Электродвигатели асинхронные трехфазные взрывозащищенные

Электродвигатели асинхронные трехфазные взрывозащищенные: конструкция, принцип действия и применение

Асинхронные трехфазные взрывозащищенные электродвигатели представляют собой специализированный класс электрических машин, предназначенных для безопасной работы в средах, где присутствуют взрывоопасные газовые смеси, пары легковоспламеняющихся жидкостей или горючие пыли. Их основная задача — преобразование электрической энергии в механическую без возникновения условий для инициирования взрыва. Конструкция таких двигателей базируется на классической схеме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, но с существенными доработками, обеспечивающими взрывозащиту.

Принцип действия и основы взрывозащиты

Принцип действия основан на создании вращающегося магнитного поля трехфазной обмоткой статора, которое индуцирует токи в обмотке ротора, вызывая его вращение. Взрывозащита достигается не за счет изменения этого принципа, а путем реализации специальных мер, исключающих воспламенение окружающей взрывоопасной атмосферы. Это может происходить по нескольким причинам: искрение щеточного аппарата (в двигателях с фазным ротором), перегрев обмоток или подшипниковых узлов, возникновение дуги при повреждении изоляции, искрение при коммутации.

Современные взрывозащищенные двигатели преимущественно выполняются с короткозамкнутым ротором, так как эта конструкция не имеет скользящих контактов (щеток), что значительно повышает надежность. Основные методы обеспечения безопасности включают в себя:

• Взрывонепроницаемая оболочка (Ex d): Корпус двигателя обладает повышенной механической прочностью и способен выдержать внутренний взрыв горючей смеси, не разрушившись и не передав пламя во внешнюю взрывоопасную среду. Фланцевые соединения выполняются с лабиринтными уплотнениями (искробезопасными пазами) определенной глубины и зазора, которые охлаждают продукты горения, выходящие при возможной внутренней детонации.
• Искробезопасная цепь (Ex i): Применяется для цепей управления и датчиков, но не для силовых цепей двигателей большой мощности. Ограничивает электрическую энергию в цепи до уровня, недостаточного для воспламенения.
• Заполнение оболочки под избыточным давлением (Ex p): Внутренняя полость двигателя продувается чистым воздухом или инертным газом под давлением, предотвращая проникновение внутрь взрывоопасной смеси.
• Защита вида «е» (Ex e): Повышенная безопасность. Дополнительные меры (улучшенная изоляция, увеличенные зазоры, надежные контакты) для снижения вероятности возникновения высоких температур, искр и дуг в нормальном режиме работы и при стандартных перегрузках.

Конструктивные особенности

Конструкция двигателя включает ряд критически важных элементов, отличающих его от общепромышленного исполнения.

• Корпус и станина: Изготавливаются из высокопрочного чугуна или стали. Торцевые щиты имеют усиленное крепление. Размеры фланцевых соединений, зазоры и длина искробезопасного лабиринта строго регламентированы стандартами.
• Клеммная коробка: Выполняется как отдельная взрывонепроницаемая камера (Ex d) или как часть общей оболочки. Обязательно имеет уплотнения на вводах кабелей (сальники) и между крышкой и корпусом. Внутри часто предусматривается дополнительное пространство для удобства разделки кабелей и подключения.
• Ротор: Короткозамкнутый, обычно литой из алюминиевого сплава. Для двигателей повышенного скольжения или пусковых характеристик могут использоваться роторы со специальной конфигурацией паза («двойная беличья клетка»).
• Подшипниковые узлы: Конструкция должна предотвращать передачу повышенного нагрева от подшипников наружу. Часто используются термодатчики (в рамках системы защиты). Валы имеют надежное уплотнение для предотвращения выброса смазки и проникновения внешних веществ.
• Охлаждение: Двигатели исполнения Ex d часто имеют ребристый корпус (тип охлаждения IC411). Внешний вентилятор и его кожух также выполняются во взрывозащищенном исполнении. Вентиляционные отверстия защищены сетками или имеют искробезопасные лабиринты.
• Термозащита: В обмотки статора встраиваются датчики температуры (термосопротивления Pt100 или термопары). Их цепи, как правило, являются искробезопасными (Ex i) и подключаются к внешним устройствам контроля и отключения.

