机时发生爆炸，而本发明从外界引来正压安全气体灌入机壳内，从而时刻保持电机内气体的压力高于电机使用处的周围环境，从而不可能发生扩散式泄露，正压安全气体可以是来自远处的无爆炸物质的大气，也可以是氮气、氦气等惰性气体。

进一步的，机壳壁壳上设有通孔，通孔连接机壳内部与接线盒内空间，机壳内引入的正压安全气体通过电源线引入。

由于是使用在矿井内的，所以，如果要使用无爆炸物质的大气作为安全性气体，那么其来源应是地表的空气，矿井下的气体都不可使用作为安全性气体。而从地表取用空气作为安全性气体的话，需要管路引导往机壳，电机大多需要从地表取用电力，由于矿井的特殊性，在矿井内使用柴油机进行发电用以供电的话，安全性较难保障，大多通过电缆从地表送电进入矿井内，所以，电机的安全气体跟着电缆设置在同一根线缆中，可以减少布线复杂程度，减小空间占用，只需一路上对一根线缆进行固定即可，当然，矿井内有很多电机，本发明所称的电源线其实是对矿井内用电总线的一种结构设计，总线上设置为“一缆双芯”的形式，有一个电机就分支成几根，不需要每个电机都直连地表的电源处，那样每个电机的电源线就太长了。

进一步的，电源线包括电缆和空气管，接线盒内设置接线柱，接线柱与定子连接，电缆连接到接线柱上，空气管伸入接线盒内，空气管远离接线盒的一端通过外部的风机鼓入地表上的空气。

从电源线引入机壳内的安全性气体从接线盒内通往机壳的一个孔中通过。

进一步的，主轴组件包括空心轴，空心轴中央设有轴向贯穿整根轴的光孔，光孔两端进行封堵，空心轴上设有若干个配气孔，配气孔径向延伸，连接空心轴外表面与中央光孔，在空心轴的轴向位置上：前盖轴承朝向大气的一侧、转子的两侧，三处位置至少分别有一个配气孔。

由于接线盒与机壳只有一处接触，所以从接线盒进入电机内的正压空气并不能保证很好的分布到电机内的各个角落，尤其是主轴与端盖的旋转密封面处。本发明通过让电机轴成为空心轴，并在空心轴表面上设置若干配气孔，轴向上，与机壳壁面进气处对应的配气孔首先进入压力空气，然后正压空气沿空心轴内的中央孔轴向分布与扩散，并在一些位置处喷出空心轴外，要设置配气孔的位置是，所有的主轴与旋转轴密封接触面的两侧，当电机没有其他更好的外表散热条件而还需要设置翅片和尾部风扇时，配气孔的数量最少是4个，设置风扇时，最好一并设置风扇壳，防止造成机械伤害危险。

进一步的，主轴组件还包括配气管、降压孔板、补偿管，配气管插入空心轴内，配气管外表设有环槽，环槽底部至配气管内设置通孔连接，环槽位于配气孔一端，相邻两个配气管之间通过补偿管补偿长度尺寸，配气管与补偿管之间垫入降压孔板，位于空心轴内两端的配气管通过封堵件压紧。

如果空心轴内只是一个光孔，那么在空心轴内压力分布几乎是相等的，又由于有几个配气孔是指向电机使用处的外界环境的，所以会产生流量，为了充分保障电机的防爆性需要让机壳内的压力较高，而压力差越大，流量越大，从配气孔泄放往电机使用处的流量也就越多，从地表送往矿井内的空气流量也就要更多，虽然不影响电机的防爆性，但是流量的增加不仅增加了地表处用于供应空气的风机负荷，而且流量较大从而电源线要做得较粗，影响布线；所以，在安全气体的供应压力较大时，还需要以一定的手段减小电机内正压气体从配气孔泄放的流量，而本发明的使用的方式就是在空心轴内加入配气管、降压孔板、补偿管，从而改变气体在空心轴内的压力分布，气体通过一次降压孔板就会进行一次降压，但都需要保证高于周围环境的压力。

进一步的，主轴组件还包括端垫和堵头，空心轴两端设置C型中心孔，堵头旋入中心孔内并将端垫压紧在配气管端部。空心轴内两端需要密封，一般轴类零件两端都有中心孔，本发明将空心轴两端的中心孔设计为C型，带有螺纹后，方便旋入零件抵紧配气管端部，并在两端的配气管朝外端设置端垫进行端部密封，防止配气管内的气体从空心轴两端泄露出去。

