(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

隨著我國防爆電機(jī)工業(yè)的發(fā)展，石油、化工、化肥、煤炭等行業(yè)對(duì)大型防爆無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的需求量越來越大，尤其是近年石化行業(yè)產(chǎn)量不斷提升，大型防爆無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)功率也越來越大，用戶對(duì)產(chǎn)品的安全和環(huán)保也越來越重視。

現(xiàn)在國際電工委員會(huì)IEC關(guān)于防爆電機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善，對(duì)于大型增安型防爆同步機(jī)的制造和使用要求也越來越嚴(yán)格，因此開發(fā)更安全的防爆產(chǎn)品逐步取代TAW系列增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)作為大型防爆同步機(jī)的主導(dǎo)產(chǎn)品已成為必然。國外正壓外殼型電機(jī)技術(shù)發(fā)展已趨于成熟，國內(nèi)驅(qū)動(dòng)大型往復(fù)式壓縮機(jī)組的正壓外殼型電機(jī)基本依靠國外引進(jìn)。在此情況下，我公司在幾十年生產(chǎn)防爆電機(jī)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前市場(chǎng)的需求，采用世界先進(jìn)的設(shè)計(jì)分析手段，研發(fā)出了新一代正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并獲得國內(nèi)首臺(tái)套大型裝備國產(chǎn)化認(rèn)證。

本文主要針對(duì)TZYW/TAW正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)做介紹。

1 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

在介紹正壓外殼型/增安型電機(jī)產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)之前，先對(duì)爆炸性氣體環(huán)境區(qū)域的劃分、常用的防爆形勢(shì)如增安型電機(jī)、隔爆型電機(jī)、正壓外殼型電機(jī)的防爆原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹。如圖1所示。

圖1 爆炸性氣體環(huán)境區(qū)域的劃分

增安型防爆原理——采用不產(chǎn)生火花、電弧和危險(xiǎn)溫度的電氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行防爆。

隔爆型防爆原理——采用隔爆外殼和控制表面溫度達(dá)到防爆目的。

正壓外殼型防爆原理——采用密封殼體內(nèi)保護(hù)氣體壓力保持高于外部環(huán)境壓力，以阻止殼體內(nèi)形成爆炸性氣體環(huán)境進(jìn)行防爆。

1.1 增安型電機(jī)

(1)只能在“2”區(qū)場(chǎng)所使用，并且溫度組別只能達(dá)到T3組;

(2)大容量的增安型電機(jī)，受電網(wǎng)容量的限制，電機(jī)的無火花等試驗(yàn)無法進(jìn)行，國內(nèi)增安型異步電動(dòng)機(jī)最大功率為8 500kW。大型電機(jī)的TE時(shí)間很難滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，也為電機(jī)的熱保護(hù)帶來困難。

(3)按照IEC和新的國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定, 額定電壓超過1kV的高壓增安型電機(jī)需要起動(dòng)前預(yù)吹掃，并且新標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，用戶在使用增安型電機(jī)時(shí)負(fù)有安全責(zé)任，即起動(dòng)前預(yù)吹掃由用戶負(fù)責(zé)。電機(jī)每次起車時(shí)均需要大量的保護(hù)氣體對(duì)電機(jī)內(nèi)腔重新進(jìn)行吹掃換氣。每次起車時(shí)都要等待30min左右，不能適應(yīng)石化等企業(yè)裝置隨時(shí)切換的要求。

1.2 隔爆型電機(jī)

隔爆型電機(jī)可以在 “1”區(qū)和“2”區(qū)防爆場(chǎng)所使用，但存在如下不足點(diǎn)。

(1)電機(jī)容量較大時(shí)，由于電機(jī)體積越大，隔爆外殼需要不斷增強(qiáng)，目前國內(nèi)外一般隔爆型電機(jī)可以做到H800，超過一定尺寸時(shí)爆炸壓力試驗(yàn)無法完成,目前國內(nèi)隔爆型異步電動(dòng)機(jī)最大功率為4 500kW。

(2)高轉(zhuǎn)速、四級(jí)防爆(dIICT4)隔爆型電機(jī)由于軸貫通部分間隙很小易出現(xiàn)抱軸事故。在工業(yè)運(yùn)行中，容易因抱軸而導(dǎo)致電機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)，影響生產(chǎn)，從而給用戶帶來損失。因此該類電機(jī)容量一般不宜超過500kW。

1.3 正壓外殼型電機(jī)

