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避免的错误设计结构:隔爆型电气设备设计禁忌

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:实际的试验告诉我们,隔爆型电动机内部出现爆炸压力重叠现象具有极大的破坏性。

避免的错误设计结构:隔爆型电气设备设计禁忌

人们在设计隔爆外壳时应该尽可能地避免复杂的结构,可以采用长方体或圆柱体结构,而且,外壳内部也不要用一些带有小孔(不符合隔爆参数要求)的隔板隔离分开。因为复杂的结构可能会在内部发生爆炸时造成爆炸压力重叠现象,也就是说,在隔爆外壳内部的某个部位有时候会产生比标准条件下的爆炸压力高出几倍的压力。如果在隔爆外壳内部产生爆炸压力重叠现象,那么,按照正常条件设计的隔爆外壳就有可能被破坏。

我们在试验中已经多次看到十分严重的爆炸压力重叠现象。

1.试验:爆炸压力重叠的严重后果

(1)某台隔爆型配电箱的结构和试验结果

在试验隔爆型户外照明配电箱时,隔爆外壳内出现了爆炸压力重叠现象,造成配电箱的盖子被炸飞,紧固螺钉被拔出,箱体发生严重变形的后果。

这里的试验样品是一个“T”形结构,而且,主空腔被带有小孔的隔板分隔成3个小空腔(图3.52)。试验在实验室环境条件下进行。点燃源的位置如图3.52所示。

试验已经证明,这种结构是一个十分不合理的结构:一,结构形状不合理;二,又被隔板分隔成小空腔。在设计时,这种结构是可以避免的,把连通孔①、②设计成隔爆结构就可以了。然而,遗憾的是设计人员忽略了这一点。

(2)某台隔爆型电动机的结构和试验结果

在有一些情况下,设计人员已经选择了很规整的外壳形状,但是,由于外壳内部元器件的形状与布置无法改变,于是,就构成了可能形成爆炸压力重叠的结构。例如,隔爆型三相异步电动机

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图3.52 试验的隔爆型配电箱示意图

×—点燃源位置 ①、②—连通孔 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ—被隔板分隔成的小空腔

电动机外壳(定子)是圆筒形的,但是,内装的转子却是无法改变形状的圆柱体,转子和定子之间的气隙把前、后端盖与转子之间的空腔连接起来,于是,就形成了可能产生爆炸压力重叠的结构,在条件合适的情况下就会产生爆炸压力重叠现象。

试验发现,在电动机的一端点火引爆试验气体混合物,在电动机的另一端测得了2.48MPa的爆炸压力。显然,在电动机内部发生爆炸时出现了爆炸压力重叠现象。(www.xing528.com)

实际的试验告诉我们,隔爆型电动机内部出现爆炸压力重叠现象具有极大的破坏性。

在一次隔爆型三相异步电动机爆炸压力测定试验中,电动机的轴伸端端盖被炸飞,固定端盖和机座的16个M16的螺钉全部被拔出,机座上螺孔的螺纹全部损坏。飞出的端盖在试验堡垒的墙壁上撞击出一个深深的很规整的圆形痕迹。

分析可知,“深深的很规整的圆形痕迹”表明,试验样品的制作工艺水平是无可挑剔的。显然,这个严峻现实只能说明,试验时试验样品内出现了爆炸压力重叠现象。

被试电动机的机座和端盖都是由铸铁铸造而成的。显然,设计人员在设计时没有考虑到爆炸压力重叠现象,没有按照更高的压力来计算相应的机械强度。所以,试验给人们留下一个没有预期的耐人寻味的结局。

由此可见,爆炸压力重叠现象是隔爆外壳可能遭到破坏的一个潜在的危险。

这里需要指出的是,大量的试验表明,并不是每一种型号的隔爆型电动机都能够产生爆炸压力重叠现象,但是,产生的概率是相当大的,尤其是大型电动机。这应该引起人们足够的注意。

2.分析:爆炸压力重叠的实质

爆炸压力重叠的实质,实际上是被一次爆炸时产生的爆炸压力压缩的另一空腔中的爆炸性气体-空气混合物被二次点燃时产生的压力积累(也可能是多次压缩多次点燃)。

我们知道,爆炸压力波具有声波的传播速度(340m/s),而火焰的燃烧速度则比较慢。如果以小孔相连的两空腔中有一个空腔内发生爆炸的话,那么,当火焰在一次爆炸压力波(dp/dt≠0)作用时间内到达另一空腔时,被压缩的另一空腔中的爆炸性气体-空气混合物立即被点燃,于是,就产生了比一次爆炸压力更大的爆炸压力[参见式(3.1)和式(3.2)]。

3.对策:避免复杂结构或增加结构强度

实际的设计实践和试验经验告诉我们,设计人员在设计隔爆外壳时应该尽可能地避免一些复杂的结构。

通常情况下,隔爆外壳应该采用长方体结构或圆柱体结构,而且,长方体的宽度与长度之比、圆柱体的直径与长度之比应该约等于2/3;如果隔爆外壳需要用隔板分隔开时,则分隔出的小空腔的形状亦应该符合这一要求,而且小空腔与小空腔之间应该以隔爆结构相连通。

在某些情况下,人们无法避免一些复杂的结构时,唯一的途径就是增加隔爆外壳的结构强度。例如,对于隔爆型电动机,设计人员就应该增加电动机隔爆外壳的机械强度[它包括外壳的材质、壁厚,螺栓(螺钉)的数量、直径、啮合口数、配合等级,等等],以抵抗爆炸压力重叠现象可能造成的威胁。

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