ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК H02K5/12 H02K5/136 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к взрывозащите подшипниковых узлов взрывобезопасных электрических машин с горизонтальным или вертикальным расположением вала.

Известен взрывозащищенный подшипниковый узел электрической машины, в котором с целью повышения надежности подшипниковая крышка снабжена свободно установленной "плавающей" на горизонтальном валу втулкой, цилиндрические поверхности которой образуют взрывонепроницаемые диаметральные щели с сопрягаемыми поверхностями вала и подшипниковой крышки [1]
В описанных взрывозащищенных электрических машинах используется изобретение [2]
Такое техническое решение, несмотря на имеющиеся преимущества перед жестко закрепленной в подшипниковом щите втулкой не лишено недостатка, поскольку это решение применимо лишь во взрывобезопасных электрических машинах с горизонтальным расположением вала, т.к. в случае использования взрывозащищенного подшипникового узла во взрывобезопасной электрической машине с вертикальным расположением вала торцевые поверхности "плавающих" цилиндрических втулок будут иметь значительный износ, который негативно отразится на регламентированной нормами длине взрывонепроницаемой щели и в конечном итоге на снижении уровня взрывозащиты.

Известны также различные варианты отечественных и зарубежных взрывозащищенных подшипниковых узлов, в которых используется принцип "плавающих" втулок, направленный на решение одной задачи обеспечение взрывобезопасности электрических машин с горизонтальным расположением вала [3]
Наиболее близким к изобретению является взрывозащищенный подшипниковый узел взрывобезопасной электрической машины с "плавающей" цилиндрической втулкой, опирающейся в своей нижней части на поверхность цилиндрической расточки подшипниковой крышки, т.е. взрывозащищенный подшипниковый узел, у которого величина взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и подшипниковой крышкой меньше, чем величина взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и валом. Такая установка втулки в подшипниковой крышке приводит к смещению втулки относительно подшипниковой крышки вниз с проскальзыванием втулки вокруг своей оси в случае касания втулки о вращающийся вал, что несколько увеличивает надежность взрывозащищенного подшипникового узла взрывобезопасной электрической машины. Такое техническое решение нашло свое применение в особовзрывобезопасных электрических машинах мощностью не более 90 кВт с горизонтальным расположением вала.

Приведенные аналоги и прототип обладают общим недостатком они не являются многофункциональными, т.е. один и тот же взрывозащищенный подшипниковый узел не может быть использован без снижения эксплуатационной надежности и уровня взрывозащиты во взрывобезопасных электрических машинах как с горизонтальным, так и с вертикальным расположением вала.

Задачей при создании изобретения явилось расширение функциональных возможностей при одновременном повышении уровня взрывозащиты подшипниковых узлов взрывобезопасных электрических машин.

Сущность изобретения заключается в том, что во взрывозащищенном подшипниковом узле электрической машины с горизонтальным или вертикальным расположением вала, содержащем смонтированный на валу подшипник качения, подшипниковую крышку, в кольцевом пазу которой размещена "плавающая" втулка, имеющая свободу аксиального и радиального перемещения и образующая с подшипниковой крышкой и валом взрывонепроницаемые диаметральные щели, длина взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой и втулкой выполнена меньше длины взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и валом, причем торцевые поверхности кольцевого паза подшипниковой крышки и втулки образуют дополнительные взрывонепроницаемые плоские щели, суммарная максимальная величина которых при смещении втулки до упора в торец кольцевого паза, по крайней мере, равна суммарной величине взрывонепроницаемых диаметральных щелей между кольцевым пазом подшипниковой крышки, втулкой и валом (W₁ + W₂≅W_d1+ W₁, а ширина и длина взрывонепроницаемых диаметральных щелей между подшипниковой крышкой и втулкой, втулкой и валом связаны соотношениями
0,8 <W_d1/W_d2≅1 и L₁/L₂≥0,32
где
W₁ ширина взрывонепроницаемой плоской щели между подшипниковой крышкой и втулкой;
W₂ ширина взрывонепроницаемой плоской щели между втулкой и подшипниковой крышкой;
W_d1 ширина взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой и втулкой;
W_d2 ширина взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и валом;
L₁ длина взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой и втулкой;
L₁ длина взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и валом.

