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正压型防爆电动机的工作原理是什么?

正压型防爆电机在起动和运行时,设备外壳内部的气压高于外壳外部的气压,从而限制了周围爆炸性气体混合物进入电机外壳的内部,将电机可能产生火花、电弧和危险温度的部分全部放置在这种正压外壳保护之内,使其不可能与周围含有爆炸性气体混合物接触。

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好的,正压型防爆电动机(防爆标志为“p”,英文 Pressurized)的工作原理,其核心在于维持电机外壳内部的保护气体压力始终高于外部环境的压力,从而阻止外部环境中潜在的爆炸性气体或粉尘混合物进入电机外壳内部,使内部可能产生的电火花、电弧或高温等潜在点燃源无法接触到外部爆炸性环境,达到防爆目的。

其工作原理可以详细分解为以下几个关键步骤和要素:

  1. 保护气体的通入与换气(吹扫):

    • 在电动机启动之前或投入运行之初,首先需要向密封的电机外壳(防爆外壳)内通入保护气体(通常为清洁的空气或惰性气体,如氮气)。
    • 通入保护气体的过程称为吹扫。其目的是将电机外壳内部原有(可能包含爆炸性混合物)的气体全部置换并排出
    • 吹扫的气体量和持续时间必须满足相关安全标准(如GB 3836.1, GB 3836.5 / IEC 60079系列标准)的要求,以确保内部气体被彻底更换成安全的保护气体。吹扫不充分可能导致内部残留爆炸性气体,启动时非常危险。
  2. 维持正压:

    • 在吹扫完成并确认内部环境安全后,保护气体仍需要持续或至少定期地通入电机外壳内。
    • 通过控制系统(包括流量计、压力传感器、调节阀等)的调节,确保外壳内部的气体压力(正压)始终稳定地高于外部环境压力一个安全的数值(通常是最低50 Pa,具体值由标准和应用确定)。
    • 这个正压差是防止外部爆炸性混合物渗入的关键屏障。即使外壳存在微小的缝隙或不绝对严密(这是不可避免的),内部的保护气体也会向外泄漏,从而阻止外部危险气体向内扩散。
  3. 安全联锁与监控:

    • 正压型电机配备有完善的安全联锁和监控系统:
      • 启动连锁: 必须确保吹扫过程充分完成且内部压力达到最低安全值之前,电动机绝对不能启动(通常通过时间继电器和压力开关实现连锁)。只有满足所有安全条件,电机才能通电。
      • 运行监控: 电机运行期间,内部压力被持续监测。如果压力由于任何原因(如供气中断、外壳破裂、过滤器堵塞、负载突变导致气体膨胀等)下降到安全阈值以下,监控系统会立即触发报警并/或自动切断电动机电源,防止在内部压力不足(不能有效阻止外部气体渗入)的情况下继续运行。
      • 流量监控 (对于稀释型): 有些设计(稀释型正压)需要监控保护气体的最小流量,以确保能有效稀释电机内部任何可能泄漏的危险气体。
      • 温度监控: 保护气体的进出气口温度可能被监控,以防止电机过热。
  4. 内部气流设计:

    • 保护气体的进气口和出气口的位置需精心设计。通常要求气体能有效地流经电机内部可能产生高温、火花或电弧的关键区域(如定转子气隙、轴承、集电环/换向器区域等),起到:
      • 清扫作用: 带走局部可能产生的少量危险气体。
      • 冷却作用: 辅助电机散热。
    • 避免内部存在通风死角至关重要。
  5. 结构要求:

    • 外壳设计需满足一定的机械强度和防护等级(IP等级)要求,保证其在正常压力和意外情况下(如气源短时中断)的结构完整性。
    • 外壳的门或盖子通常设计为只有在电源切断且内部压力降至安全值后才能打开,以防止操作人员在内部可能残余压力或危险气体时开盖。打开外壳可能需要再次进行吹扫才能重新启动。

总结关键点:

与“通风”的区别: 有时人们会将正压型称为“通风型”,但这不够精确。正压型主要依靠压力屏障,而持续的通风(保证足够的气体流量)更多是为了:

  1. 确保吹扫效果。
  2. 维持内部正压(补充泄漏)。
  3. 在“稀释型”设计中,还需要满足稀释内部任何微量泄漏危险气体的流量要求。 但压力差始终是其防爆的核心机制。

正压型防爆电动机结构相对复杂,安装和维护要求较高(需要稳定可靠的气源和控制系统),成本也较高,但它适用于功率较大且需要较高防护等级的场合,尤其是在存在危险气体的环境中需要安装非“本质安全型”大型设备时,是一种非常重要的防爆解决方案。

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