礦用抽出式通風機隔流腔及安裝技術

2020-07-29 00:53:24樊小濤

防爆電機 2020年2期

樊小濤

(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

0 引言

眾所周知，瓦斯和粉塵的存在使得煤礦井下開采難度加大，如何消除或減弱瓦斯煤塵對煤礦開采的影響是一項重要研究課題，隨之也產(chǎn)生了眾多瓦斯抽出和粉塵治理設備，抽出式通風機就是一種。抽出式通風機主要作用是將具有爆炸性的瓦斯氣體抽出，從而降低井下瓦斯?jié)舛龋蚴怯糜诔龎m設備中，對開采過程中產(chǎn)生的粉塵進行治理。抽出式通風機使用中長期與瓦斯氣體和煤塵接觸的，其防爆安全性能直接影響到煤礦井下的安全，必須得到足夠重視[1～5]。諸多制造商對于為何抽出式風機必須將配接的隔爆型電動機置于密閉的隔流腔內(nèi)存有疑問，現(xiàn)對其從防爆安全的角度進行了分析研究。

1 煤礦用電氣設備的保護級別

煤礦用電氣設備(I 類電氣設備)的保護級別分為“Ma”級和“Mb”級兩種。其中“Ma”級是指具有“很高”的保護級別,具有足夠的安全性，在其正常運行、出現(xiàn)預期故障或罕見故障,甚至在瓦斯突然出現(xiàn)設備帶電的情況下均不可能成為點燃源的電氣設備，這類電氣設備在出現(xiàn)爆炸危險時依然運行，例如防爆型式為ExiaI的濃度檢測儀和本安礦燈等設備?！癕b”級設備是指具有“高”的保護級別,在正常運行中或在瓦斯突然出現(xiàn)和設備斷電之間的時間內(nèi)出現(xiàn)預期故障條件下不可能成為點燃源的電氣設備，這類電氣設備當出現(xiàn)爆炸性環(huán)境時必須斷電，例如隔爆型電動機或開關等設備[6、7]。

有些設備運行中必須長期處于瓦斯超標環(huán)境中，但其保護級別又達不到“Ma”級，礦用抽出式通風機用隔爆型電動機就是一種。抽出式通風機用隔爆型電動機保護級別為“Mb”級，按照防爆電氣設備使用要求，瓦斯超標就要斷電，但抽出式通風機使用功能決定其必須繼續(xù)使用，這就存在一對矛盾。隔流腔的存在有效的解決了這個矛盾。

2 抽出式通風機的結構

抽出式通風機按用途可分為主通風機和局部通風機，其結構一般由集流器段、主機體段(對旋風機有II級主機體段)和擴散器段三部分組成(如圖1所示)。

圖1 抽出式通風機結構簡圖

在這些部分中集流器主要作用是降低氣流的局部阻力損失，為主機體段創(chuàng)造良好的進氣條件。主機體段由機殼、葉輪、隔流腔和電機等主要部件組成，隔流腔安裝在殼體內(nèi)，電機置于隔流腔內(nèi)，該部分是通風機產(chǎn)生風流的核心部分，主要作用是保證葉輪和電機的正常運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定風量和風壓。擴散器由擴散筒和導流罩構成，主要作用是降低氣流的出口局部阻力，提高通風機有效做功能力，同時具有消聲器的作用[8]。

3 隔流腔及其作用

3.1 隔流腔的結構

隔流腔通常由筒體、蓋板、電動機安裝支架(或安裝板)、通氣風道等部分組成，其整體通過焊接或螺栓連接安裝在風機主筒體上。在蓋板與筒體、電動機與安裝板等與隔流腔外界相通的安裝接合面上通常加設有橡膠墊或石棉墊，以達到密封的效果，防止運行中氣流互串。隔流腔內(nèi)部通過通風通道與外界大氣相連通，保證電動機始終在新鮮風流中啟動和運行。

3.2 隔流腔內(nèi)、外氣流及氣壓

通風機在運行中葉輪轉(zhuǎn)動，帶動氣體流動，此時氣體從集流器經(jīng)葉輪加壓、加速后流向出風口，在此過程中主風道內(nèi)的氣壓有變化。圖2所示為對旋抽出式通風機隔流腔內(nèi)外氣流方向和壓力示意圖，在主風道內(nèi)氣體經(jīng)過葉輪后加壓、加速后，在Ⅰ級葉輪后側(cè)呈負壓，順著氣流方向的前側(cè)則呈正壓，即Ⅰ級隔流腔處于負壓空間中，Ⅱ級隔流腔則處于正壓空間中。