Втулку в этом случае предпочтительнее иметь T-образного продольного сечения, поскольку такая конфигурация втулки позволяет ее центр тяжести расположить на оси симметрии, что весьма важно для снижения вероятности перекосов втулки в цилиндрическом соединении "кольцевой паз подшипниковой крышки втулка" и краевых касаний втулки о вращающийся вал в случае отказа подшипника при износе тел качения.

На фиг. 1. представлен вариант реализации взрывозащищенного подшипникового узла электрической машины с горизонтальным расположением вала; на фиг. 2 тот же вариант подшипникового узла при смещении втулки до упора в торцевую поверхность кольцевого паза. Такое же положение занимает втулка при вертикальном расположении вала электрической машины.

Взрывозащищенный подшипниковый узел электрической машины содержит смонтированный на валу 1 подшипник 2 качения, подшипниковую крышку 3, в кольцевом пазу 4 которой размещена втулка 5, имеющая свободу аксиального перемещения в пределах величин взрывонепроницаемых плоских щелей (W₁ + W₂), образующимися между торцевыми поверхностями кольцевого паза 4 подшипниковой крышки 3 и торцевыми поверхностями втулки 5, а также радиального перемещения в пределах величины взрывонепроницаемой диаметральной щели (W_d1), образующейся между цилиндрической поверхностью кольцевого паза 4 подшипниковой крышки 3 и ответной поверхностью втулки 5.

При взрыве взрывоопасной газо-воздушной смеси внутри взрывобезопасной оболочки электрической машины, например от дуги короткого замыкания, давление взрыва, переместив втулку 5 вдоль оси вращения до упора в торец кольцевого паза 4 подшипниковой крышки 3 (в случае горизонтального расположения вала) перекрывает со стороны подшипника 2 качения взрывонепроницаемую плоскую щель (W₁ 0), предохраняя тем самым от выхода в окружающую электрическую машину взрывоопасную среду продуктов горения. В случае же вертикального расположения вала электрической машины эта взрывонепроницаемая плоская щель постоянно закрыта под действием массы втулки 5, т.е. также равна нулю. Выполнение взрывонепроницаемых плоских щелей (W₁ и W₂) позволило значительно уменьшить длину (L₁) взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой 3 и втулкой 5 и, как следствие, цилиндрическую поверхность контакта (в случае касания втулки 5) о вращающийся вал 1, например, при отказе подшипника 2 качения при износе его элементов, проскальзывания вокруг своей оси втулки 5 как правило не происходит, а втулка 5 выходит из контакта с валом почти мгновенно, так как использует одну из своих торцевых поверхностей, смазанных, например, консистентной смазкой, и прилегающую к ней торцевую поверхность подшипниковой крышки 5. Использование такого технического решения во взрывобезопасных электрических машинах с вертикальным расположением вала имеет еще и то преимущество, что на устойчивую работу взрывозащищенного подшипникового узла не оказывает отрицательное влияние имеющийся в подшипнике 2 качения радиальный зазор.

