淺談隔爆電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

尚衍飛+安郁熙+孫賢洲

摘 要：“隔爆型電機(jī)”由隔爆外殼“d”保護(hù)的爆炸性氣體環(huán)境使用的防爆電機(jī)。因在有瓦斯存在的惡劣環(huán)境中使用，隔爆結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)尤為重要；本文對(duì)隔爆型電機(jī)外殼的隔爆尺寸、承壓、水冷結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)進(jìn)行比較論述。

關(guān)鍵詞：隔爆；外殼；尺寸；承壓；冷卻

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.046

1 引言

防爆電機(jī)作為主要的動(dòng)力設(shè)備，通常用于驅(qū)動(dòng)泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和其他傳動(dòng)機(jī)械等。隔爆型電機(jī)是防爆電機(jī)中最基礎(chǔ)的一種，因其外殼非密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，煤礦里的主要可燃性氣體瓦斯達(dá)到一定的濃度界限，當(dāng)與外殼內(nèi)的火花、電弧、危險(xiǎn)高溫等引燃源接觸時(shí)就可能發(fā)生爆炸；合理的設(shè)計(jì)是保證這時(shí)電機(jī)的隔爆外殼不僅不會(huì)損壞或變形，而且爆炸火焰或熾熱氣體通過接合面間隙傳出時(shí)，也不能引燃周圍的爆炸性氣體混合物。本文結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)要求，淺談此類電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸、承壓、冷卻三個(gè)方面設(shè)計(jì)時(shí)注意事項(xiàng)。

2 隔爆尺寸設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

接合面的類型分平面接合面、圓筒形接合面或止口接合面，而隔爆型電機(jī)因其驅(qū)動(dòng)需要還具有其特有的轉(zhuǎn)軸接合面。隔爆接合面的設(shè)計(jì)主要應(yīng)該考慮接合面寬度、間隙及粗糙度三要素。Ⅰ類外殼接合面最小寬度和最大間隙均參照GB3836.2中表1，下面對(duì)4種接合面進(jìn)行闡述。

（1）平面接合面。平面接合面一般在線盒蓋與線盒，端子板與出線孔，或者在變頻一體機(jī)中變頻殼體與電機(jī)殼體對(duì)接中應(yīng)用。大中型隔爆型電機(jī)外殼平面接合面一般采用銑、鏜工藝加工，較少用磨削工藝，一般設(shè)計(jì)粗糙度Ra為3.2μm，設(shè)計(jì)平面度公差不超過0.2mm。設(shè)計(jì)精度要求往往比標(biāo)準(zhǔn)要求高，以便于加工精度稍有不足，但仍符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（2）圓筒形接合面。圓銅形接合面在隔爆型電機(jī)中可應(yīng)用于電纜連接器的安裝，接線端子的安裝等。如果圓筒形接合面包含密封槽，則槽寬不能計(jì)算在內(nèi)，被槽隔斷部分的寬度也不能相加。圓筒形接合面最經(jīng)濟(jì)可靠的實(shí)現(xiàn)手段為車加工，其精度選擇一般為孔加工8級(jí)或7級(jí)，軸加工則相應(yīng)提高一個(gè)精度等級(jí)，一般設(shè)計(jì)粗糙度Ra為3.2μm。注：圓筒形接合面的隔爆間隙是指孔、軸直徑差。

（3）止口接合面。在隔爆型電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，端蓋、軸承端蓋等的安裝通常采用止口接合面設(shè)計(jì)[2]。止口接合面實(shí)際上是結(jié)合了平面接合面和圓筒形接合面的特征。需要注意的是，如果止口圓筒部分的間隙太大或?qū)挾容^小，或?qū)?yīng)拐角倒角超過1mm，即被倒角隔斷，則只計(jì)算平面接合面的寬度L及距離l；而平面接合面的距離l如果太小或者與圓筒形接合面之間被隔斷（大于1mm的倒角或密封槽等），則只計(jì)算圓筒形接合面的寬度。

（4）轉(zhuǎn)軸接合面。轉(zhuǎn)軸接合面是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的固有特征，除電機(jī)轉(zhuǎn)軸與端蓋配合應(yīng)用外，在一些需裝旋鈕的防爆電氣設(shè)備中也有應(yīng)用。轉(zhuǎn)軸接合面是圓筒形接合面中特殊的一種，其區(qū)別在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的隔爆面需設(shè)計(jì)成在正常運(yùn)行中不會(huì)磨損的結(jié)構(gòu)。

