一種增安型和正壓外殼型復合防爆高壓異步電機的設計

摘 要：本文對增安型（YAKS）和正壓外殼型（YZYKS）復合防爆高壓異步電機的電磁設計、結構設計、送審取證等方面進行簡要介紹，并簡述了復合防爆電機的特點。

關鍵詞：增安型;正壓外殼型;復合防爆;電機

1 概述

大部分石化裝置所在區域屬于氣體爆炸危險Ⅱ區環境，作為在危險、易燃易爆場所區域內使用的防爆電機，要求其運行時不能產生電火花。防爆電機通常用于驅動泵、風機、壓縮機和其它傳動機械的動力設備，廣泛應用于石油天然氣、石油化工、煤礦、冶金、紡織、糧食加工、造紙、醫藥、燃油加油站、城市煤氣、交通等行業和場所。近年來，隨著生產的發展和我國經濟的快速增長，國家重點建設工程中一系列重大基礎設施項目的推進，存在爆炸危險的場所也在不斷增加，對防爆電機的需求也表現出增長的態勢。隨著防爆電機在危險場所的使用量增加，已經從單一防爆電機型式轉變為兩種復合防爆電機型式。本文結合用戶訂單，介紹了一種增安型和正壓外殼型復合防爆電機的設計。

2 復合防爆電機的特點

2.1 增安型電機簡介

增安型電機的設計應符合標準GB3836.3-2010《爆炸性環境 第3部分：由增安型“e”保護的設備》。在正常運行條件下，增安型電機不產生點燃爆炸性氣體混合物的電弧、火花或高溫危險，通過采取一些機械、電氣和熱的保護措施，使電機避免在正常或認可的過載條件下出現點爆現象。

但增安型電機的外殼不具備氣密封性，電機如長期不運行，外部的氣體有可能滲入電機內部，而在增安型電機啟動時，有可能出現電火花，所以，GB3836.3-2010《爆炸性環境 第3部分：由增安型“e”保護的設備》標準中規定，保證啟動前電機外殼內無危險介質，一般采取的措施為電機預留吹掃口或帶增安啟動預吹掃裝置，增加開機前的預吹掃功能。

2.2 正壓外殼型防爆電機簡介

正壓外殼型防爆電機的設計應符合標準GB3836.5-2004《爆炸性氣體環境用電氣設備 第5部分：正壓外殼型“p”》。在電機啟動前，對其進行預吹掃，將電機外殼內危險易燃、易爆氣體的危險等級，置換到適合電機安全運行的級別。在電機開始運行后，通過電機自帶正壓吹掃裝置，對電機進行保壓及泄露補償，使電機外殼內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入電機內部，避免燃燒和爆炸發生。

2.3 復合防爆電機特點

本文介紹的增安型和正壓外殼型復合防爆電機，定子繞組和轉子部分按照增安型標準設計，電機外殼和整機的氣密性按照正壓外殼型標準設計;防爆標志為ExeⅡCT3 Gc / ExpzdeⅡCT3 Gc;要求電機作為增安型電機運行時，允許的堵轉時間為tE時間，電機啟動前對電機內部進行預吹掃，電機平穩運行后吹掃取消，節省用戶現場氣源用量;當電機作為正壓外殼型運行時，允許堵轉時間不大于20s，電機運行時，正壓吹掃裝置提供保壓功能，并對電機內部進行泄露補償。用戶可以根據現場環境和所帶負載情況，來選擇電機具體的運行防爆型式。

3 設計要點

3.1 電磁設計

復合防爆型電機的電磁計算按《三相異步電動機電磁計算程序》進行，在電磁方面主要考慮增安型電機運行時的特殊性，tE時間和最小徑向單邊氣隙要求;絕緣設計要求;特殊的防電暈設計;電機定子熱負荷和電流密度，滿足B級溫升的考核要求;鼠籠銅條轉子的籠條及端環的電流密度設計等。

設計結果：三圓為1060/700/360，鐵心長1100，槽配合為72/56，接法為4極2路，節距為1-16，Y接，熱負荷2577，堵轉電流倍數計算值為5.36，tE時間8.07s，電機設計最小徑向單邊氣隙δ’=（定子最小內徑-轉子最大直徑）÷2=3（mm），大于最小徑向單邊氣隙（mm）δ=1.852mm，設計最小徑向單邊氣隙合格。

3.2 結構設計

該復合防爆型電機為箱式結構，滑動軸承，帶定子、軸承測溫及空間加熱裝置，主接線盒帶磁平衡電流互感器。電機的鐵心由硅鋼片50W470沖壓疊而成，定子繞組為扁銅線模壓成型，F級絕緣，下線后經VPI真空浸漆處理，以保證絕緣的可靠性。轉子采用銅條轉子，具有良好的起動性能。外風路采用封閉式空-水冷卻結構;內風路為對稱風路結構，有2個離心式內風扇，當電機運轉時，內風扇攪動電機內腔的熱空氣至機座頂部的冷卻器中，經冷卻器冷卻回至電機內腔。此種通風結構能夠有效地降低定轉子的溫度，以滿足增安型電機的要求。

同時考慮電機外殼的氣密封性，機座為鋼板焊接結構，內部布置排氣管（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。設計要點：

①考慮電機外殼可能與外部環境發生氣體交換的部位，對機座與冷卻器連接處粘貼三元乙丙橡膠密封條，主引接線出線處、測溫和加熱器出線處采用密封格蘭連接，端蓋與機座處為取止口配合，軸承帶有正壓氣密封裝置;

②通過正壓吹掃裝置以一定的流量進行吹掃，使電機內部易燃、易爆氣體在冷卻器上的泄壓閥處排出，當電機內部壓力達到一定值時，吹掃裝置進入保壓狀態，氣源需要以一定的泄漏補償量值對電機進行連續吹掃，保證電機內部壓力始終大于外部，阻隔外部環境中易燃易爆氣體進入電機內部。

3.3 送審取證

該復合防爆型電機需要分別取證，即分別提供增安型和正壓外殼型電機的送審資料。在取證時，要按照兩種防爆要求準備一個樣機，定子繞組部分貼紙，根據溫升計算tE時間是否合格;同時檢測電機的氣密封性情況，判斷電機的泄漏量是否合格。最后，取證樣機合格后，同時頒發增安型和正壓外殼型防爆電機的防爆合格證。

4 結束語

隨著經濟的發展，煤礦、石油化工等行業對電機的防爆要求越來越高，單一防爆型式電機已逐漸不能滿足市場需求，增安型和正壓外殼型復合防爆型式電機的設計與開發，可以滿足用戶在同一使用環境下，根據現場氣源和電機運行情況，來選擇電機以何種防爆型式來工作，從而降低生產使用成本，也為多種復合防爆電機的設計開發奠定了基礎。

參考文獻：

[1]中國國家標準委員會.GB3836.3-2010爆炸性環境 第3部分：由增安型“e”保護的設備.

[2]中國國家標準委員會.GB3836.5-2010爆炸性氣體環境用電氣設備

第5部分：正壓外殼型“p”.

[3]欒國崴.增安型和正壓外殼型電機的對比及應用[J].防爆電機，2014.05.

作者簡介：

吳瓊，女，1986年出生，畢業于鄭州大學材料科學與工程專業，助理工程師，現主要從事高壓異步電機研發工作。