Взрывозащищенный подшипниковый узел электрической машины исследован в Испытательном Сертификационном Центре взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (Украина, г. Донецк) по определению критических и конструктивных безопасных щелей. Результаты исследования подшипникового узла на взрывонепроницаемость позволили определить соотношения между длинами и шириной взрывонепроницаемых диаметральных и плоских щелей и, он рекомендован в качестве унифицированного узла взрывозащиты (в месте прохода вала через подшипниковую крышку) для взрывобезопасных электрических машин мощностью до 2000 кВт на подшипниках качения с любым расположением вала в пространстве. Результаты исследования также показали, что такая конструкция взрывозащищенного подшипникового узла позволяет увеличить критические взрывонепроницаемые щели с одновременным уменьшением ширины (L₁) выступа "плавающей" втулки более чем в 3 раза при этом длина плоского взрывонепроницаемого соединения между торцевыми поверхностями кольцевого паза и прилегающими к ним поверхностями втулки могут не превышать 12,5 мм. С учетом принятого коэффициента безопасности установлено, что суммарная максимальная величина взрывонепроницаемых плоских щелей (W₁ + W₂), при смещении втулки до упора в торец кольцевого паза по крайней мере равна суммарной величине взрывонепроницаемых диаметральных щелей между кольцевым пазом подшипниковой крышки и втулкой, втулкой и валом, а именно
W₁ + W₂≅W_d1 + W_d1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к взрывозащищенным подшипниковым узлам взрывобезопасных электрических машин с горизонтальным или вертикальным расположением вала, и позволяет расширить их функциональные возможности при одновременном повышении уровня взрывозащиты. Взрывозащищенный подшипниковый узел электрической машины содержит смонтированный на валу 1 подшипник качения 2, подшипниковую крышку 3, в кольцевом пазу 4 которой размещена втулка 5, имеющая свободу аксиального и радиального перемещения и образующая с подшипниковой крышкой 3, втулкой 5 и валом 1 взрывонепроницаемые диаметральные щели. Длина взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой 3 и втулкой 5 выполнена меньше длины взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой 5 и валом 1. Торцевые поверхности кольцевого паза 4 и втулки 5 образуют дополнительные взрывонепроницаемые плоские щели, суммарная максимальная величина которых при смещении втулки 5 до упора в торец кольцевого паза по крайней мере равна суммарной величине взрывонепроницаемых диаметральных щелей между кольцевым пазом 4 подшипниковой крышки 3 и втулкой 5 и между втулкой 5 и валом 1 (W₁ + W₂≅W_d1 + W_d1), а ширина и длина взрывонепроницаемых диаметральных щелей между подшипниковой крышкой 3 и втулкой 5, втулкой 5 и валом 1 связаны соотношениями
0,8 <W_d1/W_d2≅1 и L₁/L₂≥0,32, где W₁ - ширина взрывонепроницаемой плоской щели между подшипниковой крышкой и втулкой; W₂ - ширина взрывонепроницаемой плоской щели между втулкой и подшипниковой крышкой; W_d1 - ширина взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой и втулкой; W_d2 - ширина взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и валом; L₁ - длина взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой и валом; L₂ - длина взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и валом. 2 ил.

Взрывозащищенный подшипниковый узел электрической машины с горизонтальным или вертикальным расположением вала, содержащий смонтированный на валу подшипник качения, подшипниковую крышку, в кольцевом пазу которой размещена втулка, имеющая свободу аксиального и радиального перемещения и образующая с подшипниковой крышкой, втулкой и валом взрывонепроницаемые диаметральные щели, отличающийся тем, что длина взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой и втулкой выполнена меньше длины взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и валом, причем торцевые поверхности кольцевого паза подшипниковой крышки и втулки образуют дополнительные взрывонепроницаемые плоские щели, суммарная максимальная величина которых при смещении втулки до упора в торец кольцевого паза по крайней мере равна суммарной величине взрывонепроницаемых диаметральных щелей между кольцевым пазом подшипниковой крышки и втулкой, втулкой и валом а ширина и длина взрывонепроницаемых диаметральных щелей между подшипниковой крышкой и втулкой, втулкой и валом связаны соотношениями

где W₁ ширина взрывонепроницаемой плоской щели между подшипниковой крышкой и втулкой;
W₂ ширина взрывонепроницаемой плоской щели между втулкой и подшипниковой крышкой;
ширина взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой и втулкой;
ширина взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и валом;
L₁ длина взрывонепроницаемой диаметральной щели между подшипниковой крышкой и втулкой;
L₂ длина взрывонепроницаемой диаметральной щели между втулкой и валом.