正壓外殼型電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)可使用在“1”區(qū)或“2”區(qū)的危險(xiǎn)場(chǎng)所。

(2)不受無火花試驗(yàn)及TE時(shí)間的限制。

(3)不受電機(jī)容量和轉(zhuǎn)速的限制，可做成大功率的防爆產(chǎn)品(目前可達(dá)到25 000KW)。

(4)無論從防爆原理還是電機(jī)自身運(yùn)行的可靠性均得到極大提高。

(5)溫度組別可達(dá)到T4組。

(6)克服了增安型電機(jī)每次起車時(shí)吹掃等待的缺點(diǎn)，進(jìn)入保壓狀態(tài)后可以隨時(shí)起停車。

(7)采用完全智能化的正壓保護(hù)系統(tǒng)，維護(hù)方便、安全可靠，直接進(jìn)入綜保系統(tǒng)即可使用。

(8)符合環(huán)保要求、高功率、低噪聲等特點(diǎn)。

(9)正壓外殼型電機(jī)安裝完成后，只需要一次吹掃后，以后在電機(jī)起動(dòng)前，就不需要再次吹掃。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，只需要內(nèi)部保持一個(gè)微正壓，保證電機(jī)內(nèi)部壓力高于外界壓力50Pa，此時(shí)需要一個(gè)維持內(nèi)腔壓力的泄漏補(bǔ)償氣體就可以，補(bǔ)償氣體量很少。正壓型電機(jī)可以適用于“1”區(qū)，更可靠的防爆型式。

唯一的缺點(diǎn)是正壓外殼型電機(jī)一旦出現(xiàn)失壓或外部管路故障，電機(jī)就必須停機(jī)進(jìn)行檢查。

1.4 正壓外殼型+增安型電機(jī)

正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)是設(shè)有兩套銘牌即增安型防爆電機(jī)銘牌和正壓外殼型防爆電機(jī)銘牌，電機(jī)同時(shí)獲得增安型防爆合格證及正壓外殼型防爆合格證，兩種防爆型式同時(shí)起作用，當(dāng)一種防爆型式失效時(shí)另一種防爆型式仍可保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。即同一設(shè)備設(shè)計(jì)制成不同的防爆型式，符合GB 3836.1—29.6 多種防爆型式的相關(guān)規(guī)定。

下面對(duì)正壓正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)介紹。

1.4.1 實(shí)現(xiàn)了正壓保護(hù)控制系統(tǒng)與電機(jī)的結(jié)合

采用完全智能的正壓保護(hù)控制系統(tǒng)，保證電機(jī)在起動(dòng)、運(yùn)行、故障狀態(tài)時(shí)電機(jī)內(nèi)腔壓力不低于50Pa,一旦管路故障或電機(jī)泄漏過大不能維持內(nèi)腔壓力時(shí)，能夠有效發(fā)出指令，保證防爆安全。對(duì)正壓保護(hù)系統(tǒng)智能化程度升級(jí)，保證防爆型式切換過程順暢。

1.4.2 應(yīng)用了行業(yè)領(lǐng)先的電機(jī)殼體密封技術(shù)

對(duì)于正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)而言，如何控制電機(jī)的泄漏量，保證電機(jī)的可靠運(yùn)行，是判斷電機(jī)先進(jìn)性的主要依據(jù)。對(duì)于正壓外殼型/增安型電機(jī)殼體的密封應(yīng)做為一項(xiàng)工程來做，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造上結(jié)合了我公司多年來在正壓外殼型防爆電機(jī)技術(shù)上的積累，采用了密封可靠性極高的新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料，在密封材料的選取上進(jìn)行了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，選取了耐腐蝕、抗老化、耐高溫的優(yōu)質(zhì)密封材料，提高了電機(jī)的密封可靠性。

1.4.3 延承了正壓外殼型防爆、增安型防爆電機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

產(chǎn)品通過了雙重防爆試驗(yàn)檢測(cè)，既通過了正壓外殼型電機(jī)防爆檢驗(yàn)，又通過了增安型電機(jī)防爆檢驗(yàn)，安全性、可靠性提高，正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)將兩種防爆技術(shù)完美結(jié)合，獲得兩種防爆型式的防爆認(rèn)證，同時(shí)具備兩種防爆形式的優(yōu)點(diǎn)安全性更高。既保留增安型電機(jī)不產(chǎn)生火花、電弧和危險(xiǎn)溫度等優(yōu)點(diǎn)，又具備正壓外殼型電機(jī)防爆安全性高，備用電機(jī)可處于保壓狀態(tài)隨時(shí)起車的優(yōu)點(diǎn)。

