در محیط های صنعتی خشن با رطوبت بالا، مه آب، پاشش با فشار بالا، یا حتی غوطه وری کامل، تجهیزات برق معمولی به شدت مستعد خرابی عایق، زنگ زدگی داخلی یا اتصال کوتاه به دلیل ورود رطوبت هستند. برای اطمینان از قابلیت اطمینان عملیاتی بالا در این شرایط سخت، واحدهای نیرو با فرآیندهای تخصصی آب بندی و تصفیه سطح ضروری هستند.
ساختار آب بندی و مکانیزم دینامیک ضد آب
هسته مهندسی با مشخصات بالا موتور الکتریکی ضد آب در طراحی ساختاری محفظه پوشش و آب بندی دینامیکی شفت چرخان نهفته است.
با توجه به استانداردهای کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC)، قابلیت حفاظت مایعات تجهیزات با درجه بندی IP (محافظت از ورود) اندازه گیری می شود. تجهیزات عمومی ضد پاشش معمولاً به IP55 یا IP65 میرسند، در حالی که عملکرد مداوم تحت تمیز کردن فشار بالا یا محیطهای زیر آب به استانداردهای صنعتی IP67 (غوطهوری کوتاهمدت) یا IP68 (غوطهورسازی مداوم) نیاز دارد.
در سطح ساختار مکانیکی، موانع حیاتی برای ورود سیال عبارتند از:
- آب بندی استاتیک: حلقه های اورینگ فلوئورولاستیک با الاستیسیته بالا (FKM) یا لاستیک نیتریل (NBR) در اتصالات پوشش، اتصالات پوشش انتهایی و خروجی کابل استفاده می شود. این مواد خواص استثنایی ضد پیری و مقاوم در برابر خوردگی را ارائه می دهند و شکاف های میکروسکوپی در ماشینکاری فلزات را تحت نیروی فشرده سازی پیچ های سفت شده کاملاً پر می کنند.
- آب بندی محور دینامیک: شفت اصلی دوار آسیب پذیرترین ناحیه در برابر ورود سیال است. واحدهای با کارایی بالا معمولاً با مهر و موم روغن چارچوب دو لبه یا ساختارهای مهر و موم لابیرنت پیکربندی می شوند. هنگامی که یاتاقان با سرعت بالا میچرخد، شکافهای هندسی مهر و موم لابیرنت از نیروی گریز از مرکز برای بیرون ریختن مایعی که سعی در نفوذ به داخل آن است، استفاده میکند و در کنار گریس مقاوم در برابر آب برای حفظ هوابندی در حین کار کار میکند.
- محافظ ورودی کابل: ترمینال خروجی کابل برق از یک کابل ضد آب استفاده می کند که با محفظه رزین اپوکسی تقویت شده است. این هر مسیری را برای ورود رطوبت به محفظه داخلی از طریق اثر مکش مویرگی در امتداد رشته های سیم مسی قطع می کند.
تفاوت های فنی بین معماری براش و بدون برس در کاربردهای ضد آب
در سیستم های قدرت جریان مستقیم، موتور dc ضد آب عمدتا به مسیرهای فنی براش و بدون برس تقسیم می شود. تفاوت های ساختاری بین این دو، طول عمر و چرخه نگهداری آنها را در محیط های مرطوب تعیین می کند.
از آنجایی که واحدهای DC برس خورده به اصطکاک مکانیکی بین برسهای کربنی و یک کموتاتور متکی هستند، در حین کار جرقههای الکتریکی خفیف و بقایای گرد و غبار کربن ایجاد میکنند. این معماری مستلزم آن است که محفظه داخلی نسبتاً خشک باقی بماند و تقاضاهای شدیدی را برای مقاومت در برابر سایش اجزای آب بندی آن ایجاد کند. اگر درزگیر محور دینامیک به دلیل اصطکاک طولانی مدت دچار نشتی جزئی شود، مخلوط رطوبت داخلی و گرد و غبار کربن بلافاصله مقاومت عایق را کاهش می دهد و در نتیجه موتور سوخته می شود.
در مقابل، موتور بدون برس ضد آب دارای مزایای ساختاری ذاتی در برابر نفوذ مایع است. معماری بدون جاروبک، برسهای کربنی مکانیکی را حذف میکند و سیمپیچهای سیمپیچ را به استاتور ثابت میکند در حالی که آهنرباهای دائمی روی روتور قرار دارند. این بدان معنی است که مهم ترین اجزای الکتریکی (سیم پیچی استاتور و مدارهای الکترونیکی) ثابت می مانند.
