Электродвигатели АВ
Электродвигатели АВ: конструкция, типы, применение и технические аспекты
Электродвигатели АВ представляют собой асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, спроектированные и изготовленные в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ IEC 60034-1 (и его предшественниками, такими как ГОСТ Р 51689-2000). Буквенное обозначение «АВ» расшифровывается как «Асинхронный, Взрывозащищенный», что является ключевой характеристикой данной серии. Эти двигатели предназначены для длительной эксплуатации в условиях повышенной опасности, связанной с возможным присутствием взрывоопасных газовых смесей, паров и пыли. Они находят применение в нефтегазовой, химической, горнодобывающей промышленности, на объектах генерации и распределения энергии, а также на любых производствах с взрывоопасными зонами.
Конструктивные особенности и принцип действия
В основе двигателей АВ лежит классическая конструкция трехфазного асинхронного электродвигателя, однако все ее элементы усилены и модифицированы для обеспечения взрывозащиты. Принцип действия основан на создании вращающегося магнитного поля трехфазной обмоткой статора, которое индуцирует токи в короткозамкнутой обмотке ротора (беличья клетка). Взаимодействие магнитного поля статора с токами ротора создает электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение.
Ключевые конструктивные отличия двигателей АВ:
- Корпус: Выполнен из высокопрочного чугуна или листовой стали, обладает повышенной механической прочностью и стойкостью к коррозии. Фланцевые соединения и уплотнения рассчитаны на выдерживание давления взрыва внутри корпуса без его разрушения и передачи взрыва во внешнюю среду.
- Взрывонепроницаемая оболочка (маркировка «Ex d»): Это основной тип взрывозащиты для серии АВ. Оболочка способна выдержать давление внутреннего взрыва горючей смеси, предотвратить передачу взрыва во внешнюю взрывоопасную среду и обеспечить безопасный отвод продуктов взрыва через специальные лабиринтовые уплотнения (фланцевые зазоры), которые охлаждают газы до температуры ниже температуры воспламенения внешней среды.
- Узлы ввода кабеля (сальники): Используются специальные взрывозащищенные сальники, обеспечивающие герметичность ввода силовых и контрольных кабелей. Применяются как сальники кабельные, так и сальниковые коробки с уплотнительными кольцами.
- Клеммная коробка: Имеет увеличенный объем и отдельную взрывонепроницуемую оболочку. Внутри предусмотрено пространство для раздельного подключения питающего кабеля и кабеля датчиков (например, термосопротивлений). Крышка клеммной коробки крепится на множестве болтов для обеспечения равномерного прижима и герметичности.
- Система охлаждения: Двигатели выполняются с наружным обдувом (двигатели защищенного исполнения с самовентиляцией). Вентилятор закрыт защитным кожухом особой конструкции, часто из антиискрящего материала (например, алюминиевого сплава). Для двигателей, работающих в запыленных средах, могут применяться кожухи с ребрами (тип «крыльчатка») для самоочистки.
- Подшипниковые узлы: Используются подшипники качения повышенной долговечности (обычно SKF или FAG). Имеются маслонаполненные полости и лабиринтные уплотнения для защиты от попадания внутрь влаги и пыли.
- Датчики температуры: В обмотки статора встроены датчики температуры (как правило, термосопротивления Pt100 или позисторы), подключенные к клеммной коробке для мониторинга и защиты от перегрева.
- 1Ex – знак взрывозащиты для России.
- IIC – подгруппа взрывоопасной смеси (наиболее высокая, включает водород, ацетилен). Также возможна IIB (пропан, этилен) и IIA (аммиак, метан).
- T4 – температурный класс, определяющий максимальную температуру поверхности двигателя (не более 135°C). Классы: T1 (450°C), T2 (300°C), T3 (200°C), T4 (135°C), T5 (100°C), T6 (85°C).
- Gb – уровень защиты оборудования (защита обеспечивается как в нормальном режиме, так и при вероятных повреждениях).
- Ex tD A21 IP65 T130°C – дополнительная маркировка для пылевой защиты: оболочка, защищающая от пыли, пригодна для зоны 21 (A21), степень защиты IP65, температура поверхности не более 130°C.
- Монтаж: Установка должна производиться на ровное, прочное основание. Крепежные элементы (болты, шайбы) должны соответствовать проекту. Особое внимание уделяется заземлению: должна быть обеспечена надежная металлическая связь корпуса двигателя с заземляющим контуром. Сечение заземляющего проводника должно быть не менее указанного в ПУЭ.
