Электродвигатели ВАИУ: конструкция, характеристики и область применения
Электродвигатели серии ВАИУ представляют собой асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, взрывозащищенного исполнения. Аббревиатура расшифровывается следующим образом: В – взрывозащищенное исполнение, А – асинхронный, И – серия (интерэлектромаш), У – климатическое исполнение «умеренный». Данные двигатели предназначены для длительной работы в условиях, где возможно образование взрывоопасных смесей газов или паров с воздухом. Они являются ключевым приводным оборудованием в нефтегазовой, химической, горнодобывающей промышленности, на объектах хранения и переработки нефтепродуктов, а также в других отраслях с повышенными требованиями к безопасности.
Конструктивные особенности и принцип взрывозащиты
Конструкция двигателей ВАИУ базируется на базе серийных общепромышленных двигателей, но с существенными изменениями, обеспечивающими взрывозащиту. Основной вид взрывозащиты, применяемый в этих двигателях – взрывонепроницаемая оболочка (маркировка «Ex d»). Принцип основан на заключении всех потенциальных источников искрения (обмотки, коллекторные узлы, щеточный аппарат, если есть) в прочный корпус, способный выдержать внутренний взрыв горючей смеси без повреждения и без передачи воспламенения во внешнюю взрывоопасную среду.
Ключевые конструктивные элементы:
- Корпус (станина): Изготавливается из высокопрочного чугуна или листовой стали. Имеет массивные стенки и развитое оребрение для эффективного отвода тепла, так как герметичность оболочки ухудшает условия охлаждения.
- Фланцевые соединения и крышки: Все разъемы (между корпусом и подшипниковыми щитами, крышками кабельных вводов, торцевыми крышками) выполняются в виде лабиринтных фланцев с заданной шириной щели (зазора) и глубиной. Эти параметры (длина пути утечки) строго регламентированы стандартами и обеспечивают охлаждение продуктов горения, выходящих из оболочки при внутреннем взрыве, до температуры, безопасной для внешней среды.
- Вал: Проходит через подшипниковые узлы с использованием лабиринтных или маслосъемных уплотнений для предотвращения передачи взрыва по валу.
- Клеммная коробка: Является самостоятельной взрывонепроницаемой оболочкой, соединенной с основной. Имеет отдельные уплотнительные поверхности и крышку. Внутри размещаются клеммники для подключения кабелей.
- Кабельные вводы: Для присоединения питающего кабеля используются специальные взрывозащищенные сальники (уплотнительные муфты), соответствующие типу и диаметру кабеля.
- Система охлаждения: Чаще всего используется естественное охлаждение (IC 0041). Для двигателей большей мощности может применяться принудительная вентиляция с использованием внешнего вентилятора, расположенного на валу и заключенного в защитный кожух.
- Нефтегазовая отрасль: Привод насосов (в т.ч. погружных скважинных), компрессоров, вентиляторов, мешалок на установках подготовки и перекачки нефти и газа, нефтеперерабатывающих заводах, танкерах.
- Химическая и нефтехимическая промышленность: Привод оборудования в цехах, где используются или производятся легковоспламеняющиеся растворители, газы, сырье.
- Угольная промышленность: Привод конвейеров, вентиляторов местного проветривания (в исполнении для рудничного метана – группа I).
- Производство лакокрасочных материалов, мукомольное производство (взвесь пыли), газовое хозяйство.
- Монтаж: Двигатель должен быть надежно закреплен на фундаменте или раме. Необходимо обеспечить соосность с приводимым механизмом. Вибрация на лапах не должна превышать допустимых норм.
- Подключение: Питающий кабель должен вводиться через штатный взрывозащищенный сальник. Сечение кабеля должно соответствовать току двигателя. При подключении в клеммной коробке необходимо обеспечить надежный контакт и отсутствие натяжения жил. После подключения крышка клеммной коробки должна быть плотно затянута для сохранения взрывозащиты фланцевого соединения.
- Техническое обслуживание (ТО): Включает регулярную очистку корпуса от пыли и грязи для обеспечения охлаждения, проверку состояния подшипников (шум, нагрев), контроль затяжки всех крепежных и фланцевых соединений. Замена подшипников или ремонт обмоток должны проводиться в специализированных мастерских, имеющих право ремонта взрывозащищенного оборудования, с последующим подтверждением соответствия параметров взрывозащиты.