Классификация по зонам и категориям взрывоопасности

Выбор двигателя определяется классификацией зоны, где он будет установлен. Классификация основывается на частоте и длительности присутствия взрывоопасной атмосферы.

Классификация взрывоопасных зон для газов, паров и туманов (по ГОСТ Р МЭК 60079-10-1)

Зона	Определение	Вероятность присутствия ВОС	Примеры применения двигателей
0	Пространство, в котором ВОС присутствует постоянно, длительно или часто.	Постоянно, длительно, часто	Не используется для двигателей. Применяется иная аппаратура (искробезопасная, с избыточным давлением).
1	Пространство, в котором ВОС может occasionally образовываться при нормальной работе.	Время от времени при нормальной работе	Внутри технологических сооружений нефтепереработки, вокруг насосных агрегатов, в окрестностях емкостей с ЛВЖ.
2	Пространство, в котором ВОС при нормальной работе маловероятна, а если возникает, то ненадолго.	Редко и на короткое время	Помещения хранения с закрытой тарой, вентилируемые подвалы, где возможна утечка.

Для каждой зоны допустимы определенные виды взрывозащиты. Маркировка двигателя включает информацию о допустимой зоне.

Маркировка взрывозащиты

Маркировка по стандартам МЭК и ГОСТ содержит всю необходимую информацию для выбора. Пример: Ex d IIC T4 Gb / Ex tD A21 IP66 T135°C.

• Ex – знак взрывозащищенного оборудования.
• d – вид взрывозащиты (взрывонепроницаемая оболочка).
• IIC – группа оборудования (подходит для сред с водородом, ацетиленом, сероуглеродом – наиболее строгая). Группы: IIA (пропан), IIB (этилен), IIC (водород).
• T4 – температурный класс. Максимальная температура поверхности двигателя не превышает 135°C. Классы: T1 (450°C), T2 (300°C), T3 (200°C), T4 (135°C), T5 (100°C), T6 (85°C).
• Gb – уровень защиты оборудования (для зоны 1). «Gb» – высокий уровень, «Gc» – повышенный (для зоны 2).
• Ex tD A21 IP66 T135°C – часть маркировки, относящаяся к защите от пыли. A21 – зона 21 (присутствие горючей пыли в воздухе в нормальных условиях), tD – защита оболочкой от пыли, IP66 – степень защиты от пыли и воды.

Области применения и примеры

Данные двигатели являются основным приводом для насосного, компрессорного, вентиляторного и транспортирующего оборудования во взрывоопасных отраслях промышленности.

• Нефтегазовая промышленность: Приводы буровых лебедок, насосов для перекачки нефти и газа, вентиляторы для дегазации, мешалки в резервуарах.
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Приводы реакторов, центрифуг, компрессоров, дозаторов, конвейеров для сыпучих материалов (порошки, гранулы).
• Угольная промышленность: Приводы вентиляторов главного проветривания, конвейеров, насосов водоотлива в шахтах, где возможно образование метановоздушной смеси и угольной пыли.
• Производство и транспортировка ЛВЖ: Насосы на сливо-наливных эстакадах, в резервуарных парках, на танкерах.
• Пищевая промышленность (мукомольная, сахарная): В зонах, где образуется взрывоопасная органическая пыль.

Особенности монтажа, эксплуатации и технического обслуживания

Монтаж и обслуживание требуют строгого соблюдения регламентов.

