Электродвигатели рудничные на лапах

Электродвигатели рудничные на лапах: конструкция, применение и требования безопасности

Рудничные электродвигатели на лапах представляют собой специализированный класс электрических машин, предназначенных для привода механизмов, работающих в условиях подземных горных выработок (шахт, рудников), включая участки, опасные по газу (метану) и пыли. Конструктивное исполнение «на лапах» означает, что двигатель монтируется на присоединяемый механизм или раму через фланцевые крепления – «лапы», расположенные на станине (корпусе). Это наиболее распространенный способ монтажа для стационарно устанавливаемого оборудования, такого как конвейеры, вентиляторы местного проветривания, насосы, лебедки и другие машины шахтного стационарного и технологического оборудования.

Классификация и основные типы

Рудничные электродвигатели классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих их область применения и конструктивное исполнение.

• По уровню взрывозащиты: Это основной классифицирующий признак. Двигатели делятся на:
  • Взрывобезопасное исполнение (РВ, Ex d). Корпус двигателя обладает взрывонепроницаемой оболочкой, способной выдержать внутренний взрыв горючей смеси без передачи его во внешнюю среду. Применяются в выработках, опасных по газу и пыли.
  • Искробезопасное исполнение (РИ, Ex i). Токоведущие цепи двигателя (часто низковольтные системы управления) имеют параметры, не способные вызвать воспламенение горючей смеси искрой или нагревом. Обычно это двигатели малой мощности или часть комплексной системы.
  • Особовзрывобезопасное исполнение (РО). Сочетают в себе несколько независимых средств взрывозащиты, обеспечивая повышенный уровень безопасности.
  • Исполнение для невзрывоопасных условий (РН). Применяются в основных выработках, не опасных по газу и пыли.
• По роду тока:
  • Асинхронные трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ). Наиболее распространенный тип благодаря простоте, надежности, низкой стоимости и высокой ремонтопригодности. Пуск осуществляется прямым включением или с использованием устройств плавного пуска.
  • Асинхронные двигатели с фазным ротором (АДФР). Используются для привода механизмов с тяжелыми условиями пуска (например, конвейеры большой длины). Позволяют регулировать пусковой момент и ток за счет введения сопротивлений в цепь ротора.
  • Синхронные двигатели. Применяются реже, в основном для привода мощных вентиляторов главного проветривания или насосов, где требуется поддержание постоянной скорости вращения и компенсация реактивной мощности.
• По мощности и напряжению: Мощность рудничных двигателей на лапах варьируется от единиц киловатт до нескольких мегаватт. Напряжение питания: низкое (380/660 В, 660/1140 В) для мобильных и распределенных механизмов, и высокое (6 кВ, 10 кВ) для стационарных мощных приводов, что позволяет снизить потери в кабельных сетях.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция рудничного двигателя на лапах оптимизирована для работы в экстремальных условиях.

• Корпус (станина). Выполняется из литого чугуна или сварной стали повышенной прочности. Имеет массивное ребристое оребрение для улучшения теплоотдачи. Взрывобезопасные корпуса (Ex d) проходят гидравлические испытания на давление, превышающее расчетное давление взрыва. Все разъемные соединения (крышки, сальниковые вводы) выполняются по лабиринтным или плоскостным уплотнениям с заданным гарантированным зазором (длиной пути выхода газов).
• «Лапы» крепления. Являются неотъемлемой частью станины. Имеют отверстия под фундаментные болты. Расположение и размеры лап часто соответствуют стандартным установочным размерам (габаритам по IEC или ГОСТ), что обеспечивает взаимозаменяемость двигателей.
• Активные части (статор и ротор). Статор набирается из изолированных листов электротехнической стали для снижения потерь на вихревые токи. Обмотка статора пропитывается влагостойкими и антикоррозионными составами, часто класса нагревостойкости «F» или «H», что позволяет работать при температурах до 155°C и выше. Ротор АДКЗ – «беличья клетка», изготавливается литьем под давлением из алюминиевых сплавов или меди.
• Подшипниковые узлы. Используются подшипники качения (шариковые или роликовые) закрытого типа, не требующие частого обслуживания. Имеются лабиринтные уплотнения для защиты от пыли и влаги. У мощных двигателей могут устанавливаться датчики температуры подшипников.
• Система охлаждения. Основной тип – самовентиляция (IC 411): на валу двигателя установлен вентилятор, закрытый защитным кожухом, который обдувает ребра станины. Для сред закрывающих обдув (пыльных) используется независимая вентиляция (IC 416) с наружным вентилятором, подающим чистый воздух через патрубки.
• Клеммная коробка. Выполняется во взрывонепроницаемом исполнении (Ex d) отдельно от основной полости двигателя. Имеет усиленные сальниковые вводы для кабелей (СКК, КВВГ и др.) и надежное болтовое соединение крышки. Внутри предусмотрена камера для раздельного подключения кабелей и место для соединения жил.

Требования нормативной документации и маркировка

Производство и эксплуатация рудничных двигателей строго регламентированы. В России основными документами являются Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах», а также серия стандартов ГОСТ. Маркировка двигателя содержит всю необходимую информацию.

Пример маркировки: ДАЗО4-400-6-10 УХЛ1 РВ Ex d I Mb

• ДАЗО4 – тип двигателя (Д – двигатель, А – асинхронный, З – защищенного исполнения, О4 – на лапах).
• 400 – высота оси вращения, мм.
• 6 – число полюсов (синхронная частота ~1000 об/мин).
• 10 – модификация.
• УХЛ1 – климатическое исполнение (умеренный и холодный климат, категория размещения 1 – на открытом воздухе).
• РВ – рудничный, взрывобезопасный.
• Ex d I Mb – знак взрывозащиты по международному стандарту (IEC/ATEX): взрывонепроницаемая оболочка, I категория (для подземных выработок), уровень защиты «Mb» (оборудование, обеспечивающий очень высокий уровень защиты).

