防爆变频调速装置隔爆外壳结构的设计

，

(1佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002；2锦西石化分公司，辽宁葫芦岛 125001)

0 引言

随着电力电子技术和计算机控制技术的不断发展,变频调速装置在生产、生活领域内的应用已非常普遍。但在煤矿、石油天然气、纺织、粮油加工等富含爆炸性气体的场所的应用却遇到了诸多的技术问题。按照国家《防爆安全规程》的要求，变频调速设备存在于含有爆炸性气体和粉尘的环境中必须采用隔爆兼本质安全型技术解决其防爆问题，使其适用于爆炸性气体环境危险区域。因此, 防爆变频调速装置主要的结构特点在于装置中所有的电器元件可以分别置于数个防爆壳体内。以下介绍的是防爆变频调速装置隔爆外壳结构的设计方法。

1 隔爆外壳结构

隔爆外壳是防爆变频调速装置的防爆型式，是指变频调速装置的外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙进入外壳内部的爆炸性混合物在内部爆炸而不损坏,并且不会引起外部由一种或多种气体、蒸汽形成的爆炸性气体环境的燃烧。整体结构见图1。

图1 防爆变频调速装置隔爆外壳结构图

2 隔爆外壳结构的设计

隔爆外壳的结构设计包括两个方面的内容：一是隔爆结合面的形式、间隙、宽度及粗糙度；二是火焰通路的长度。隔爆结合面是指隔爆外壳不同部件相对应的表面配合在一起(或外壳连接处)且火焰或燃烧生成物可能由此从外壳内部传到外壳外部的部件。而隔爆接合面间隙是指隔爆接合面相对应表面之间的间隙。火焰通路的长度(接合面长度)是指从隔爆接合面到隔爆外壳外部的最短通路的长度。

3.1 隔爆外壳结合面的宽度及间隙设计

(1) ⅡA、ⅡB类外壳隔爆接合面最小宽度和最大间隙，见表1。

表1 ⅡA、ⅡB类外壳隔爆接合面最小宽度和最大间隙

(2) ⅡC类外壳接合面最小宽度和最大间隙，参照标准GB 3836.2—2010表2的内容。

3.2 设计例证

ⅡA、ⅡB类防爆变频调速装置的外壳结构见图1,现就此结构设计作如下说明。

(1) 左侧门与壳体的平面结合面

如图2所示序号1为左侧门,从图中可见,左侧门与壳体之间是通过螺栓连接,在其结合部分就产生了隔爆结合面,根据GB 3836.2中的规定,左侧门与隔爆体连接法兰的结合宽度选择L,此时两接合面之间的间隙应当控制在L1范围以内(ⅡA、ⅡB类外壳隔爆接合面见表1、ⅡC类外壳接合面参见标准表2)，由于接合面之间是采用螺栓连接，因此这样的间隙是完全可以通过合理布置螺栓间距及对螺栓的预紧来实现。其具体结构见图2。

图2 左侧门采用的隔爆结构

平面接合面上存在的通孔或螺孔的边沿到壳体边沿的最短距离应不小于，其数值见表2。

表2 通孔或螺孔的边沿到壳体边沿的最短距离

(2)正门与壳体的平面结合形式

如图3所示序号3为正门，采用快开门技术，正门与壳体之间是通过连接在正门上的门齿条与连接在壳体上的壳体齿条相互合而连接起来(见图3)。这样就在正门的法兰与壳体法兰之间产生了隔爆结合面，根据GB 3836.2中的规定，正门连接法兰与隔爆壳体连接法兰的结合宽度选择L，此时两接合面之间的间隙应当控制在L1范围以内(见表1)。由于此接合面之间是采用齿条相互啮合而连接，因此可以通过修正两齿条的厚度来调整间隙，从而满足对结合间隙的要求。

图3 正门采用的隔爆结构

(3)按钮开关部分的操作杆(轴)形式的隔爆设计

操作杆(轴)是指用于传递旋转、直线或两者合成运动的圆形截面零件，如图4所示为按钮开关的具体结构。

图4 按钮装置隔爆结构

为了防止按纽与壳体摩擦产生火花,在按钮和隔爆壳体之间采用在隔爆壳体上镶嵌铜套的方式，而此时的铜套与隔爆壳体是过盈配合，这样就在按钮和铜套间形成了形式为操作杆(轴)类的防爆接合面。根据GB 3836.2中的规定，按纽与铜套接合长度选择L，此时两接合面之间的间隙应当控制在L1范围内(见表1)。为了达到要求，铜套的加工分两个阶段进行。第一阶段是除铜套内孔的实际加工尺寸小于工称尺寸外，其余尺寸均要加工到位；第二阶段是将铜套与隔爆壳体过盈配合后,再与按钮机构装配以达到控制按钮与铜套的配合间隙满足标准规定的要求。

(4) 电缆引入装置的设计

由于电缆的护套是具有一定弹性的橡胶材料,因此可以考虑通过利用橡胶压缩变形而达到密封的目的,如图5所示。

图5 电缆引入装置

通过序号4压紧螺栓将序号2橡胶密封圈压缩变形。橡胶密封圈被压缩变形后就将电缆牢固地固定住。而且能够保证在电缆保护套不受任何损伤的情况下达到密封的效果。

3 隔爆外壳材料及强度

4 结语

防爆变频调速装置的内部由于呼吸作用会进入周围的爆炸性气体混合物，当设备产生电火花及危险高温时，将引燃壳内的爆炸性气体混合物，形成巨大的爆破力和冲击波。一方面隔爆外壳能够承受内部的爆炸压力而不破损；另一方面隔爆外壳的接合面应能阻止爆炸火焰向壳外传播并引燃周围的爆炸性气体混合物，因此防爆变频调速装置的外壳必须具有耐爆性及隔爆性。只有这样才能使变频调速设备安全的存在于含有爆炸性气体环境中。