防爆變頻調速裝置隔爆外殼結構的設計

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(1佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002；2錦西石化分公司，遼寧葫蘆島 125001)

0 引言

隨著電力電子技術和計算機控制技術的不斷發(fā)展,變頻調速裝置在生產(chǎn)、生活領域內(nèi)的應用已非常普遍。但在煤礦、石油天然氣、紡織、糧油加工等富含爆炸性氣體的場所的應用卻遇到了諸多的技術問題。按照國家《防爆安全規(guī)程》的要求，變頻調速設備存在于含有爆炸性氣體和粉塵的環(huán)境中必須采用隔爆兼本質安全型技術解決其防爆問題，使其適用于爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域。因此, 防爆變頻調速裝置主要的結構特點在于裝置中所有的電器元件可以分別置于數(shù)個防爆殼體內(nèi)。以下介紹的是防爆變頻調速裝置隔爆外殼結構的設計方法。

1 隔爆外殼結構

隔爆外殼是防爆變頻調速裝置的防爆型式，是指變頻調速裝置的外殼能夠承受通過外殼任何接合面或結構間隙進入外殼內(nèi)部的爆炸性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞,并且不會引起外部由一種或多種氣體、蒸汽形成的爆炸性氣體環(huán)境的燃燒。整體結構見圖1。

圖1 防爆變頻調速裝置隔爆外殼結構圖

2 隔爆外殼結構的設計

隔爆外殼的結構設計包括兩個方面的內(nèi)容：一是隔爆結合面的形式、間隙、寬度及粗糙度；二是火焰通路的長度。隔爆結合面是指隔爆外殼不同部件相對應的表面配合在一起(或外殼連接處)且火焰或燃燒生成物可能由此從外殼內(nèi)部傳到外殼外部的部件。而隔爆接合面間隙是指隔爆接合面相對應表面之間的間隙?；鹧嫱返拈L度(接合面長度)是指從隔爆接合面到隔爆外殼外部的最短通路的長度。

3.1 隔爆外殼結合面的寬度及間隙設計

(1) ⅡA、ⅡB類外殼隔爆接合面最小寬度和最大間隙，見表1。

表1 ⅡA、ⅡB類外殼隔爆接合面最小寬度和最大間隙

(2) ⅡC類外殼接合面最小寬度和最大間隙，參照標準GB 3836.2—2010表2的內(nèi)容。

3.2 設計例證

ⅡA、ⅡB類防爆變頻調速裝置的外殼結構見圖1,現(xiàn)就此結構設計作如下說明。

(1) 左側門與殼體的平面結合面

如圖2所示序號1為左側門,從圖中可見,左側門與殼體之間是通過螺栓連接,在其結合部分就產(chǎn)生了隔爆結合面,根據(jù)GB 3836.2中的規(guī)定,左側門與隔爆體連接法蘭的結合寬度選擇L,此時兩接合面之間的間隙應當控制在L1范圍以內(nèi)(ⅡA、ⅡB類外殼隔爆接合面見表1、ⅡC類外殼接合面參見標準表2)，由于接合面之間是采用螺栓連接，因此這樣的間隙是完全可以通過合理布置螺栓間距及對螺栓的預緊來實現(xiàn)。其具體結構見圖2。

圖2 左側門采用的隔爆結構

平面接合面上存在的通孔或螺孔的邊沿到殼體邊沿的最短距離應不小于，其數(shù)值見表2。

表2 通孔或螺孔的邊沿到殼體邊沿的最短距離

(2)正門與殼體的平面結合形式

如圖3所示序號3為正門，采用快開門技術，正門與殼體之間是通過連接在正門上的門齒條與連接在殼體上的殼體齒條相互合而連接起來(見圖3)。這樣就在正門的法蘭與殼體法蘭之間產(chǎn)生了隔爆結合面，根據(jù)GB 3836.2中的規(guī)定，正門連接法蘭與隔爆殼體連接法蘭的結合寬度選擇L，此時兩接合面之間的間隙應當控制在L1范圍以內(nèi)(見表1)。由于此接合面之間是采用齒條相互嚙合而連接，因此可以通過修正兩齒條的厚度來調整間隙，從而滿足對結合間隙的要求。

圖3 正門采用的隔爆結構

(3)按鈕開關部分的操作桿(軸)形式的隔爆設計

操作桿(軸)是指用于傳遞旋轉、直線或兩者合成運動的圓形截面零件，如圖4所示為按鈕開關的具體結構。

圖4 按鈕裝置隔爆結構

為了防止按紐與殼體摩擦產(chǎn)生火花,在按鈕和隔爆殼體之間采用在隔爆殼體上鑲嵌銅套的方式，而此時的銅套與隔爆殼體是過盈配合，這樣就在按鈕和銅套間形成了形式為操作桿(軸)類的防爆接合面。根據(jù)GB 3836.2中的規(guī)定，按紐與銅套接合長度選擇L，此時兩接合面之間的間隙應當控制在L1范圍內(nèi)(見表1)。為了達到要求，銅套的加工分兩個階段進行。第一階段是除銅套內(nèi)孔的實際加工尺寸小于工稱尺寸外，其余尺寸均要加工到位；第二階段是將銅套與隔爆殼體過盈配合后,再與按鈕機構裝配以達到控制按鈕與銅套的配合間隙滿足標準規(guī)定的要求。

(4) 電纜引入裝置的設計

由于電纜的護套是具有一定彈性的橡膠材料,因此可以考慮通過利用橡膠壓縮變形而達到密封的目的,如圖5所示。

圖5 電纜引入裝置

通過序號4壓緊螺栓將序號2橡膠密封圈壓縮變形。橡膠密封圈被壓縮變形后就將電纜牢固地固定住。而且能夠保證在電纜保護套不受任何損傷的情況下達到密封的效果。

3 隔爆外殼材料及強度

4 結語

防爆變頻調速裝置的內(nèi)部由于呼吸作用會進入周圍的爆炸性氣體混合物，當設備產(chǎn)生電火花及危險高溫時，將引燃殼內(nèi)的爆炸性氣體混合物，形成巨大的爆破力和沖擊波。一方面隔爆外殼能夠承受內(nèi)部的爆炸壓力而不破損；另一方面隔爆外殼的接合面應能阻止爆炸火焰向殼外傳播并引燃周圍的爆炸性氣體混合物，因此防爆變頻調速裝置的外殼必須具有耐爆性及隔爆性。只有這樣才能使變頻調速設備安全的存在于含有爆炸性氣體環(huán)境中。