[科普中国]-专用电动机-

简介

专用电动机是阀门电动装置(简称:电动装置) 的重要配套部件。我国执行的阀门电机标准有两个，一个是普通型JB /T2195－1998 YDF2系列阀门电动装置用三相异步电动机技术条件，另一个是防爆型JB/T8670－1997YBDF2系列阀门电动装置用隔爆型三相异步电动机技术条件。从标准颁布的年份上可见，具有防爆性能的YBDF2系列阀门电机仍在执行国家强制性标准GB3836.1－2010和GB3836.2－2010版本。阀门电机是电动装置的动力输入部件，其性能是影响电动装置转矩输出技术参数的主要因素，其结构需满足电动装置的要求。

电动装置是电动阀门的组成部分，其主要功能是实现阀门终端位置的精确控制和故障保护，实现阀门当前位置与载荷状态的信号反馈，并完成与相关设备的程序控制。阀门电动装置是工业管道系统的控制单元，广泛地应用于石油、化工、天然气、冶金、市政、电力等工业领域1。

专用电机的基本特性电动装置的工作特点决定了阀门电机的基本性能，与普通三相异步电动机不同，阀门电机具有以下特性。

(A) 启动转矩大；以保证阀门在静止带压状态下的开启和关闭时阀瓣的入座密封。根据标准规定，阀门电机的启动转矩与额定转矩之比有3.2和5.0 两种，前者基本延续了我国自上世纪70年代自行设计的YDF电动机动力参数，后者的设计则参照了上世纪80年代初引进国外的Limitorque电动装置用电动机参数；

(B) 启动电流大；由于具有较大的启动转矩，所以相应的启动电流大。以上两种阀门电机的启动电流均为额定电流的7 倍，因而对电气控制元器件的选用应给予充分注意；

(D) 转动惯量小；设计中尽量使转子直径趋于细长，以减小转动惯量，进而减轻阀门入座时阀瓣对阀座的冲击。以上性能是阀门电机电磁设计与转子、定子结构设计中应考虑的问题，而电动机的整体结构设计与阀门电动装置的结构有关，所以还需考虑以下问题；

(E) 防爆性能；阀门电机的结构设计应考虑防爆功能或便于派生防爆功能，以适应防爆型阀门电动装置的需要，因为有些电动阀门要求工作在爆炸性气体环境中。

为适应电动装置的防爆结构特点，所用防爆阀门电机均不设独立的对外接线装置，所以它不能单独用于防爆场所。只有与防爆型电动装置组合后防爆阀门电机才具有防爆功能，其防爆试验、审查也应与防爆电动装置组装后一同进行。电动机的外壳与防爆电动装置的控制腔形成一个防爆主腔。

有前端盖法兰结构型式一般情况下，国内自行设计的阀门电动装置均采用标准规定的连接尺寸，即前面提到的JB/T2195－1998和JB/T8670－1997给出的标准法兰连接型式。

引进国外技术电动装置所用的阀门电机连接型式与我国标准有所区别，通常是由电动装置制造厂家给出的结构尺寸。

1.前端盖轴向不固定型式

机壳只是通过与前端盖防爆结合面的配合来约束前端盖的径向位置，而前端盖的轴向并没有固定(实际结构中有一顶丝保证运输时不松动)。机壳的后部不贯通，后轴承孔直接在机壳上加工。该结构的特点是; 可方便地调整出线套在法兰止口平面上的位置。

2.前端盖轴向固定且具有后端盖型式

这种结构有两种型式，可将其分为A和B。其中A 结构的出线套位于法兰定位止口的平面上，B结构的出线套位于法兰止口以外的平面上。

在结构设计上，同等轴头转矩情况下阀门电机的轴头直径均小于普通电机。为避免上述现象，这样可相对减小电动机轴头的悬臂长度进而减小其工作中可能产生的弹性变形。同时也保证了电动机工作状态下实际隔爆结合面符合标准要求2。

无前端盖法兰结构有的电动装置在设计中已考虑了阀门电机定子铁芯的安装位置，即内装式或无前端盖法兰型式，这种结构在国外电动装置产品中经常见到。

多回转电动装置的结构，它是一种知名电动装置品牌。虽然Rotork 公司的智能型电动装置已不再采用该结构，但因为与其它产品完全不同的特点而且仍有应用，所以对其进行简单介绍。

电动机的转子轴与电动装置传动蜗杆设计成一体，在主箱体内的支撑点是和滚针轴承，在后端盖上的支撑点是球轴承，这种结构在国内被称为“同轴直联”式。阀门电机的电源线可以方便地引入电动装置的控制腔。电动装置工作时蜗轮的输出转矩会使蜗杆产生轴向力并压缩用于转矩控制的碟形弹簧，所以转子在电动装置转矩开关动作时会有一定量的双向轴向位移，这一特点在其它电动装置上是没有的。

就电动装置整体结构而言，是很有创意的设计。它简化了整机传动结构，蝶型弹簧的预紧和调整方便，产品整体外形协调等。Rotork后期产品依然保持了这种风格。其局限是; 电机与蜗杆轴过长，与转子的组合精度难于控制，并且蜗杆轴受力属于超静定结构。当阀门开启操作时，机壳、后端盖、轴承压盖的紧固螺钉均要承受蜗杆的轴向力，因而该结构电动装置的输出转矩规格也不宜过大。

总结通过以上几种典型阀门电机结构的分析比较可以归纳出以下几点：

(1) 阀门电机的结构设计受到电动装置整体结构的制约，如传动、手/电动切换结构等，尤其是电动机的连接法兰与进线结构设计；

(2) 阀门电机的结构设计要兼顾防爆性能和防护性能，因为绝大多数阀门电机只有与防爆电动装置组合后才具有防爆功能，这时防爆电动装置的控制腔与防爆阀门电机的外壳构成一个防爆主腔；

(3) 我国阀门电机的防爆等级多为ExdIIBT4Gb，而很多工况条件要求电动装置的防爆等级为ExdIICT4Gb 或ExdIICT6Gb ，所以阀门电机的防爆性能是制约电动装置防爆等级的因素之一；

(4) 结构型式不同的阀门电机适应不同的电动装置输出转矩规格，有些只适合小转矩规格，所以其功率范围较小；

(5) 有前端盖结构的阀门电机便于单机检测和储运，无前端盖结构的阀门电机储运中应采取措施保护定子线圈和隔爆面等部位并应提供单机检测(指与电动装置未组装之前) 的方法、措施；

(6) 阀门电机功率分档的范围较大但每种规格的用量有限，所以电动装置设计时择标准连接尺寸和出线位置的阀门电机可相对降低产品的制造成本；

(7) 我国阀门电机标准中规定的户外等级较电动装置的标配户外等级低，在某种程度上影响了电动装置户外性能的提高。

综上所述，阀门电机的结构设计与电动装置的整机结构相互制约。所以，研究改进阀门电机的结构使之更趋合理对促进电动装置整机性能的提高具有积极作用3。