Северский государственный технологический институт

В радиационной химии к большинству технологических аппаратов предъявляются жесткие требования по герметичности. Это требование, главным образом, обусловлено безопасностью обслуживающего персонала.

В настоящее время для герметизации узлов, в которых требуется передача вращательного или поступательного движения, используются различные технические решения. К ним можно отнести применение лабиринтных и сальниковых уплотнений, магнитных муфт, экранированных электрических машин (ЭЭМ). В условиях, когда требуется обеспечение герметичности в установках с пылеобразным продуктом при минимальных массогабаритных показателях электропривода, наиболее оптимальным вариантом является использование ЭЭМ.

Целью работы является разработка герметичного электропривода для мельницы установки M2264 на базе ЭЭМ со следующими техническими характеристиками: частота вращения вала 2700 - 3000 об/мин; мощность на валу двигателя 100 Вт; 3-х фазная сеть, 380 В, 50 Гц; наружный диаметр экрана не более 60 мм; толщина стенок экрана 0.5 мм; материал экрана нержавеющая сталь.

Для изготовления герметичного двигателя было решено использовать магнитопровод статора, ротор и корпус от серийных двигателей, выпускаемых в России. Таким образом, в расчете экранированного асинхронного двигателя исключен выбор диаметральных размеров листов статора и ротора, а также числа и конфигурации пазов, так как эти параметры уже заложены в конструкциях электродвигателей нормального исполнения.

Между статором и ротором в герметичном двигателе устанавливается экран из нержавеющей стали, отделяющий рабочую среду аппарата от окружающей среды. Для его установки необходимо подобрать такой ротор, чтобы зазор между статором и ротором составил 1 мм: 0,5 мм — под экран и 0,5 мм – под воздушный зазор. Ротор двигателя насаживается на вал, который консольно крепится парой подшипников к корпусу аппарата, исполнительный механизм крепится на этот же вал с другой стороны от шипников. Корпус двигателя и кожух присоединен с помощью фланцевого крепления к технологическому оборудованию.

Увеличенный зазор между магнитопроводами статора и ротора ведет к необходимости снижения допустимой магнитной индукции в нем, так как иначе намагничивающий ток достигнет очень больших значений. Для снижения магнитной индукции в зазоре необходимо увеличить количество витков обмотки, уменьшив при этом диаметр обмоточного провода. В результате этого, снижается магнитный поток при неизменных габаритах электродвигателя, следовательно, снижается и электромагнитная мощность, передаваемая от статора к ротору.

Вращающееся магнитное поле в АД пересекает защитный экран и наводит в нем электродвижущую силу (ЭДС). Поскольку металлический экран представляет собой проводник электрического тока, то в нем под влиянием наведенной ЭДС возникает электрический ток. Тепловые потери из-за вихревых токов в экране достигают (10-20)% от полезной мощности двигателя.

Эти факты, а также худшие условия охлаждения двигателя ведут к тому, что необходимо использовать исходный двигатель с номинальной мощностью превышающей требуемую мощность на валу в несколько раз.

Так как магнитная проводимость нержавеющей стали близка к проводимости воздуха, то при электромагнитном расчете использовалась стандартная методика (экранирующий эффект не учитывался), и рассчитывалась машина с увеличенным воздушным зазором между статором и ротором, при расчетах учитывались активные потери в экране от вихревых токов.

В ходе работы были рассчитаны АД с узлами различных серийных асинхронных двигателей, т.е. параметры статора и ротора принимались те же, что и у исходных двигателей. Наиболее оптимальным вариантом оказалось использование статора от двигателя АИР63А2 и ротора от двигателя 4А63А2, при использовании которых воздушный зазор в двигателе составляет 0.95мм. Это позволяет не обтачивать ротор и не нарушать геометрию паза ротора.

В результате расчетов были получены следующие характеристики экранированного двигателя при требуемой мощности на валу: КПД = 51%; cos ср = 0,67; J_{ст. исх. дв.}= 6,46 А/мм²; j_{ст. экр. дв.}= 5,7 А/мм²;

потери в экране = 20 Вт; скорость двигателя = 2750 об/мин.