樊小濤

(中煤科工集團(tuán)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(xiàng)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(shè)備，抽出式通風(fēng)機(jī)就是一種。抽出式通風(fēng)機(jī)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?，或是用于除塵設(shè)備中，對開采過程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行治理。抽出式通風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)必須將配接的隔爆型電動機(jī)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(jìn)行了分析研究。

1 煤礦用電氣設(shè)備的保護(hù)級別

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

有些設(shè)備運(yùn)行中必須長期處于瓦斯超標(biāo)環(huán)境中，但其保護(hù)級別又達(dá)不到“Ma”級，礦用抽出式通風(fēng)機(jī)用隔爆型電動機(jī)就是一種。抽出式通風(fēng)機(jī)用隔爆型電動機(jī)保護(hù)級別為“Mb”級，按照防爆電氣設(shè)備使用要求，瓦斯超標(biāo)就要斷電，但抽出式通風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

抽出式通風(fēng)機(jī)按用途可分為主通風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)一般由集流器段、主機(jī)體段(對旋風(fēng)機(jī)有II級主機(jī)體段)和擴(kuò)散器段三部分組成(如圖1所示)。

圖1 抽出式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)體段創(chuàng)造良好的進(jìn)氣條件。主機(jī)體段由機(jī)殼、葉輪、隔流腔和電機(jī)等主要部件組成，隔流腔安裝在殼體內(nèi)，電機(jī)置于隔流腔內(nèi)，該部分是通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生風(fēng)流的核心部分，主要作用是保證葉輪和電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定風(fēng)量和風(fēng)壓。擴(kuò)散器由擴(kuò)散筒和導(dǎo)流罩構(gòu)成，主要作用是降低氣流的出口局部阻力，提高通風(fēng)機(jī)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(jié)構(gòu)

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

3.2 隔流腔內(nèi)、外氣流及氣壓

通風(fēng)機(jī)在運(yùn)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(fēng)口，在此過程中主風(fēng)道內(nèi)的氣壓有變化。圖2所示為對旋抽出式通風(fēng)機(jī)隔流腔內(nèi)外氣流方向和壓力示意圖，在主風(fēng)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(fù)壓，順著氣流方向的前側(cè)則呈正壓，即Ⅰ級隔流腔處于負(fù)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(fēng)道與外界大氣相通，此時隔流腔內(nèi)氣流由于電動機(jī)自帶散熱風(fēng)扇的存在，也形成了一定氣流。通常電動機(jī)散熱風(fēng)扇安裝在后端，風(fēng)流從電動機(jī)后端網(wǎng)孔進(jìn)入，經(jīng)過風(fēng)扇扇動后從電機(jī)機(jī)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(jī)后端的通風(fēng)通道流入，從電動機(jī)前端的通風(fēng)通道流出。

隔流腔內(nèi)外的風(fēng)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(fù)壓。

圖2 隔流腔內(nèi)外風(fēng)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(jī)安全使用

抽出式風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)運(yùn)行中長期存在，即主流道內(nèi)是需用“Ma”保護(hù)級別設(shè)備運(yùn)行的區(qū)域，作為“Mb”保護(hù)級別的隔爆型電動機(jī)不能在該區(qū)域內(nèi)直接使用。利用隔流腔將電動機(jī)安裝的小環(huán)境與主風(fēng)道隔離，使電動機(jī)處于與外界相通的“Mb” 保護(hù)級別能夠長期使用的新鮮風(fēng)流環(huán)境中，這種方式解決了隔爆型電動機(jī)在抽出式通風(fēng)機(jī)中的使用問題。

3.3.2 對電動機(jī)外殼進(jìn)行了安全保護(hù)

通風(fēng)機(jī)用電動機(jī)，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(jī)機(jī)座必須用鋼板或鑄鋼制成外，其余零件(例如電動機(jī)端蓋、外蓋等)可使用HT250鑄鐵制成[9]。在風(fēng)機(jī)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(jī)的外殼造成沖擊，在長時間使用中，多次沖擊可能造成電機(jī)外殼疲勞損壞，從而可能導(dǎo)致電機(jī)防爆性能損失。隔流腔的存在，是對電動機(jī)外殼的一種保護(hù)，避免外殼直接受到外力的沖擊。

3.3.3 對電動機(jī)絕緣性能和隔爆面的保護(hù)

眾所周知，煤礦井下濕度較大，有些區(qū)域濕度可達(dá)到95%以上，抽出式風(fēng)機(jī)主流道內(nèi)長期有污濁氣體存在，濕度也較大，若電動機(jī)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(jī)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(jī)處于相對濕度較低的區(qū)域，對保持電動機(jī)的安全運(yùn)行有利。

4 隔流腔安裝使用注意事項(xiàng)

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(dǎo)致漏風(fēng)現(xiàn)象，特別是對旋風(fēng)機(jī)的Ⅱ級主機(jī)用隔流腔，其處于正壓主風(fēng)道內(nèi)，若沒有好的密封，可能導(dǎo)致氣流直接進(jìn)入隔流腔，使得隔爆電動機(jī)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(jī)容易過熱。隔流腔與外界通風(fēng)通道的設(shè)置較為重要。有些制造商為了追求通風(fēng)機(jī)整體效率的提高，盡量少設(shè)置阻礙主風(fēng)道內(nèi)氣體流動的隔流腔通風(fēng)通道，這使得隔流腔內(nèi)部氣體流動不通暢，導(dǎo)致電動機(jī)過熱甚至燒毀。合理布置隔流腔通風(fēng)通道需要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和測試后確定。

4.3 電機(jī)在隔流腔內(nèi)的安裝問題

電動機(jī)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(jī)與風(fēng)機(jī)主體連接更可靠，減少振動和噪聲，將電動機(jī)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(jī)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(fēng)機(jī)用隔爆型電動機(jī)接線盒與機(jī)座之間若是通過隔爆螺紋接合面連接，安裝過程中應(yīng)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”。

5 結(jié)語

綜上所述，礦用抽出式通風(fēng)機(jī)隔流腔在設(shè)備使用中作用重大，是保證其配套使用的電動機(jī)安全、合理使用的必要部件，應(yīng)在通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)使用中特別注意，從防爆角度考慮，不遺留絲毫安全隱患，杜絕安全事故的發(fā)生。