干式高压潜水电机最大转矩倍数校核

水泵类负载一般认为其负载波动不大，对最大转矩倍数并不做太大要求，但根据现场和返厂维修的电泵进行分析后发现杂物进人蜗壳卡死叶轮，导致烧机的现象较多，杂物中以小树枝、烂布条等居多。如类似杂物进人蜗壳后可被叶轮随即打断或切断，将有效提高电泵的运行可靠性。因此，需在叶轮对杂物进行处理的瞬间，要求电泵驱动电机提供较大的转矩。经过大量实验验证(切割泵)，当电机最大转矩倍数提高到2.0以上可减少60%因此类问题而导致的烧机。

小型水泵用电机设计经常忽略了电机启动性能的校核，而大型水泵尤其是潜水泵，因其叶轮直径较大从而惯量也较大，电机的启动校核尤为重要 。

从电磁、密封结构、通风结构和监控等方面阐述干式高压潜水电机的设计要点，根据水泵实际运行工况和使用环境特殊性，设计符合水泵实际运行要求的电机产品 。

潜水电泵是一种以电动机为原动机应用在污水处理、水利工程等重要场合的离心式水泵。随着市场对潜水电泵流量及扬程不断增大的需求，与之配套的电机功率也逐渐增大，如仍采用低压电机驱动，与之对应的大电流、大电缆等也随之而来，而电缆本身的重量对其布线和固定带来较大不便，电缆增大的同时也对引出电缆的密封增添了困难。如可找到一种在水下5m正常运行的高电压电机将可解决以上问题，高压潜水电机由此应运而生。

高压潜水电机的电磁设计与普通紧凑型高压电机设计相类似，由于电机运行在水中，其散热性能好于紧凑型高压电机，故高压潜水电机可以取较高的电磁负荷，但应根据电泵的运行特点对电机的启动转矩和最大转矩进行校核。

潜水电机轴与泵体共用一根轴，电机轴承承担电机转子自重外还需承担泵体重量和水泵工作时的轴向力，轴承的选择是潜水高压电机不同于普通高压电机的区别之一。轴的受力反馈至轴承，轴的受力可以等效为轴承受力。

水下环境较为复杂，电泵或可因水下环境的变化出现各种“症状”，如叶轮卡死、机械密封失效、轴承油脂污染等。为了防止以上现象扩散造成更大损失，可对电机各部分进行监控。

电机内部设有定子绕组温度及轴承温度测量元件、机械密封监控探头，电机外部控制电路设有缺相、欠压、过压、过电流等监控设备。

其中，电泵传动端设有3道防水探头，引出电缆端设有1道防水探头，当传动端第1道机械密封失效后，1号探头发出报检警报信号，电泵正常运行;当第2道机械密封失效后，2号探头发出维修警报信号，电泵正常运行;当第3到或者引出电缆端密封失效后，3号或4号探头发出维修警报信号，电泵停机。

干式潜水电机为全封闭式空气内冷、机壳水外冷电机，电机内部采用轴流风扇和离心风扇相结合通风方式。这种特殊的冷却方式决定了潜水电机温度场分布不同于其它电机。

干式潜水电机为全干式密封结构，主要用于装配下泵式潜水泵。

干式潜水电机内部充满空气，与普通防护式三相异步电机相似。电动机轴伸端采用动态机械密封来有效防止水分和潮气进入电动机内部，以保持电动机的内腔干燥。有的干式潜水电机下部带有一个气室，当电机潜入水中时，气室内的空气受到水压力的作用被压缩，气压升高，形成一个气垫结构或空气密封结构，从而防止水分进入潜水电机内部，使电机得到双重保护，运行可靠大大提高。其主要结构特点如下:

(1)干式潜水电机内部除绕组绝缘需要加强防潮处理及放置湿度监测器之外，电机内部结构的处理方式与普通三相异步电机基本相同。

(2)轴伸端机械密封结构的可靠性是影响干式潜水电机寿命的关键因素。由于干式潜水电机常年工作于水下，因此电机的密封结构比较复杂，制造工艺和安装要求都比较高。

(3)当干式潜水电机工作在含砂水质或含有其它腐蚀性杂质的液体中时，两边轴伸端机械密封的寿命会受到很大的影响，进而影响干式潜水电机运行的可靠性和使用寿命。

通过对潜水电机定子三维温度场有限元计算及其奇异性分析，可以得到以下结论:

（1）干式潜水电机采用内部风冷、外部水冷的冷却方式。由于外部水冷能迅速带走大量热量，因此电机定子温升轴向分布整体呈现凹型。而由于定子绕组是电机主要的发热部件，因此电机铁心温升轴向呈现出凸型分布。

（2)定子绕组温升最高点出现在绕组上端部，最低点出现在上层绕组中部，上、下层绕组温升相差很大。

(3)定子铁心温升最高点出现在定子齿中部，最低点出现在定子骊部。定子铁心沿径向温度梯度很大。