作为优化，空气管包裹电缆，电源线外表使用金属编织软管，电源线接入接线盒的连接处使用防爆挠性接头。空气管包裹电缆后，电缆的发热量能够被空气带走，即使电缆的某些部位可能由于制造等原因电阻较大从而在电流通过时发热严重，如果直接与周围接触，可能是一个爆炸点，而让空气管包裹电缆就起到隔离作用，隔离电缆与矿井内的爆炸性气体。防爆挠性接头是一种常用的防爆电缆接头，连接方便。

作为优化，接线盒包括盒体与盒盖，盒体与盒盖之间垫以垫片，垫片两面打胶。接线盒内有金属触点，而且接线盒内的空间与机壳内是联通的，所以要设置静密封封住接线盒的封盖面。打胶的垫片密封性有充分保障。

作为优化，配气孔在空心轴上的圆周角度相互错开。配气孔的圆周分布更加均匀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在端盖与机壳的接触面上设置密封垫形成静密封并在主轴穿过端盖的位置处设置旋转轴密封，让电机内的空间与外界爆炸性气体相隔离，从而无法达到爆炸条件；对电机内充入正压气体，正压气体来自地表，是无爆炸性的气体，进一步防止电机使用处环境气体扩散泄露进电机内；正压气体在电机内通过空心轴进行位置与压力分配，保证内部压力高，往外压力略低、但高于周围环境压力，从而既保证防爆隔离性，又不会由于从配气孔泄放的正压气体过多导致电源线过于粗。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明接线盒处的局部结构示意图；

图3为本发明主轴组件的结构示意图；

图4为图3中的视图A；

图5为图3中的视图B；

图6为本发明机壳内以及配气孔处的压力分布示意图。

图中：1-主轴组件、2-转子、3-定子、4-机壳、5-前端盖、6-前盖轴承、7-尾端盖、8-尾盖轴承、9-风扇壳、10-风扇、11-翅片、12-接线盒、13-电源线、14-接线柱、15-电缆、16-空气管、17-垫片、1001-空心轴、1002-中心孔、1003-配气孔、1004-配气管、10041-环槽、1005-降压孔板、1006-补偿管、1007-端垫、1008-堵头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种适用于矿井工况的防爆三相异步电机，包括主轴组件1、转子2、定子3、机壳4、前端盖5和尾端盖7，主轴组件1穿过前端盖5处设有前盖轴承6，机壳4外表设置接线盒12，外界电源通过电源线13接入电机，前端盖5和机壳4的接触面上设有密封垫，尾端盖7和机壳4的接触面上设置密封垫，前端盖5中央、前盖轴承6朝向外界的一侧设有旋转轴密封，机壳4内引入正压安全气体。

防爆电机就是要阻止发生爆炸的关键因素，爆炸需要三个条件，可燃性气体（物质）组分浓度达到一定范围内，存在氧化剂（通常为空气中的氧气）以及温度达到着火点，防爆电机的环境已经成为爆炸物浓度较高的场合了，所以前两个条件是默认具备的，所以，防爆电机从阻隔高温点与爆炸气体方面入手。

本发明通过在端盖与机壳4之间设置密封垫，从而周围环境的爆炸性气体通过端盖接触面进入电机内，从而无法发生爆炸，端盖与机壳4之间的接触面属于静密封，密封设置上可以做得很可靠，而电机轴与端盖由于一个是旋转件一个是静止件所以必然存在间隙，如果周围环境的爆炸性气体沿着电机轴进入电机内部，那么也极有可能发生爆炸，所以，本发明在电机轴伸出端盖的位置处设置旋转轴密封，再次密封泄露间隙，阻隔爆炸物泄露往电机内，旋转轴密封可以是唇封等形式，设置唇封时，最好是与端部轴承临近并设置润滑油腔用于润滑。

旋转轴密封虽然能够配合端盖与机壳4的静密封起到两路密封作用，但是，如果电机内部由于大量的热量会有热胀效果，如果电机内部是一个封闭空间，那么其内部压力与周围环境会存在压力差，虽然电机内压力高时，泄露方向是由外到内，但是，停机后冷却下来的电机内压力低，周围环境的爆炸性气体有可能扩散进电机内，从而在下一次开机时发生爆炸，而本发明从外界引来正压安全气体灌入机壳4内，从而时刻保持电机内气体的压力高于电机使用处的周围环境，从而不可能发生扩散式泄露，正压安全气体可以是来自远处的无爆炸物质的大气，也可以是氮气、氦气等惰性气体。