• Монтаж: Должен производиться с сохранением целостности всех взрывозащищенных элементов. Запрещается сверление дополнительных отверстий, нарушение состояния поверхностей разъема фланцев. Кабельные вводы должны быть герметизированы сертифицированными сальниками соответствующего размера.
• Электрическое подключение: Силовые кабели должны иметь сечение, соответствующее току двигателя. В клеммной коробке необходимо обеспечить надежный контакт. Затяжка болтов крышки клеммной коробки должна производиться с моментом, указанным в паспорте, чтобы обеспечить требуемую степень защиты.
• Эксплуатация: Запрещается эксплуатация при повреждении корпуса, крышек, вентилятора. Необходимо контролировать температуру подшипников и обмоток по встроенным датчикам. Перегрузка двигателя недопустима, так как ведет к превышению температурного класса.
• Техническое обслуживание (ТО): При ТО, связанном с вскрытием взрывонепроницаемой оболочки (замена подшипников, ремонт обмоток), необходимо отключать питание. После ремонта целостность оболочки и параметры лабиринтных зазоров должны быть проверены. Ремонт может проводиться только организациями, имеющими лицензию на ремонт взрывозащищенного оборудования.
• Пуск и регулирование: Для плавного пуска и регулирования скорости во взрывоопасных зонах необходимо использовать частотные преобразователи, сами имеющие соответствующее взрывозащищенное исполнение (обычно Ex d или Ex p) или установленные за пределами опасной зоны, с выводом двигателя в безопасную зону через герметичный сальник.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель Ex d от Ex e?

Двигатель Ex d (взрывонепроницаемая оболочка) рассчитан на удержание внутреннего взрыва. Двигатель Ex e (повышенная безопасность) не допускает возникновения дуг, искр и опасных перегревов в нормальном режиме. Ex d более универсален для зон 1 и 2, часто имеет более высокую мощность. Ex e обычно применяется в зоне 1 и 2 для оборудования, где маловероятны неисправности, ведущие к внутреннему взрыву, и часто имеет меньшую стоимость при меньших мощностях.

Можно ли установить общепромышленный двигатель во взрывоопасную зону, поместив его в герметичный кожух?

Нет, это категорически запрещено и небезопасно. Самодельный кожух не будет иметь сертифицированных взрывонепроницаемых фланцев с расчетными зазорами, не пройдет испытания на распространение взрыва. Оборудование для взрывоопасных зон должно проектироваться, изготавливаться и сертифицироваться как единое целое.

Как правильно выбрать температурный класс (T-класс) двигателя?

T-класс должен быть ниже температуры самовоспламенения конкретной взрывоопасной смеси, присутствующей в зоне. Например, для паров бензина (температура самовоспламенения ~250-300°C) подойдет двигатель с классом T3 (200°C) или ниже (T4, T5, T6). Для сероуглерода (~95°C) требуется двигатель не ниже T6 (85°C). Выбор двигателя с более низкой температурой (например, T4 вместо T3) повышает безопасность и универсальность применения.

Что означает «группа взрывоопасности смеси» I, IIA, IIB, IIC?

Это классификация по максимальному безопасному экспериментальному зазору (БЭЗ) и минимальному току воспламенения. Группа I – для рудничного метана (шахты). Группа II – для всех остальных промышленных газов и паров, где IIC – наиболее «строгая» (наименьшие зазоры и токи воспламенения, например, водород). Двигатель, сертифицированный для группы IIC, может применяться для сред IIB и IIA. Двигатель для IIA не может применяться для сред IIC или IIB.

Требуется ли специальное обслуживание подшипниковых узлов у взрывозащищенных двигателей?

Да, оно требует повышенного внимания. Перегрев подшипника может привести к превышению температурного класса всей поверхности двигателя. Необходимо строго соблюдать интервалы замены смазки, использовать только рекомендованные типы смазочных материалов и контролировать их количество. Выход из строя подшипника может привести к задеванию ротором статора и искрению внутри оболочки.

Можно ли самостоятельно заменить уплотнительные кольца или прокладки на крышке клеммной коробки?

Замену можно производить только на идентичные сертифицированные запасные части, поставляемые или рекомендованные производителем двигателя. Использование несертифицированных уплотнений может нарушить взрывозащитные параметры соединения.

Как быть, если необходим частотный преобразователь для регулирования скорости такого двигателя?

Существует три основных подхода: 1) Установка общепромышленного ЧП за пределами взрывоопасной зоны, протягивание кабелей в зону через герметичные сальники. При этом длинные кабели могут вызывать перенапряжения на обмотках двигателя, что требует установки выходных dv/dt фильтров или синус-фильтров. 2) Применение взрывозащищенных ЧП в оболочке Ex d. 3) Применение систем с приводом на основе двигателей с постоянными магнитами и взрывозащищенными инверторами, размещенными непосредственно на двигателе (интегрированное решение). Выбор зависит от мощности, зоны и экономических факторов.