در طول ساخت، بخش استاتور می تواند تحت پوشش خلاء لاک یا محفظه مواد عایق با پلیمر بالا قرار گیرد. حتی اگر رطوبت جزئی در محفظه بیرونی رخ دهد، سیمپیچها و آهنرباهای محصور شده در برابر فرسایش سیال محافظت میشوند. این باعث می شود موتور Bldc ضد آب انتخاب برق ارجح برای ربات های زیر آب، رانشگرهای دریایی و ماشین آلات اتوماسیون در فضای باز.
مقایسه پارامترهای سیستم های قدرت ولتاژ پایین و واحد ضد آب مینیاتوری
در مونتاژ صنعتی عملی و ادغام تجهیزات، موتور 12 ولت ضد آب به دلیل ویژگی های ولتاژ ایمن، به طور گسترده در سیستم های مختلف انتقال قابل حمل و سیار در فضای باز استفاده می شود. جدول زیر مقایسه ای از معیارهای کلیدی عملکرد و سناریوهای کاربردی برای سطوح مختلف واحدهای برق ضد آب را ارائه می دهد:
| شاخص ها و پارامترهای فنی | واحد DC ضد پاشش استاندارد | واحد صنعتی بدون برس اسپری فشار قوی | واحد BLDC غوطه وری در آب |
| استاندارد پیکربندی هسته | موتور dc ضد آب | موتور Bldc ضد آب | موتور بدون برس ضد آب |
| ولتاژ نامی (V) | 12/24 | 12/24 / 48 | 12/24 / 48 |
| رتبه حفاظت استاندارد | IP65 | IP66 / IP67 | IP68 |
| مواد بلبرینگ | سپر ضد گرد و غبار دو طرفه فولادی بلبرینگ ممتاز | بلبرینگ نگهدارنده روغن مهر و موم شده / یاتاقان فولادی ضد زنگ | بلبرینگ فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا / بلبرینگ سرامیکی |
| کلاس عایق | کلاس B (130 درجه سانتیگراد) | کلاس F (155 درجه سانتیگراد) | کلاس H (180 درجه سانتیگراد) |
| محیط کاربردی معمولی | باران در فضای باز، ماشین آلات آبیاری کشاورزی | پردازش مواد غذایی شستشوی فشار بالا، تجهیزات خارجی خودرو | تجهیزات زیر آب، ماشین های تمیز کننده حرفه ای، پمپ های شناور |
مقایسه پارامترها نشان میدهد که با افزایش الزامات حفاظتی از ضد پاشش (IP65) به غوطهور شدن مداوم (IP68)، واحدهای انتقال نه تنها در پیکربندیهای آببندی بلکه در مواد یاتاقان داخلی و رتبهبندیهای عایق سیمپیچ (مانند کلاس H) برای مقاومت در برابر مقاومت برشی سیال و تغییرات در شرایط اتلاف حرارت، تحت ارتقاء قرار میگیرند.
تاثیر سیستمی بهینه سازی فرآیند بر پایداری عملیاتی و اتلاف حرارت
در داخل یک پوشش کاملا مهر و موم شده، اتلاف گرما یک گلوگاه فنی مهم است. از آنجایی که گرما نمی تواند از طریق همرفت هوای داخلی دفع شود، کارایی بالایی دارد موتور Bldc ضد آب اساساً بر رسانش حرارتی از طریق سطح محفظه به محیط اطراف مانند جریان هوا یا سیال متکی است.
برای جلوگیری از تراکم ناشی از اختلاف دما در داخل واحد، طرحهای پیشرفته یک دریچه هواکش ضد آب را روی محفظه پوسته تعبیه میکنند. این دریچه خروجی از مواد غشایی پلی تترا فلوئورواتیلن منبسط شده (ePTFE) استفاده میکند که مانع از عبور مولکولهای آب مایع میشود و در عین حال به مولکولهای گازی که توسط گرمای داخلی منبسط شدهاند اجازه میدهد از آن خارج شوند. این فشار هوای داخلی و خارجی را متعادل می کند و از آسیب چرخه های دمای بالا و پایین به ساختار لبه حلقه های آب بندی دینامیک جلوگیری می کند.
با اجرای محفظههای آلیاژ آلومینیوم با رسانایی حرارتی بالا، فرآیندهای کپسولهسازی خلاء و شفتهای فولادی ضد زنگ، واحدهای مدرن انتقال قدرت با حفاظت بالا به عملکرد طولانیمدت و بدون ایراد در محیطهای مرطوب و جزر و مدی بدون کاهش چگالی نیرو دست مییابند و به طور کامل مشکلات زیست محیطی ناشی از رطوبت بیش از حد را حل میکنند.