如图2所示，机壳4壁壳上设有通孔，通孔连接机壳4内部与接线盒12内空间，机壳4内引入的正压安全气体通过电源线13引入。

由于是使用在矿井内的，所以，如果要使用无爆炸物质的大气作为安全性气体，那么其来源应是地表的空气，矿井下的气体都不可使用作为安全性气体。而从地表取用空气作为安全性气体的话，需要管路引导往机壳，电机大多需要从地表取用电力，由于矿井的特殊性，在矿井内使用柴油机进行发电用以供电的话，安全性较难保障，大多通过电缆从地表送电进入矿井内，所以，电机的安全气体跟着电缆设置在同一根线缆中，可以减少布线复杂程度，减小空间占用，只需一路上对一根线缆进行固定即可，当然，矿井内有很多电机，本发明所称的电源线13其实是对矿井内用电总线的一种结构设计，总线上设置为“一缆双芯”的形式，有一个电机就分支成几根，不需要每个电机都直连地表的电源处，那样每个电机的电源线就太长了。

如图2所示，电源线13包括电缆15和空气管16，接线盒12内设置接线柱14，接线柱14与定子3连接，电缆15连接到接线柱14上，空气管16伸入接线盒12内，空气管16远离接线盒12的一端通过外部的风机鼓入地表上的空气。

从电源线13引入机壳4内的安全性气体从接线盒12内通往机壳4的一个孔中通过。

如图1所示，主轴组件1包括空心轴1001，空心轴1001中央设有轴向贯穿整根轴的光孔，光孔两端进行封堵，空心轴1001上设有若干个配气孔1003，配气孔1003径向延伸，连接空心轴1001外表面与中央光孔，在空心轴1001的轴向位置上：前盖轴承6朝向大气的一侧、转子2的两侧，三处位置至少分别有一个配气孔1003。

由于接线盒12与机壳4只有一处接触，所以从接线盒12进入电机内的正压空气并不能保证很好的分布到电机内的各个角落，尤其是主轴与端盖的旋转密封面处。本发明通过让电机轴成为空心轴1001，并在空心轴1001表面上设置若干配气孔1003，轴向上，与机壳4壁面进气处对应的配气孔1003首先进入压力空气，然后正压空气沿空心轴1003内的中央孔轴向分布与扩散，并在一些位置处喷出空心轴1003外，要设置配气孔1003的位置是，所有的主轴与旋转轴密封接触面的两侧，当电机没有其他更好的外表散热条件而还需要设置翅片11和尾部风扇10时，配气孔1003的数量最少是4个，分别是图1、5中的黑点所示，设置风扇10时，最好一并设置风扇壳9，防止造成机械伤害危险。

如图3~5所示，主轴组件1还包括配气管1004、降压孔板1005、补偿管1006，配气管1004插入空心轴1001内，配气管1004外表设有环槽10041，环槽10041底部至配气管1004内设置通孔连接，环槽10041位于配气孔1003一端，相邻两个配气管1004之间通过补偿管1006补偿长度尺寸，配气管1004与补偿管1006之间垫入降压孔板1005，位于空心轴1001内两端的配气管1004通过封堵件压紧。

如果空心轴1001内只是一个光孔，那么在空心轴1001内压力分布几乎是相等的，又由于有几个配气孔1003是指向电机使用处的外界环境的，所以会产生流量，为了充分保障电机的防爆性需要让机壳4内的压力较高，而压力差越大，流量越大，从配气孔1003泄放往电机使用处的流量也就越多，从地表送往矿井内的空气流量也就要更多，虽然不影响电机的防爆性，但是流量的增加不仅增加了地表处用于供应空气的风机负荷，而且流量较大从而电源线13要做得较粗，影响布线；所以，在安全气体的供应压力较大时，还需要以一定的手段减小电机内正压气体从配气孔1003泄放的流量，而本发明的使用的方式就是在空心轴1001内加入配气管1004、降压孔板1005、补偿管1006，从而改变气体在空心轴1001内的压力分布，如图6所示，气体通过一次降压孔板1005就会进行一次降压，但都需要保证高于周围环境的压力。