1.4.4 克服了單一防爆形式的缺點(diǎn)

(1)對(duì)于單一防爆形式的正壓外殼型電機(jī)一旦出現(xiàn)電機(jī)內(nèi)腔壓力過低或外部管路故障，電機(jī)就必須停機(jī)進(jìn)行檢查，該產(chǎn)品具備當(dāng)正壓外殼型防爆型式失效時(shí)增安型防爆型式仍可保證產(chǎn)品安全運(yùn)轉(zhuǎn)，無需停機(jī)。

(2)正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)正壓保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行智能化升級(jí)，主備機(jī)切換過程中無需等待，克服了增安型電機(jī)每次起動(dòng)前需重新進(jìn)行吹掃換氣的問題(即由一種防爆型式向另一種防爆型式切換過程順暢，不會(huì)出現(xiàn)電機(jī)互鎖停機(jī)問題)。

2 產(chǎn)品應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 應(yīng)用范圍更廣

按照國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，當(dāng)兩種防爆保護(hù)形式同時(shí)起作用時(shí)電機(jī)可以提高一個(gè)設(shè)備保護(hù)級(jí)別。例如當(dāng)一臺(tái)電機(jī)兩種防爆形式增安型取得Gc設(shè)備保護(hù)級(jí)別證書、正壓型也取得Gc設(shè)備保護(hù)級(jí)別證書時(shí)，則該產(chǎn)品的設(shè)備保護(hù)級(jí)別可以自然提高到Gb,正常適用于“2”區(qū)場(chǎng)所。

2.2 安全、可靠性更高

該防爆型式既能滿足電機(jī)隨時(shí)可以起停車，又可以在電機(jī)運(yùn)行時(shí)保護(hù)氣體中斷的情況下繼續(xù)工作，確保石化企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)、緊急切換的需求。同時(shí)，兩種防爆形式也提高了電機(jī)防爆的安全性，降低了爆炸危險(xiǎn)。

我公司研制成功的國內(nèi)首臺(tái)TZYW/TAW7800-18/3250WTHF1正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)，標(biāo)志著我國在大型防爆電機(jī)技術(shù)水平上的又一次提升。隨著該產(chǎn)品的交付使用，在后續(xù)許多項(xiàng)目上此種防爆型式得到應(yīng)用，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。此種形勢(shì)得到了國內(nèi)石化行業(yè)的普遍認(rèn)可。

2.3 市場(chǎng)前景可觀，為防爆電機(jī)行業(yè)國際化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

由于該產(chǎn)品防爆安全性高，產(chǎn)品的附加值也相應(yīng)提高，與國外產(chǎn)品價(jià)格具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)、外市場(chǎng)前景廣闊，目前國內(nèi)市場(chǎng)需求達(dá)到5億元以上。同時(shí)該系列產(chǎn)品代表著未來幾十年的市場(chǎng)需求，通過我們對(duì)設(shè)計(jì)院、用戶和主機(jī)廠進(jìn)行產(chǎn)品宣傳推廣，在2～5年內(nèi)會(huì)全面占領(lǐng)石油、化工等防爆市場(chǎng)。

3 結(jié)語

我公司通過在防爆設(shè)計(jì)上、新材料的應(yīng)用上等不斷創(chuàng)新，使得該系列電機(jī)效率高、噪聲低，節(jié)能環(huán)保，更加安全可靠。正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)是我國防爆電機(jī)的標(biāo)志性產(chǎn)品，對(duì)我國防爆電機(jī)的知名度有很大提高，選擇正壓外殼型/增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)已成為防爆電機(jī)選型的趨勢(shì)，值得推薦給石油、化工、化肥、煤炭等行業(yè)用戶使用和做產(chǎn)品升級(jí)改造。實(shí)現(xiàn)重大設(shè)備的國產(chǎn)化，為我國民族工業(yè)的自主發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

[1] IEC 60079—2：2001，Eletrical apparatus for explosive gas atmospheres-Part 2:Pressurized enclosures “p”.

[2] IEC 60079—7：2006，Explosive atmospheres-Part 7:Equipment protection by increased safety “e”.

[3] GB 3836.3—2010《爆炸性環(huán)境 第3部分：由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備》.

[4] GB 3836.5—2004《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第5部分：正壓外殼型“p”》.