隔流腔內(nèi)部通過通氣風道與外界大氣相通，此時隔流腔內(nèi)氣流由于電動機自帶散熱風扇的存在，也形成了一定氣流。通常電動機散熱風扇安裝在后端，風流從電動機后端網(wǎng)孔進入，經(jīng)過風扇扇動后從電機機座散熱筋兩側(cè)流出，促使隔流腔內(nèi)部氣體也是從靠近電動機后端的通風通道流入，從電動機前端的通風通道流出。

隔流腔內(nèi)外的風流方向和主流道內(nèi)的氣壓如圖2所示，其中“+”代表正壓，“-”代表負壓。

圖2 隔流腔內(nèi)外風流記壓力圖

3.3 隔流腔的作用

3.3.1 將氣體分隔，保證隔爆電動機安全使用

抽出式風機是將井下含有可燃的氣體及粉塵的混合物抽出，所以主流道內(nèi)的氣體中含有可燃的污濁氣體，且在通風機運行中長期存在，即主流道內(nèi)是需用“Ma”保護級別設備運行的區(qū)域，作為“Mb”保護級別的隔爆型電動機不能在該區(qū)域內(nèi)直接使用。利用隔流腔將電動機安裝的小環(huán)境與主風道隔離，使電動機處于與外界相通的“Mb” 保護級別能夠長期使用的新鮮風流環(huán)境中，這種方式解決了隔爆型電動機在抽出式通風機中的使用問題。

3.3.2 對電動機外殼進行了安全保護

通風機用電動機，外殼采用鑄鐵制造的零部件較多，根據(jù)GB3836.2—2010中附錄F對隔爆外殼材質(zhì)的要求，除采掘工作面用電動機機座必須用鋼板或鑄鋼制成外，其余零件(例如電動機端蓋、外蓋等)可使用HT250鑄鐵制成[9]。在風機抽出的污濁氣流中不可避免的有一些較硬的顆粒物，有些顆粒物體積重量較大，可能對電動機的外殼造成沖擊，在長時間使用中，多次沖擊可能造成電機外殼疲勞損壞，從而可能導致電機防爆性能損失。隔流腔的存在，是對電動機外殼的一種保護，避免外殼直接受到外力的沖擊。

3.3.3 對電動機絕緣性能和隔爆面的保護

眾所周知，煤礦井下濕度較大，有些區(qū)域濕度可達到95%以上，抽出式風機主流道內(nèi)長期有污濁氣體存在，濕度也較大，若電動機長期處于這種濕度較大的環(huán)境中，容易造成絕緣性能下降，存在絕緣擊穿漏電等現(xiàn)象。另外長期處于濕度較大區(qū)域，電動機隔爆面容易受到銹蝕，銹蝕的存在降低產(chǎn)品的隔爆安全性能。隔流腔的存在，使得電動機處于相對濕度較低的區(qū)域，對保持電動機的安全運行有利。

4 隔流腔安裝使用注意事項

4.1 隔流腔的密封問題

密封對隔流腔的隔流效果影響較大，若不密封或密封效果不佳，容易導致漏風現(xiàn)象，特別是對旋風機的Ⅱ級主機用隔流腔，其處于正壓主風道內(nèi)，若沒有好的密封，可能導致氣流直接進入隔流腔，使得隔爆電動機長期處于爆炸性氣體環(huán)境中，留下安全隱患。

4.2 隔流腔氣流問題

隔流腔內(nèi)的氣體也需要流動，否則電動機容易過熱。隔流腔與外界通風通道的設置較為重要。有些制造商為了追求通風機整體效率的提高，盡量少設置阻礙主風道內(nèi)氣體流動的隔流腔通風通道，這使得隔流腔內(nèi)部氣體流動不通暢，導致電動機過熱甚至燒毀。合理布置隔流腔通風通道需要進行相應的計算和測試后確定。

4.3 電機在隔流腔內(nèi)的安裝問題

電動機在隔流腔安裝在任何情況下都不能影響其防爆安全性能。有些制造商為了電動機與風機主體連接更可靠，減少振動和噪聲，將電動機焊接安裝在隔流腔內(nèi)。這種方式容易在焊接過程中造成電動機隔爆面受到焊接熱影響而變形，使得隔爆面的平面度或圓柱度受到破壞，從而影響到隔爆面的接合間隙或有效隔爆接合寬度，使得原本隔爆的產(chǎn)品不再隔爆[10]。

另外風機用隔爆型電動機接線盒與機座之間若是通過隔爆螺紋接合面連接，安裝過程中應注意保證隔爆螺紋的擰緊扣數(shù)不得低于產(chǎn)品使用說明書規(guī)定的扣數(shù)，否則也容易造成“失爆”。