如图4所示，主轴组件1还包括端垫1007和堵头1008，空心轴1001两端设置C型中心孔1002，堵头1008旋入中心孔1002内并将端垫1007压紧在配气管1004端部。空心轴1001内两端需要密封，一般轴类零件两端都有中心孔，本发明将空心轴1001两端的中心孔设计为C型，带有螺纹后，方便旋入零件抵紧配气管1004端部，并在两端的配气管1004朝外端设置端垫1007进行端部密封，防止配气管1004内的气体从空心轴1001两端泄露出去。

空气管16包裹电缆15，电源线13外表使用金属编织软管，电源线13接入接线盒12的连接处使用防爆挠性接头。空气管16包裹电缆15后，电缆的发热量能够被空气带走，即使电缆15的某些部位可能由于制造等原因电阻较大从而在电流通过时发热严重，如果直接与周围接触，可能是一个爆炸点，而让空气管16包裹电缆15就起到隔离作用，隔离电缆15与矿井内的爆炸性气体。防爆挠性接头是一种常用的防爆电缆接头，连接方便。

如图2所示，接线盒12包括盒体与盒盖，盒体与盒盖之间垫以垫片17，垫片17两面打胶。接线盒12内有金属触点，而且接线盒12内的空间与机壳4内是联通的，所以要设置静密封封住接线盒12的封盖面。打胶的垫片17密封性有充分保障。

配气孔1003在空心轴1001上的圆周角度相互错开。配气孔1003的圆周分布更加均匀。

本装置的使用过程是：地表使用风机往空气管16内通入正压空气，正压空气沿着电源线13进入机壳4内，充满定子转子所在空间，之后从电机内的空心轴1001表面的配气孔1003进入空心轴1001内，之后经过配气管1004、降压孔板1005进行降压后分别在主轴组件1的轴表若干位置形成空气区域，驱离电机使用处环境中的爆炸性气体，让爆炸性气体远离高温点。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (1)

1.一种适用于矿井工况的防爆三相异步电机，包括主轴组件（1）、转子（2）、定子（3）、机壳（4）、前端盖（5）和尾端盖（7），主轴组件（1）穿过前端盖（5）处设有前盖轴承（6），机壳（4）外表设置接线盒（12），外界电源通过电源线（13）接入电机，其特征在于：所述前端盖（5）和机壳（4）的接触面上设有密封垫，所述尾端盖（7）和机壳（4）的接触面上设置密封垫，所述前端盖（5）中央、前盖轴承（6）朝向外界的一侧设有旋转轴密封，所述机壳（4）内引入正压安全气体；

所述机壳（4）壁壳上设有通孔，通孔连接机壳（4）内部与接线盒（12）内空间，所述机壳（4）内引入的正压安全气体通过电源线（13）引入；

所述电源线（13）包括电缆（15）和空气管（16），所述接线盒（12）内设置接线柱（14），所述接线柱（14）与定子（3）连接，所述电缆（15）连接到接线柱（14）上，所述空气管（16）伸入接线盒（12）内，所述空气管（16）远离接线盒（12）的一端通过外部的风机鼓入地表上的空气；

所述主轴组件（1）包括空心轴（1001），所述空心轴（1001）中央设有轴向贯穿整根轴的光孔，光孔两端进行封堵，空心轴（1001）上设有若干个配气孔（1003），所述配气孔（1003）径向延伸，连接空心轴（1001）外表面与中央光孔，在空心轴（1001）的轴向位置上：前盖轴承（6）朝向大气的一侧、电机内部转子（2）的两侧，三处位置至少分别有一个配气孔（1003）；

所述主轴组件（1）还包括配气管（1004）、降压孔板（1005）、补偿管（1006），所述配气管（1004）插入空心轴（1001）内，配气管（1004）外表设有环槽（10041），所述环槽（10041）底部至配气管（1004）内设置通孔连接，所述环槽（10041）位于配气孔（1003）一端，相邻两个配气管（1004）之间通过补偿管（1006）补偿长度尺寸，配气管（1004）与补偿管（1006）之间垫入降压孔板（1005），位于空心轴（1001）内两端的配气管（1004）通过封堵件压紧；

所述主轴组件（1）还包括端垫（1007）和堵头（1008），所述空心轴（1001）两端设置C型中心孔（1002），所述堵头（1008）旋入中心孔（1002）内并将端垫（1007）压紧在配气管（1004）端部；

所述接线盒（12）包括盒体与盒盖，盒体与盒盖之间垫以垫片（17），所述垫片（17）两面打胶。

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