淺談隔爆電機結構設計的注意事項

尚衍飛+安郁熙+孫賢洲

摘 要：“隔爆型電機”由隔爆外殼“d”保護的爆炸性氣體環境使用的防爆電機。因在有瓦斯存在的惡劣環境中使用，隔爆結構的合理設計尤為重要；本文對隔爆型電機外殼的隔爆尺寸、承壓、水冷結構等設計的注意事項進行比較論述。

關鍵詞：隔爆；外殼；尺寸；承壓；冷卻

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

1 引言

防爆電機作為主要的動力設備，通常用于驅動泵、風機、壓縮機和其他傳動機械等。隔爆型電機是防爆電機中最基礎的一種，因其外殼非密封的結構特點，煤礦里的主要可燃性氣體瓦斯達到一定的濃度界限，當與外殼內的火花、電弧、危險高溫等引燃源接觸時就可能發生爆炸；合理的設計是保證這時電機的隔爆外殼不僅不會損壞或變形，而且爆炸火焰或熾熱氣體通過接合面間隙傳出時，也不能引燃周圍的爆炸性氣體混合物。本文結合國家標準及機械設計基礎要求，淺談此類電機結構尺寸、承壓、冷卻三個方面設計時注意事項。

2 隔爆尺寸設計注意事項

接合面的類型分平面接合面、圓筒形接合面或止口接合面，而隔爆型電機因其驅動需要還具有其特有的轉軸接合面。隔爆接合面的設計主要應該考慮接合面寬度、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4種接合面進行闡述。

（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，或者在變頻一體機中變頻殼體與電機殼體對接中應用。大中型隔爆型電機外殼平面接合面一般采用銑、鏜工藝加工，較少用磨削工藝，一般設計粗糙度Ra為3.2μm，設計平面度公差不超過0.2mm。設計精度要求往往比標準要求高，以便于加工精度稍有不足，但仍符合國家標準。

（2）圓筒形接合面。圓銅形接合面在隔爆型電機中可應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，則槽寬不能計算在內，被槽隔斷部分的寬度也不能相加。圓筒形接合面最經濟可靠的實現手段為車加工，其精度選擇一般為孔加工8級或7級，軸加工則相應提高一個精度等級，一般設計粗糙度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。在隔爆型電機結構設計中，端蓋、軸承端蓋等的安裝通常采用止口接合面設計[2]。止口接合面實際上是結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寬度較小，或對應拐角倒角超過1mm，即被倒角隔斷，則只計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），則只計算圓筒形接合面的寬度。

（4）轉軸接合面。轉軸接合面是旋轉電機的固有特征，除電機轉軸與端蓋配合應用外，在一些需裝旋鈕的防爆電氣設備中也有應用。轉軸接合面是圓筒形接合面中特殊的一種，其區別在于旋轉電機轉軸的隔爆面需設計成在正常運行中不會磨損的結構。

3 隔爆電機承壓設計的注意事項

隔爆型電機與普通電機的最大區別在于其外殼須能承受內部的爆炸壓力，爆炸發生時不應發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有永久性的增大。通常采用靜壓法試驗：在外殼內部加滿水，加壓到1MPa，保壓10s以上，如沒有通過外殼壁泄漏或永久變形，則認為過壓試驗合格。

隔爆電機承壓部件主要由隔爆外殼、外殼端蓋、法蘭等，設計要著重考慮他們的強度及配合。根據防爆殼體結構：圓筒形防爆外殼、方形防爆外殼等[4]的不同，計算方法也有所不同；主要方法有理論計算和有限元分析兩種方法；理論計算很難精確的對局部受力情況進行計算；但有限元分析[1]更快速直觀的得到整個結構的受力情況，進行優化設計，從而避免爆炸實驗時局部應力集中造成的殼體失效。

4 隔爆電機冷卻設計的注意事項

一般電機的冷卻方式有氣冷、液冷、氣液冷等。鑒于煤礦應用環境的特點，煤塵較多不利于氣冷，所以煤礦設備普遍采用液冷方式[3]。現在防爆電機水道主要有折返式和螺旋式兩種，下面對此進行比較論述。

（1）折返式水道結構。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控鏜床切削出來折返的水道，然后外面焊接蓋板，優點在于水道光滑，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水道，然后再焊蓋板；優點在于制作工藝簡單；缺點在于質量與焊工的操作水平有關，焊道水阻大，易結垢。

（2）螺旋式水道結構。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”操作起來費時難度大，一般不采用，通常采用過盈熱套外殼的方法。根據材料的線脹系數和實際升高溫度計算外殼直徑可脹出的尺寸，設計較大的過盈量，防止相鄰水道之間串水。該種結構的水道水阻小，冷卻效果最好；其缺點：水道一旦水壓意外過高，導致外殼脹包，內外殼間出現間隙，造成外殼不可修復而報廢。因此，一般在進水口設置減壓閥確保正常運行。

大功率電機因軸發熱比較嚴重，會考慮給軸承降溫，而在軸承端蓋上設計環形水道。同一設備的幾個部件都有水道時，一般采用并行供水；或采用水口加密封圈直接對接的方式，使接入水更簡單方便。

5 結論

總之，設計隔爆型電機時，電機外殼的尺寸、結構形式可根據實際需要進行計算和選擇，建議設計精度要比國家或相關行業標準高一些，以便因加工誤差造成不必要的損失。防爆電機設計時要綜合各方面考慮，在滿足防爆標準及規定前提下，采用科學的方法進行計算和比較，才能設計出更好的產品。

參考文獻：

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

[2]王鵬，顧浩.隔爆型三相異步電動機常見隔爆結構設計[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的結構設計[J].防爆電機，1995（02）.

[4]錢松，倪春明.礦用隔爆型電氣設備的外殼強度設計探討[J].煤礦機電，2006（06）.

作者簡介：尚衍飛（1974-），男，本科，中級工程師。