一種增安型和正壓外殼型復(fù)合防爆高壓異步電機(jī)的設(shè)計(jì)

摘 要：本文對(duì)增安型（YAKS）和正壓外殼型（YZYKS）復(fù)合防爆高壓異步電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、送審取證等方面進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并簡(jiǎn)述了復(fù)合防爆電機(jī)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：增安型;正壓外殼型;復(fù)合防爆;電機(jī)

1 概述

大部分石化裝置所在區(qū)域?qū)儆跉怏w爆炸危險(xiǎn)Ⅱ區(qū)環(huán)境，作為在危險(xiǎn)、易燃易爆場(chǎng)所區(qū)域內(nèi)使用的防爆電機(jī)，要求其運(yùn)行時(shí)不能產(chǎn)生電火花。防爆電機(jī)通常用于驅(qū)動(dòng)泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和其它傳動(dòng)機(jī)械的動(dòng)力設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油天然氣、石油化工、煤礦、冶金、紡織、糧食加工、造紙、醫(yī)藥、燃油加油站、城市煤氣、交通等行業(yè)和場(chǎng)所。近年來(lái)，隨著生產(chǎn)的發(fā)展和我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程中一系列重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的推進(jìn)，存在爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所也在不斷增加，對(duì)防爆電機(jī)的需求也表現(xiàn)出增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。隨著防爆電機(jī)在危險(xiǎn)場(chǎng)所的使用量增加，已經(jīng)從單一防爆電機(jī)型式轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞N復(fù)合防爆電機(jī)型式。本文結(jié)合用戶(hù)訂單，介紹了一種增安型和正壓外殼型復(fù)合防爆電機(jī)的設(shè)計(jì)。

2 復(fù)合防爆電機(jī)的特點(diǎn)

2.1 增安型電機(jī)簡(jiǎn)介

增安型電機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)GB3836.3-2010《爆炸性環(huán)境 第3部分：由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備》。在正常運(yùn)行條件下，增安型電機(jī)不產(chǎn)生點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物的電弧、火花或高溫危險(xiǎn)，通過(guò)采取一些機(jī)械、電氣和熱的保護(hù)措施，使電機(jī)避免在正?；蛘J(rèn)可的過(guò)載條件下出現(xiàn)點(diǎn)爆現(xiàn)象。

但增安型電機(jī)的外殼不具備氣密封性，電機(jī)如長(zhǎng)期不運(yùn)行，外部的氣體有可能滲入電機(jī)內(nèi)部，而在增安型電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，有可能出現(xiàn)電火花，所以，GB3836.3-2010《爆炸性環(huán)境 第3部分：由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，保證啟動(dòng)前電機(jī)外殼內(nèi)無(wú)危險(xiǎn)介質(zhì)，一般采取的措施為電機(jī)預(yù)留吹掃口或帶增安啟動(dòng)預(yù)吹掃裝置，增加開(kāi)機(jī)前的預(yù)吹掃功能。

2.2 正壓外殼型防爆電機(jī)簡(jiǎn)介

正壓外殼型防爆電機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)GB3836.5-2004《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第5部分：正壓外殼型“p”》。在電機(jī)啟動(dòng)前，對(duì)其進(jìn)行預(yù)吹掃，將電機(jī)外殼內(nèi)危險(xiǎn)易燃、易爆氣體的危險(xiǎn)等級(jí)，置換到適合電機(jī)安全運(yùn)行的級(jí)別。在電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行后，通過(guò)電機(jī)自帶正壓吹掃裝置，對(duì)電機(jī)進(jìn)行保壓及泄露補(bǔ)償，使電機(jī)外殼內(nèi)氣壓始終高于外界壓力50Pa以上，從而阻隔外部爆炸性氣體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，避免燃燒和爆炸發(fā)生。

2.3 復(fù)合防爆電機(jī)特點(diǎn)

本文介紹的增安型和正壓外殼型復(fù)合防爆電機(jī)，定子繞組和轉(zhuǎn)子部分按照增安型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，電機(jī)外殼和整機(jī)的氣密性按照正壓外殼型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì);防爆標(biāo)志為ExeⅡCT3 Gc / ExpzdeⅡCT3 Gc;要求電機(jī)作為增安型電機(jī)運(yùn)行時(shí)，允許的堵轉(zhuǎn)時(shí)間為tE時(shí)間，電機(jī)啟動(dòng)前對(duì)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行預(yù)吹掃，電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行后吹掃取消，節(jié)省用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)氣源用量;當(dāng)電機(jī)作為正壓外殼型運(yùn)行時(shí)，允許堵轉(zhuǎn)時(shí)間不大于20s，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，正壓吹掃裝置提供保壓功能，并對(duì)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行泄露補(bǔ)償。用戶(hù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和所帶負(fù)載情況，來(lái)選擇電機(jī)具體的運(yùn)行防爆型式。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 電磁設(shè)計(jì)