Таблица: Сравнение основных исполнений рудничных двигателей

Параметр	Исполнение РВ (Ex d)	Исполнение РИ (Ex i)	Исполнение РН
Область применения	Взрывоопасные зоны шахт (забои, участки с выделением метана)	Цепи управления, датчики, маломощные приводы во взрывоопасной зоне	Невзрывоопасные выработки (главные штреки, околоствольные дворы без признаков газа)
Принцип взрывозащиты	Взрывонепроницаемая оболочка	Искробезопасная электрическая цепь	Отсутствует (общепромышленное исполнение с усиленной защитой от среды)
Конструкция корпуса	Массивный, с фланцами большой длины и зазорами, выдерживающий внутренний взрыв	Может быть облегченным, но элементы цепи имеют ограничения по энергии	Защищенный (IP54-IP55) от пыли и воды
Клеммная коробка	Обязательно Ex d, с испытаниями на взрывонепроницаемость	Может быть Ex i или Ex d	Стандартная, с уплотнениями
Сертификация	Обязательна, с выдачей сертификата соответствия ТР ТС 012/2011 (ЕАЭС)	Обязательна, с выдачей сертификата соответствия ТР ТС 012/2011 (ЕАЭС)	Не требуется сертификация по взрывозащите

Особенности монтажа, эксплуатации и технического обслуживания

Монтаж двигателя на лапах требует тщательного выравнивания по осям с приводимым механизмом. Используются регулировочные прокладки под лапы. Несоосность приводит к вибрациям, перегреву подшипников и выходу из строя. Подключение кабелей к клеммной коробке должно выполняться с соблюдением требований к сальниковым вводам: использование уплотнительных колец, конусов, затяжка нажимной гайки с заданным усилием.

Эксплуатация требует регулярного контроля:

• Температурный режим. Контроль температуры корпуса (термометры) и подшипников (встроенные датчики). Превышение температуры свидетельствует о перегрузке, нарушении охлаждения или износе подшипников.
• Виброакустический контроль. Повышенная вибрация – признак дисбаланса ротора, ослабления креплений или повреждения подшипников.
• Состояние изоляции. Регулярное измерение сопротивления изоляции мегаомметром (не менее 0.5 МОм для напряжений до 1 кВ, нормируется ПТЭ).
• Чистота поверхности. Загрязнение ребер корпуса угольной пылью резко ухудшает теплоотдачу и может привести к перегреву. Очистка должна проводиться по графику.

Техническое обслуживание (ТО) и ремонт проводятся специализированными службами. Капитальный ремонт включает перемотку статора, замену подшипников, динамическую балансировку ротора. После любого ремонта, затрагивающего взрывозащиту (корпус, зазоры, клеммная коробка), двигатель должен пройти проверку в аккредитованной лаборатории с выдачей заключения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем рудничный двигатель на лапах принципиально отличается от общепромышленного?

Рудничный двигатель отличается, в первую очередь, уровнем защиты от внешних условий: взрывозащищенное исполнение корпуса и клеммной коробки, материалы, стойкие к агрессивной шахтной атмосфере (высокая влажность, сероводород, угольная пыль), пропитка обмоток составами, предотвращающими поглощение влаги. Конструкция рассчитана на механические нагрузки, характерные для горного производства.

Можно ли заменить двигатель исполнения РВ на РН в шахте?

Нет, категорически запрещено. Замена оборудования с более высоким уровнем взрывозащиты (РВ) на оборудование с более низким (РН) или его отсутствием допустима только в случае, если данная конкретная выработка официально переклассифицирована из взрывоопасной в невзрывоопасную по результатам замеров концентрации газа и утвержденной документации. В противном случае такая замена является грубейшим нарушением правил безопасности.

Каковы основные причины выхода из строя рудничных электродвигателей?

• Перегрев: Из-за перегрузки, забитых пылью ребер охлаждения, падения напряжения в сети, частых пусков.
• Повреждение изоляции: Вследствие длительного воздействия влаги, механических повреждений кабеля ввода, старения.
• Износ подшипников: Из-за несоосности, вибраций, попадания абразивной пыли при повреждении уплотнений.
• Коррозия: Активная коррозия корпуса и крепежа в агрессивной среде.

Что означает маркировка IP55 в дополнение к Ex d?

Маркировка IP (Ingress Protection) определяет степень защиты оболочки от проникновения твердых тел и воды. IP55 означает: «5» – защита от пыли (проникновение пыли не полностью исключено, но она не должна проникать в количестве, нарушающем работу); «5» – защита от струй воды с любого направления. Для рудничных условий это необходимый минимум, часто требуется IP65 (полная пыленепроницаемость).

Как правильно выбрать мощность двигателя для замены?

Мощность выбирается по паспортным данным заменяемого механизма с учетом режима работы (S1 – продолжительный, S3 – повторно-кратковременный). Необходимо учитывать фактические условия: напряжение сети, длину и сечение питающего кабеля (возможные просадки напряжения), высоту над уровнем моря (влияет на охлаждение). Рекомендуется запас по мощности 10-15% для избежания работы на пределе. Обязательно должно совпадать напряжение и частота сети, а также установочные размеры (межосевое расстояние лап, высота вала).

Требуется ли специальное обучение для персонала, работающего с рудничными двигателями?

Да. Персонал, осуществляющий монтаж, подключение, эксплуатацию и ремонт взрывозащищенного электрооборудования, должен пройти специальное обучение и иметь соответствующее удостоверение с периодической проверкой знаний. Работы должны выполняться в строгом соответствии с нарядом-допуском и техническими регламентами.