3 隔爆電機(jī)承壓設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

隔爆型電機(jī)與普通電機(jī)的最大區(qū)別在于其外殼須能承受內(nèi)部的爆炸壓力，爆炸發(fā)生時(shí)不應(yīng)發(fā)生影響防爆型式的永久性變形或損壞，接合面任何部位的間隙都不應(yīng)有永久性的增大。通常采用靜壓法試驗(yàn)：在外殼內(nèi)部加滿水，加壓到1MPa，保壓10s以上，如沒有通過外殼壁泄漏或永久變形，則認(rèn)為過壓試驗(yàn)合格。

隔爆電機(jī)承壓部件主要由隔爆外殼、外殼端蓋、法蘭等，設(shè)計(jì)要著重考慮他們的強(qiáng)度及配合。根據(jù)防爆殼體結(jié)構(gòu)：圓筒形防爆外殼、方形防爆外殼等[4]的不同，計(jì)算方法也有所不同；主要方法有理論計(jì)算和有限元分析兩種方法；理論計(jì)算很難精確的對(duì)局部受力情況進(jìn)行計(jì)算；但有限元分析[1]更快速直觀的得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力情況，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而避免爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)局部應(yīng)力集中造成的殼體失效。

4 隔爆電機(jī)冷卻設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

一般電機(jī)的冷卻方式有氣冷、液冷、氣液冷等。鑒于煤礦應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)，煤塵較多不利于氣冷，所以煤礦設(shè)備普遍采用液冷方式[3]?，F(xiàn)在防爆電機(jī)水道主要有折返式和螺旋式兩種，下面對(duì)此進(jìn)行比較論述。

（1）折返式水道結(jié)構(gòu)。折返式水道的加工可以采用兩種方式：一種是直接在厚壁外殼上用數(shù)控鏜床切削出來折返的水道，然后外面焊接蓋板，優(yōu)點(diǎn)在于水道光滑，水阻小，相鄰水道之間無串水，有利于提高冷卻效果；缺點(diǎn)是鏜削加工效率低，編程麻煩，成本高。另一種是在筒體外周上焊接筋板，間隔出來折返的連續(xù)水道，然后再焊蓋板；優(yōu)點(diǎn)在于制作工藝簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)在于質(zhì)量與焊工的操作水平有關(guān)，焊道水阻大，易結(jié)垢。

（2）螺旋式水道結(jié)構(gòu)。螺旋式水道主要由輔以蓋板和套接外殼兩種方法；因螺旋式“扣接蓋板”操作起來費(fèi)時(shí)難度大，一般不采用，通常采用過盈熱套外殼的方法。根據(jù)材料的線脹系數(shù)和實(shí)際升高溫度計(jì)算外殼直徑可脹出的尺寸，設(shè)計(jì)較大的過盈量，防止相鄰水道之間串水。該種結(jié)構(gòu)的水道水阻小，冷卻效果最好；其缺點(diǎn)：水道一旦水壓意外過高，導(dǎo)致外殼脹包，內(nèi)外殼間出現(xiàn)間隙，造成外殼不可修復(fù)而報(bào)廢。因此，一般在進(jìn)水口設(shè)置減壓閥確保正常運(yùn)行。

大功率電機(jī)因軸發(fā)熱比較嚴(yán)重，會(huì)考慮給軸承降溫，而在軸承端蓋上設(shè)計(jì)環(huán)形水道。同一設(shè)備的幾個(gè)部件都有水道時(shí)，一般采用并行供水；或采用水口加密封圈直接對(duì)接的方式，使接入水更簡(jiǎn)單方便。

5 結(jié)論

總之，設(shè)計(jì)隔爆型電機(jī)時(shí)，電機(jī)外殼的尺寸、結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行計(jì)算和選擇，建議設(shè)計(jì)精度要比國(guó)家或相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高一些，以便因加工誤差造成不必要的損失。防爆電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合各方面考慮，在滿足防爆標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定前提下，采用科學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算和比較，才能設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]安郁熙，王程程，崔煥鵬.礦用隔爆型電氣設(shè)備防爆殼體的輕薄化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2016（01）.

[2]王鵬，顧浩.隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)常見隔爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電氣防爆，2008（04）：21-22.

[3]康平，穆大玉，楊孝謙.淺談中型高壓水冷隔爆型電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].防爆電機(jī)，1995（02）.

[4]錢松，倪春明.礦用隔爆型電氣設(shè)備的外殼強(qiáng)度設(shè)計(jì)探討[J].煤礦機(jī)電，2006（06）.

作者簡(jiǎn)介：尚衍飛（1974-），男，本科，中級(jí)工程師。