干式高壓潛水電機(jī)軸承設(shè)計(jì)

潛水電機(jī)軸與泵體共用一根軸，電機(jī)軸承承擔(dān)電機(jī)轉(zhuǎn)子自重外還需承擔(dān)泵體重量和水泵工作時的軸向力，軸承的選擇是潛水高壓電機(jī)不同于普通高壓電機(jī)的區(qū)別之一。軸的受力反饋至軸承，軸的受力可以等效為軸承受力。

水泵類負(fù)載一般認(rèn)為其負(fù)載波動不大，對最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)并不做太大要求，但根據(jù)現(xiàn)場和返廠維修的電泵進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)雜物進(jìn)人蝸殼卡死葉輪，導(dǎo)致燒機(jī)的現(xiàn)象較多，雜物中以小樹枝、爛布條等居多。如類似雜物進(jìn)人蝸殼后可被葉輪隨即打斷或切斷，將有效提高電泵的運(yùn)行可靠性。因此，需在葉輪對雜物進(jìn)行處理的瞬間，要求電泵驅(qū)動電機(jī)提供較大的轉(zhuǎn)矩。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(切割泵)，當(dāng)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)提高到2.0以上可減少60%因此類問題而導(dǎo)致的燒機(jī)。

小型水泵用電機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)常忽略了電機(jī)啟動性能的校核，而大型水泵尤其是潛水泵，因其葉輪直徑較大從而慣量也較大，電機(jī)的啟動校核尤為重要 。

從電磁、密封結(jié)構(gòu)、通風(fēng)結(jié)構(gòu)和監(jiān)控等方面闡述干式高壓潛水電機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，根據(jù)水泵實(shí)際運(yùn)行工況和使用環(huán)境特殊性，設(shè)計(jì)符合水泵實(shí)際運(yùn)行要求的電機(jī)產(chǎn)品 。

潛水電泵是一種以電動機(jī)為原動機(jī)應(yīng)用在污水處理、水利工程等重要場合的離心式水泵。隨著市場對潛水電泵流量及揚(yáng)程不斷增大的需求，與之配套的電機(jī)功率也逐漸增大，如仍采用低壓電機(jī)驅(qū)動，與之對應(yīng)的大電流、大電纜等也隨之而來，而電纜本身的重量對其布線和固定帶來較大不便，電纜增大的同時也對引出電纜的密封增添了困難。如可找到一種在水下5m正常運(yùn)行的高電壓電機(jī)將可解決以上問題，高壓潛水電機(jī)由此應(yīng)運(yùn)而生。

高壓潛水電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)與普通緊湊型高壓電機(jī)設(shè)計(jì)相類似，由于電機(jī)運(yùn)行在水中，其散熱性能好于緊湊型高壓電機(jī)，故高壓潛水電機(jī)可以取較高的電磁負(fù)荷，但應(yīng)根據(jù)電泵的運(yùn)行特點(diǎn)對電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行校核。

水下環(huán)境較為復(fù)雜，電泵或可因水下環(huán)境的變化出現(xiàn)各種“癥狀”，如葉輪卡死、機(jī)械密封失效、軸承油脂污染等。為了防止以上現(xiàn)象擴(kuò)散造成更大損失，可對電機(jī)各部分進(jìn)行監(jiān)控。

電機(jī)內(nèi)部設(shè)有定子繞組溫度及軸承溫度測量元件、機(jī)械密封監(jiān)控探頭，電機(jī)外部控制電路設(shè)有缺相、欠壓、過壓、過電流等監(jiān)控設(shè)備。

其中，電泵傳動端設(shè)有3道防水探頭，引出電纜端設(shè)有1道防水探頭，當(dāng)傳動端第1道機(jī)械密封失效后，1號探頭發(fā)出報檢警報信號，電泵正常運(yùn)行;當(dāng)?shù)?道機(jī)械密封失效后，2號探頭發(fā)出維修警報信號，電泵正常運(yùn)行;當(dāng)?shù)?到或者引出電纜端密封失效后，3號或4號探頭發(fā)出維修警報信號，電泵停機(jī)。

干式潛水電機(jī)為全封閉式空氣內(nèi)冷、機(jī)殼水外冷電機(jī)，電機(jī)內(nèi)部采用軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇相結(jié)合通風(fēng)方式。這種特殊的冷卻方式?jīng)Q定了潛水電機(jī)溫度場分布不同于其它電機(jī)。

干式潛水電機(jī)為全干式密封結(jié)構(gòu)，主要用于裝配下泵式潛水泵。

干式潛水電機(jī)內(nèi)部充滿空氣，與普通防護(hù)式三相異步電機(jī)相似。電動機(jī)軸伸端采用動態(tài)機(jī)械密封來有效防止水分和潮氣進(jìn)入電動機(jī)內(nèi)部，以保持電動機(jī)的內(nèi)腔干燥。有的干式潛水電機(jī)下部帶有一個氣室，當(dāng)電機(jī)潛入水中時，氣室內(nèi)的空氣受到水壓力的作用被壓縮，氣壓升高，形成一個氣墊結(jié)構(gòu)或空氣密封結(jié)構(gòu)，從而防止水分進(jìn)入潛水電機(jī)內(nèi)部，使電機(jī)得到雙重保護(hù)，運(yùn)行可靠大大提高。其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下:

(1)干式潛水電機(jī)內(nèi)部除繞組絕緣需要加強(qiáng)防潮處理及放置濕度監(jiān)測器之外，電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的處理方式與普通三相異步電機(jī)基本相同。

(2)軸伸端機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的可靠性是影響干式潛水電機(jī)壽命的關(guān)鍵因素。由于干式潛水電機(jī)常年工作于水下，因此電機(jī)的密封結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造工藝和安裝要求都比較高。

(3)當(dāng)干式潛水電機(jī)工作在含砂水質(zhì)或含有其它腐蝕性雜質(zhì)的液體中時，兩邊軸伸端機(jī)械密封的壽命會受到很大的影響，進(jìn)而影響干式潛水電機(jī)運(yùn)行的可靠性和使用壽命。

通過對潛水電機(jī)定子三維溫度場有限元計(jì)算及其奇異性分析，可以得到以下結(jié)論:

（1）干式潛水電機(jī)采用內(nèi)部風(fēng)冷、外部水冷的冷卻方式。由于外部水冷能迅速帶走大量熱量，因此電機(jī)定子溫升軸向分布整體呈現(xiàn)凹型。而由于定子繞組是電機(jī)主要的發(fā)熱部件，因此電機(jī)鐵心溫升軸向呈現(xiàn)出凸型分布。

（2)定子繞組溫升最高點(diǎn)出現(xiàn)在繞組上端部，最低點(diǎn)出現(xiàn)在上層繞組中部，上、下層繞組溫升相差很大。

(3)定子鐵心溫升最高點(diǎn)出現(xiàn)在定子齒中部，最低點(diǎn)出現(xiàn)在定子驪部。定子鐵心沿徑向溫度梯度很大。