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(1佳木斯電機(jī)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(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,變頻調(diào)速裝置在生產(chǎn)、生活領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)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(chǎng)所的應(yīng)用卻遇到了諸多的技術(shù)問(wèn)題。按照國(guó)家《防爆安全規(guī)程》的要求，變頻調(diào)速設(shè)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(zhì)安全型技術(shù)解決其防爆問(wèn)題，使其適用于爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域。因此, 防爆變頻調(diào)速裝置主要的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于裝置中所有的電器元件可以分別置于數(shù)個(gè)防爆殼體內(nèi)。以下介紹的是防爆變頻調(diào)速裝置隔爆外殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

1 隔爆外殼結(jié)構(gòu)

隔爆外殼是防爆變頻調(diào)速裝置的防爆型式，是指變頻調(diào)速裝置的外殼能夠承受通過(guò)外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙進(jìn)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(huì)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(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 防爆變頻調(diào)速裝置隔爆外殼結(jié)構(gòu)圖

2 隔爆外殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

隔爆外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是隔爆結(jié)合面的形式、間隙、寬度及粗糙度；二是火焰通路的長(zhǎng)度。隔爆結(jié)合面是指隔爆外殼不同部件相對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)表面之間的間隙?；鹧嫱返拈L(zhǎng)度(接合面長(zhǎng)度)是指從隔爆接合面到隔爆外殼外部的最短通路的長(zhǎng)度。

3.1 隔爆外殼結(jié)合面的寬度及間隙設(shè)計(jì)

(1) ⅡA、ⅡB類(lèi)外殼隔爆接合面最小寬度和最大間隙，見(jiàn)表1。

表1 ⅡA、ⅡB類(lèi)外殼隔爆接合面最小寬度和最大間隙

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

3.2 設(shè)計(jì)例證

ⅡA、ⅡB類(lèi)防爆變頻調(diào)速裝置的外殼結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,現(xiàn)就此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作如下說(shuō)明。

(1) 左側(cè)門(mén)與殼體的平面結(jié)合面

如圖2所示序號(hào)1為左側(cè)門(mén),從圖中可見(jiàn),左側(cè)門(mén)與殼體之間是通過(guò)螺栓連接,在其結(jié)合部分就產(chǎn)生了隔爆結(jié)合面,根據(jù)GB 3836.2中的規(guī)定,左側(cè)門(mén)與隔爆體連接法蘭的結(jié)合寬度選擇L,此時(shí)兩接合面之間的間隙應(yīng)當(dāng)控制在L1范圍以?xún)?nèi)(ⅡA、ⅡB類(lèi)外殼隔爆接合面見(jiàn)表1、ⅡC類(lèi)外殼接合面參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(guò)合理布置螺栓間距及對(duì)螺栓的預(yù)緊來(lái)實(shí)現(xiàn)。其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 左側(cè)門(mén)采用的隔爆結(jié)構(gòu)

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(yīng)不小于，其數(shù)值見(jiàn)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(mén)與殼體的平面結(jié)合形式

如圖3所示序號(hào)3為正門(mén)，采用快開(kāi)門(mén)技術(shù)，正門(mén)與殼體之間是通過(guò)連接在正門(mén)上的門(mén)齒條與連接在殼體上的殼體齒條相互合而連接起來(lái)(見(jiàn)圖3)。這樣就在正門(mén)的法蘭與殼體法蘭之間產(chǎn)生了隔爆結(jié)合面，根據(jù)GB 3836.2中的規(guī)定，正門(mén)連接法蘭與隔爆殼體連接法蘭的結(jié)合寬度選擇L，此時(shí)兩接合面之間的間隙應(yīng)當(dāng)控制在L1范圍以?xún)?nèi)(見(jiàn)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(guò)修正兩齒條的厚度來(lái)調(diào)整間隙，從而滿(mǎn)足對(duì)結(jié)合間隙的要求。

圖3 正門(mén)采用的隔爆結(jié)構(gòu)

(3)按鈕開(kāi)關(guān)部分的操作桿(軸)形式的隔爆設(shè)計(jì)

操作桿(軸)是指用于傳遞旋轉(zhuǎn)、直線或兩者合成運(yùn)動(dòng)的圓形截面零件，如圖4所示為按鈕開(kāi)關(guān)的具體結(jié)構(gòu)。

圖4 按鈕裝置隔爆結(jié)構(gòu)

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(shí)的銅套與隔爆殼體是過(guò)盈配合，這樣就在按鈕和銅套間形成了形式為操作桿(軸)類(lèi)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(zhǎng)度選擇L，此時(shí)兩接合面之間的間隙應(yīng)當(dāng)控制在L1范圍內(nèi)(見(jiàn)表1)。為了達(dá)到要求，銅套的加工分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是除銅套內(nèi)孔的實(shí)際加工尺寸小于工稱(chēng)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(guò)盈配合后,再與按鈕機(jī)構(gòu)裝配以達(dá)到控制按鈕與銅套的配合間隙滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

(4) 電纜引入裝置的設(shè)計(jì)

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

圖5 電纜引入裝置

通過(guò)序號(hào)4壓緊螺栓將序號(hào)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(hù)套不受任何損傷的情況下達(dá)到密封的效果。

3 隔爆外殼材料及強(qiáng)度

4 結(jié)語(yǔ)

防爆變頻調(diào)速裝置的內(nèi)部由于呼吸作用會(huì)進(jìn)入周?chē)谋ㄐ詺怏w混合物，當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生電火花及危險(xiǎn)高溫時(shí)，將引燃?xì)?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(yīng)能阻止爆炸火焰向殼外傳播并引燃周?chē)谋ㄐ詺怏w混合物，因此防爆變頻調(diào)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(diào)速設(shè)備安全的存在于含有爆炸性氣體環(huán)境中。