- Электрическое подключение: Подключение производится только через взрывозащищенные пускорегулирующие аппараты (ПРА), соответствующие уровню взрывозащиты двигателя. Кабели вводятся через штатные сальники, уплотнение которых должно быть правильно подобрано по диаметру кабеля. После затяжки сальника проверяется его герметичность.
- Эксплуатация: Запрещается эксплуатация при повреждении корпуса, фланцев, сальников или крышки клеммной коробки. Не допускается превышение номинальных параметров (напряжение, ток, частота). Необходим постоянный мониторинг температуры обмоток с помощью встроенных датчиков.
- Техническое обслуживание (ТО): Включает регулярную наружную очистку от загрязнений, проверку состояния заземления, контроль момента затяжки крепежных болтов на корпусе и клеммной коробке (ослабление болтов нарушает взрывозащиту). Проверка и замена подшипникового смазочного материала проводится по графику, указанному в паспорте. Любой ремонт, связанный с вскрытием взрывонепроницаемой оболочки (например, перемотка статора), должен проводиться в специализированных мастерских, имеющих лицензию на ремонт взрывозащищенного оборудования, с последующей проверкой и пломбировкой.
- Нефтегазовая отрасль: Привод насосов, компрессоров, вентиляторов на нефтеперекачивающих станциях, буровых установках, нефтехимических заводах, в резервуарных парках.
- Химическая и нефтехимическая промышленность: Привод мешалок, реакторов, центрифуг, дозаторов, транспортеров в цехах, где присутствуют пары легковоспламеняющихся жидкостей и газов.
- Угольная промышленность: Привод конвейеров, вентиляторов главного проветривания, насосов водоотлива в шахтах, опасных по газу (метан) и пыли (угольная пыль).
- Производство и транспортировка взрывчатых веществ.
- Мукомольное и комбикормовое производство (взрывоопасная пыль).
- Очистные сооружения, где могут образовываться взрывоопасные газы.
Классификация и технические характеристики
Двигатели АВ классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих область их применения.
1. По уровню взрывозащиты и маркировке
Маркировка взрывозащиты осуществляется в соответствии с ГОСТ Р 51330.0 и включает несколько элементов. Для АВ типична следующая структура: 1Ex d IIC T4 Gb / Ex tD A21 IP65 T130°C.
d – вид взрывозащиты: «взрывонепроницаемая оболочка».
2. По мощности, частоте вращения и габариту
Двигатели АВ выпускаются в широком диапазоне мощностей, обычно от 0,25 кВт до 400 кВт и более. Частота вращения определяется количеством полюсов: 3000 об/мин (2 полюса), 1500 об/мин (4 полюса), 1000 об/мин (6 полюса), 750 об/мин (8 полюсов). Четырехполюсные исполнения (1500 об/мин) являются наиболее распространенными. Габариты и установочные размеры стандартизированы по ГОСТ 2479 (ряды габаритов от 56 до 355 и выше).
| Габарит (высота оси вращения, мм) | Мощность, кВт (для 1500 об/мин) | Мощность, кВт (для 3000 об/мин) | КПД, %, ном. | cos φ, ном. |
|---|---|---|---|---|
| 90 | 1.1 — 2.2 | 1.5 — 3.0 | 78 — 82 | 0.82 — 0.84 |
| 132 | 5.5 — 11 | 7.5 — 15 | 86 — 88 | 0.86 — 0.87 |
| 180 | 18.5 — 37 | 22 — 45 | 90 — 92 | 0.88 — 0.89 |
| 250 | 55 — 90 | 75 — 110 | 93 — 94 | 0.89 — 0.90 |
| 315 | 132 — 200 | 160 — 250 | 94 — 95 | 0.89 — 0.91 |
3. По климатическому исполнению и категории размещения
Наиболее распространенные исполнения: УХЛ (умеренный и холодный климат) и Т (тропический) с категориями размещения 1 (на открытом воздухе), 2 (под навесом), 3 (в закрытых помещениях без регулирования климата), 5 (в помещениях с повышенной влажностью).