- Важное замечание: Любое нарушение целостности взрывонепроницаемой оболочки (сверление отверстий, повреждение фланцев, использование нештатных сальников) приводит к потере сертификата взрывозащиты и запрещает эксплуатацию двигателя во взрывоопасной зоне.
- Искробезопасная цепь («Ex i»): Применяется для двигателей малой мощности или для датчиков. Ограничивает энергию в цепи. Не является типичным для силовых приводов.
- Заполнение или продувка оболочки («Ex p»): Внутренний объем двигателя заполняется инертным газом или продувается чистым воздухом под избыточным давлением, что исключает попадание взрывоопасной смеси внутрь. Используется для двигателей особо больших мощностей или в специфических условиях.
- Защита вида «e» – повышенная безопасность: Дополнительные меры против возможных искр, дуг, перегрева. Часто комбинируется с «Ex d» для клеммной коробки. Для силовых частей двигателя как основной вид используется редко.
- ВАИУ – тип двигателя (взрывозащ., асинхр., серия И, умеренный климат).
- 280 – высота оси вращения (280 мм).
- S – установочный размер по длине станины (короткий).
- 4 – число полюсов (4 полюса, синхронная частота 1500 об/мин).
- У2 – климатическое исполнение для умеренного климата, категория размещения 2 (на улице под навесом).
- Ex dIIBT4 Gb – маркировка взрывозащиты: взрывонепроницаемая оболочка, для газовой группы IIB, температурный класс T4 (макс. темп. пов. 135°C), уровень защиты Gb (для зон 1 и 2).
Технические характеристики и параметры
Двигатели ВАИУ выпускаются на широкий диапазон мощностей, напряжений и частот вращения. Их основные параметры регламентированы стандартами и техническими условиями.
Основные параметры (типовой ряд)
| Типоразмер (ВАИУ) | Мощность, кВт | Синхронная частота вращения, об/мин | Напряжение, В (основное) | КПД, % (примерный) | cos φ (примерный) | Способ монтажа (пример) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 80В2 | 1.5 | 3000 | 380, 660 | 78 | 0.84 | IM 1081 (лапы) |
| 112М2 | 5.5 | 3000 | 380, 660 | 85 | 0.88 | IM 1081 (лапы) |
| 160S4 | 15.0 | 1500 | 380/660, 660/1140 | 89 | 0.86 | IM 1081 (лапы) |
| 200М4 | 37.0 | 1500 | 380/660, 660/1140 | 91.5 | 0.87 | IM 1081 (лапы) |
| 250S4 | 75.0 | 1500 | 6000 | 93 | 0.88 | IM 1081 (лапы) |
| 315LА4 | 132.0 | 1500 | 6000 | 94.5 | 0.89 | IM 1081 (лапы) |
Классификация по категориям и температурным классам взрывоопасных смесей
Двигатели ВАИУ маркируются в соответствии с зоной, для которой они предназначены, и группой взрывоопасной смеси.
| Параметр взрывозащиты | Значение для ВАИУ | Пояснение |
|---|---|---|
| Уровень взрывозащиты | «2» – повышенная надежность | Защита обеспечивается в нормальном режиме и при признанных вероятных повреждениях. |
| Вид взрывозащиты | Взрывонепроницаемая оболочка «d» | См. выше. |
| Группа взрывоопасной смеси | IIA, IIB, IIC | Двигатели ВАИУ чаще всего изготавливаются для групп IIA и IIB (промышленные газы и пары, кроме рудничного метана и водорода). IIC (водород, ацетилен) требует особого исполнения. |
| Температурный класс | T1…T4 (напр., T3) | Определяет максимальную температуру поверхности двигателя, которая не должна воспламенить окружающую смесь. T3 соответствует температуре не выше 200°C. |
| Маркировка (пример) | Ex d IIB T3 Gb | Взрывонепроницаемая оболочка, для газов группы IIB, темп. класс T3, уровень защиты «Gb» (для зоны 1 и 2). |
Область применения и условия эксплуатации
Двигатели ВАИУ применяются для привода механизмов, работающих в помещениях и на открытых площадках с наличием взрывоопасных смесей газов или паров с воздухом (зоны 1 и 2 по классификации ПУЭ и ГОСТ).