復(fù)合防爆型電機(jī)的電磁計(jì)算按《三相異步電動(dòng)機(jī)電磁計(jì)算程序》進(jìn)行，在電磁方面主要考慮增安型電機(jī)運(yùn)行時(shí)的特殊性，tE時(shí)間和最小徑向單邊氣隙要求;絕緣設(shè)計(jì)要求;特殊的防電暈設(shè)計(jì);電機(jī)定子熱負(fù)荷和電流密度，滿(mǎn)足B級(jí)溫升的考核要求;鼠籠銅條轉(zhuǎn)子的籠條及端環(huán)的電流密度設(shè)計(jì)等。

設(shè)計(jì)結(jié)果：三圓為1060/700/360，鐵心長(zhǎng)1100，槽配合為72/56，接法為4極2路，節(jié)距為1-16，Y接，熱負(fù)荷2577，堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)計(jì)算值為5.36，tE時(shí)間8.07s，電機(jī)設(shè)計(jì)最小徑向單邊氣隙δ’=（定子最小內(nèi)徑-轉(zhuǎn)子最大直徑）÷2=3（mm），大于最小徑向單邊氣隙（mm）δ=1.852mm，設(shè)計(jì)最小徑向單邊氣隙合格。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該復(fù)合防爆型電機(jī)為箱式結(jié)構(gòu)，滑動(dòng)軸承，帶定子、軸承測(cè)溫及空間加熱裝置，主接線(xiàn)盒帶磁平衡電流互感器。電機(jī)的鐵心由硅鋼片50W470沖壓疊而成，定子繞組為扁銅線(xiàn)模壓成型，F(xiàn)級(jí)絕緣，下線(xiàn)后經(jīng)VPI真空浸漆處理，以保證絕緣的可靠性。轉(zhuǎn)子采用銅條轉(zhuǎn)子，具有良好的起動(dòng)性能。外風(fēng)路采用封閉式空-水冷卻結(jié)構(gòu);內(nèi)風(fēng)路為對(duì)稱(chēng)風(fēng)路結(jié)構(gòu)，有2個(gè)離心式內(nèi)風(fēng)扇，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)風(fēng)扇攪動(dòng)電機(jī)內(nèi)腔的熱空氣至機(jī)座頂部的冷卻器中，經(jīng)冷卻器冷卻回至電機(jī)內(nèi)腔。此種通風(fēng)結(jié)構(gòu)能夠有效地降低定轉(zhuǎn)子的溫度，以滿(mǎn)足增安型電機(jī)的要求。

同時(shí)考慮電機(jī)外殼的氣密封性，機(jī)座為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)部布置排氣管（如圖一所示）;冷卻器上裝有泄壓閥（如圖二所示），帶正壓吹掃裝置。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

①考慮電機(jī)外殼可能與外部環(huán)境發(fā)生氣體交換的部位，對(duì)機(jī)座與冷卻器連接處粘貼三元乙丙橡膠密封條，主引接線(xiàn)出線(xiàn)處、測(cè)溫和加熱器出線(xiàn)處采用密封格蘭連接，端蓋與機(jī)座處為取止口配合，軸承帶有正壓氣密封裝置;

②通過(guò)正壓吹掃裝置以一定的流量進(jìn)行吹掃，使電機(jī)內(nèi)部易燃、易爆氣體在冷卻器上的泄壓閥處排出，當(dāng)電機(jī)內(nèi)部壓力達(dá)到一定值時(shí)，吹掃裝置進(jìn)入保壓狀態(tài)，氣源需要以一定的泄漏補(bǔ)償量值對(duì)電機(jī)進(jìn)行連續(xù)吹掃，保證電機(jī)內(nèi)部壓力始終大于外部，阻隔外部環(huán)境中易燃易爆氣體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。

3.3 送審取證

該復(fù)合防爆型電機(jī)需要分別取證，即分別提供增安型和正壓外殼型電機(jī)的送審資料。在取證時(shí)，要按照兩種防爆要求準(zhǔn)備一個(gè)樣機(jī)，定子繞組部分貼紙，根據(jù)溫升計(jì)算tE時(shí)間是否合格;同時(shí)檢測(cè)電機(jī)的氣密封性情況，判斷電機(jī)的泄漏量是否合格。最后，取證樣機(jī)合格后，同時(shí)頒發(fā)增安型和正壓外殼型防爆電機(jī)的防爆合格證。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤礦、石油化工等行業(yè)對(duì)電機(jī)的防爆要求越來(lái)越高，單一防爆型式電機(jī)已逐漸不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，增安型和正壓外殼型復(fù)合防爆型式電機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，可以滿(mǎn)足用戶(hù)在同一使用環(huán)境下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣源和電機(jī)運(yùn)行情況，來(lái)選擇電機(jī)以何種防爆型式來(lái)工作，從而降低生產(chǎn)使用成本，也為多種復(fù)合防爆電機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).GB3836.3-2010爆炸性環(huán)境 第3部分：由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備.

[2]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).GB3836.5-2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備

第5部分：正壓外殼型“p”.

[3]欒國(guó)崴.增安型和正壓外殼型電機(jī)的對(duì)比及應(yīng)用[J].防爆電機(jī)，2014.05.

作者簡(jiǎn)介：

吳瓊，女，1986年出生，畢業(yè)于鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事高壓異步電機(jī)研發(fā)工作。