Сравнение с двигателями АИР и другими сериями
Двигатели АВ часто сравнивают с общепромышленными двигателями серии АИР.
| Параметр | АВ (Взрывозащищенный) | АИР (Общепромышленный) |
|---|---|---|
| Основное назначение | Взрывоопасные зоны классов 1, 2, 21, 22. | Неопасные зоны, обычные промышленные условия. |
| Конструкция корпуса | Массивный, усиленный, с фланцами большой ширины, выдерживающий внутренний взрыв. | Облегченный, предназначенный для защиты от внешних воздействий (пыль, вода). |
| Клеммная коробка | Увеличенная, с отдельной взрывонепроницаемой полостью и большим количеством крепежных болтов. | Стандартная, компактная. |
| Вес и габариты | Значительно больше (на 20-50%) при одинаковой мощности. | Стандартные. |
| Стоимость | В 2-4 раза выше из-за сложности конструкции и сертификации. | Базовая. |
| Система охлаждения | Вентилятор в защитном кожухе, часто из антиискрящего материала. | Стандартный вентилятор под защитным кожухом. |
Особенности монтажа, эксплуатации и технического обслуживания
Монтаж и эксплуатация двигателей АВ требуют строгого соблюдения правил, изложенных в ПУЭ (Правила устройства электроустановок), РД (руководящие документы) и инструкции завода-изготовителя.
Области применения
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. В чем принципиальная разница между маркировками Ex d и Ex e?
Ex d (взрывонепроницаемая оболочка) – конструкция, выдерживающая внутренний взрыв. Ex e (повышенная безопасность) – конструкция, в которой дополнительные меры предотвращают возникновение дуги, искрения или опасного перегрева в нормальном режиме и при предусмотренных условиях перегрузки. Двигатели АВ в классическом исполнении – это Ex d. Исполнение Ex e (двигатели типа АВЕ) легче и дешевле, но применяется для зон с меньшим уровнем опасности (например, зона 2).
2. Можно ли использовать двигатель АВ в обычном, невзрывоопасном помещении?
Технически – да, это возможно и не противоречит нормам. Однако это экономически нецелесообразно из-за значительно более высокой стоимости, больших массогабаритных показателей и, как правило, несколько более низкого КПД (из-за массивности конструкции) по сравнению с двигателем АИР аналогичной мощности.
3. Как правильно выбрать температурный класс (T1-T6) двигателя АВ?
Температурный класс двигателя должен быть ниже температуры самовоспламенения взрывоопасной смеси, присутствующей в зоне его установки. Например, для смесей с температурой самовоспламенения выше 200°C можно использовать двигатели класса T3 (200°C) и ниже (T2, T1). Для наиболее опасных сред (водород, ацетилен) требуются двигатели с низким температурным классом – T4, T5 или T6. Выбор всегда должен осуществляться на основе анализа классификации взрывоопасной зоны.
4. Что означают буквы «Г» и «Х» в старой маркировке двигателей, например, ВАО2?
Это устаревшая, но еще встречающаяся маркировка по ГОСТ. «Г» означало, что двигатель предназначен для работы в среде с содержанием горючих газов (gas). «Х» – для работы в среде с содержанием горючих паров (химическая промышленность). Современная маркировка по ГОСТ Р 51330.0 (Ex d IIC T4 Gb) является более информативной и универсальной.
5. Требуется ли специальное разрешение для монтажа и ввода в эксплуатацию двигателей АВ?
Да, требуется. Монтаж должен выполняться организацией, имеющей соответствующую лицензию на проведение работ во взрывоопасных зонах. Перед вводом в эксплуатацию необходимо провести приемо-сдаточные испытания, проверить соответствие установки проектной документации, состояние заземления и правильность сборки цепи управления. Результаты оформляются актом. Эксплуатация без выполнения этих требований запрещена.
6. Как часто нужно проводить ТО взрывозащищенных двигателей?
Периодичность ТО устанавливается внутренними регламентами предприятия на основе рекомендаций завода-изготовителя, но не реже, чем предписано ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей). Как правило, внешний осмотр и проверка тока нагрузки проводятся ежемесячно. Контроль затяжки болтовых соединений и виброакустический контроль – не реже 1 раза в 6 месяцев. Полное техническое обслуживание с заменой смазки – 1 раз в 1-2 года в зависимости от режима работы.
7. Можно ли самостоятельно заменить подшипник в двигателе АВ?
Механическую замену подшипника может выполнить квалифицированный слесарь, но только при строгом соблюдении инструкции по разборке/сборке, чтобы не повредить посадочные поверхности и уплотнения. Однако после любой операции, связанной с вскрытием корпуса (даже для замены подшипника), должна быть проведена проверка взрывозащитных характеристик (замер зазоров во фланцевых соединениях, проверка состояния уплотнений) и составлен соответствующий отчет. Фактически, эту работу должна проводить аккредитованная мастерская.