Условия эксплуатации: Высота над уровнем моря до 1000 м; температура окружающей среды от -40°C до +40°C (для исполнения У1, УХЛ1); относительная влажность до 98% при +25°C. Двигатели рассчитаны на продолжительный режим работы (S1).
Монтаж, подключение и техническое обслуживание
Монтаж и обслуживание взрывозащищенных двигателей требуют строгого соблюдения правил.
Сравнение с другими типами взрывозащищенных двигателей
Помимо исполнения «Ex d», существуют другие виды защиты, применяемые в электродвигателях:
Преимущества ВАИУ (Ex d): Относительная простота и надежность конструкции, высокая степень защиты, пригодность для широкого спектра мощностей и зон (1, 2).
Недостатки: Большая масса и габариты по сравнению с общепромышленными двигателями той же мощности, более высокая стоимость, ухудшенный теплоотвод, требующий специальных мер при проектировании.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается двигатель ВАИУ от двигателя АИР?
Двигатель ВАИУ является взрывозащищенной модификацией общепромышленного двигателя серии АИР. Основные отличия: массивный корпус с взрывонепроницаемыми фланцами, усиленная конструкция, специальная клеммная коробка Ex d, требования к зазорам и посадкам, наличие маркировки и сертификата взрывозащиты. Масса ВАИУ может быть на 20-50% выше, чем у АИР аналогичной мощности.
Можно ли заменить двигатель ВАИУ на обычный (не взрывозащищенный) в ремонтных целях?
Нет, категорически запрещено. Замена взрывозащищенного двигателя на общепромышленный в зоне, классифицированной как взрывоопасная, нарушает требования ПУЭ, ПТЭЭП и Федеральных норм и правил (ФНиП) в области промышленной безопасности. Это создает высокий риск взрыва и влечет административную и уголовную ответственность.
Как расшифровать маркировку, например, ВАИУ 280S4 У2 Ex dIIBT4 Gb?
Требуется ли специальное разрешение для монтажа и пуска двигателя ВАИУ?
Монтаж должен выполнять персонал, имеющий допуск к работе со взрывозащищенным оборудованием и прошедший соответствующее обучение. Пусконаладочные работы и ввод в эксплуатацию должны проводиться с проверкой соответствия монтажа проектной документации, правил ПУЭ и инструкций завода-изготовителя. Факт приемки в эксплуатацию оформляется актом. Постоянная эксплуатация требует наличия действующего сертификата соответствия на двигатель.
Как часто нужно проводить проверку затяжки фланцевых соединений и сальников?
Периодичность проверок определяется графиком планово-предупредительного ремонта (ППР) предприятия, но рекомендуется не реже одного раза в год, а также после любого транспортирования или демонтажа/монтажа двигателя. Проверка осуществляется динамометрическим ключом с моментом, указанным в технической документации на двигатель.
Можно ли использовать частотный преобразователь (ЧРП) для управления двигателем ВАИУ?
Да, но с соблюдением критически важных условий. Сам частотный преобразователь должен иметь соответствующее взрывозащищенное исполнение (например, «Ex d» или «Ex p») для установки в зоне, либо быть установлен за пределами взрывоопасной зоны. Двигатель ВАИУ при питании от ЧРП может иметь дополнительные ограничения по минимальной частоте вращения из-за ухудшения охлаждения на низких оборотах. Также возможно возникновение перенапряжений на длинных кабелях, что требует использования выходных фильтров (дросселей, синус-фильтров) для защиты изоляции обмотки двигателя.
Что означает уровень защиты «Gb» в маркировке?
Уровень защиты «Gb» (ранее применялся термин «взрывозащита 1-го класса») означает, что оборудование обеспечивает необходимый уровень защиты в нормальном режиме работы, а также при часто возникающих повреждениях или повреждениях, которые обычно учитываются. Оборудование с уровнем «Gb» предназначено для использования в зонах 1 и 2 (зоны, где взрывоопасная атмосфера присутствует иногда или редко). Это основной уровень для двигателей ВАИУ.