Электродвигатели взрывозащищенные на лапах
Электродвигатели взрывозащищенные на лапах: конструкция, применение и выбор
Электродвигатели взрывозащищенные на лапах представляют собой специализированный класс электрических машин, предназначенных для безопасной работы в средах, где присутствуют взрывоопасные газовые смеси, пары легковоспламеняющихся жидкостей или горючие пыли. Конструктивное исполнение на лапах (IM1001 по ГОСТ, IM B3 по IEC) означает, что двигатель имеет фланцевых креплений на корпусе для монтажа на фундамент, раму или плиту. Это наиболее распространенный и универсальный способ установки для стационарного оборудования.
Принципы взрывозащиты и виды маркировки
Взрывозащита электродвигателя достигается за счет комплекса инженерных решений, которые предотвращают воспламенение окружающей взрывоопасной атмосферы. Основные принципы: изоляция источника зажигания (искрения, опасного перегрева) внутри оболочки, ограничение энергии в цепях, исключение образования искр, заполнение или продувка оболочки защитным газом. В мировой практике распространены две основные системы стандартизации: европейская (ATEX) и североамериканская (NEC/CEC, Class/Division и Class/Zone). В РФ и странах Таможенного союза действует система стандартов на основе Технических регламентов ТР ТС 012/2011 и серии ГОСТ.
Ключевой параметр – уровень взрывозащиты, определяемый маркировкой. Для двигателей на лапах наиболее характерны следующие виды:
- Взрывонепроницаемая оболочка (Ex d): Корпус двигателя обладает повышенной механической прочностью и способен выдержать внутренний взрыв смеси без повреждения и без передачи воспламенения во внешнюю среду через фланцевые соединения (искробезопасные лабиринтовые уплотнения). Это наиболее распространенный и надежный тип для мощных двигателей.
- Искробезопасная цепь (Ex i): Применяется в цепях управления и датчиках, реже – в силовых цепях двигателей малой мощности. Энергия в электрической цепи ограничена до уровня, недостаточного для воспламенения заданной смеси.
- Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением (Ex p): Внутренняя полость двигателя заполнена чистым воздухом или инертным газом под давлением, что предотвращает попадание внутрь взрывоопасной смеси.
- Защита вида «е» (Ex e): Повышенная безопасность. Дополнительные меры (улучшенная изоляция, усиленные контактные соединения, увеличенные зазоры) для предотвращения возникновения дуги, искр или опасных температур в нормальном режиме работы и при стандартных перегрузках.
- Кварцевое заполнение оболочки (Ex q): Полость двигателя заполнена кварцевым песком, который гасит пламя и охлаждает продукты горения.
- Корпус: Изготавливается из высокопрочного чугуна или стали. Торцевые щиты имеют развитые фланцы и лабиринтные уплотнения (искробезопасные пазы) для обеспечения взрывонепроницаемости в месте соединения с корпусом и валом. Толщина стенок и прочность рассчитаны на давление внутреннего взрыва.
- Клеммная коробка: Является неотъемлемой и критически важной частью. Выполняется во взрывонепроницаемом исполнении (Ex d) или комбинированном (Ex d/Ex e). Имеет отдельные камеры для ввода кабеля и размещения клемм. Обязательно наличие уплотнительных элементов (сальники, резиновые кольца) для кабельных вводов. Крышка крепится на множестве болтов, часто с пружинными шайбами для обеспечения равномерного прижима.
- Вал: В месте выхода из корпуса устанавливается лабиринтное уплотнение, иногда в комбинации с маслосъемными кольцами, для предотвращения передачи искрения или пламени. Зазоры в уплотнении строго регламентированы.
- Вентиляция и охлаждение: В двигателях с внешним обдувом (IC411) вентилятор и кожух вентилятора выполняются из искробезопасных материалов (например, специальные сплавы алюминия с медью, чтобы исключить искрообразование при ударе). Часто применяется конструкция, где вентилятор закрыт кожухом, а воздух проходит по наружным ребрам корпуса, что снижает риск контакта с потенциально взрывоопасной средой.
- Термозащита: Обязательно наличие встроенных датчиков температуры (термосопротивления Pt100 или термостаты) в обмотках статора для контроля перегрева, который является потенциальным источником зажигания.
- Покраска: Используются специальные краски, устойчивые к агрессивным средам, характерным для взрывоопасных производств (пары кислот, щелочей, растворителей).
- Нефтегазовая промышленность: буровые установки, насосы для перекачки нефти и газа, компрессоры, вентиляторы.
- Химическая и нефтехимическая промышленность: мешалки, реакторы, насосы для агрессивных и легковоспламеняющихся жидкостей.
- Добывающая промышленность: угольные шахты (рудничное исполнение, группа I), обогатительные фабрики.
- Производство и транспортировка ЛВЖ и ЛГЖ: топливные склады, нефтебазы, заправочные станции.
- Пищевая промышленность: мукомольные и комбикормовые заводы, сахарные производства (защита от взрыва пыли).
- Деревообрабатывающая промышленность, производство МДФ, ДСП.
- Открывать клеммную коробку при включенном питании или при наличии взрывоопасной атмосферы вблизи.
- Использовать двигатель при повреждении корпуса, лабиринтных уплотнений или кабельных вводов.
- Превышать указанные на шильдике параметры (напряжение, частота, ток, мощность, температура окружающей среды).
- Осуществлять частые пуски, если двигатель не предназначен для такого режима (S1, S2, S3).
Маркировка по ГОСТ/ТР ТС включает: знак Ex, вид взрывозащиты, группу взрывоопасной смеси (II – все промышленные газы, с подгруппами IIA, IIB, IIC по возрастающей опасности), категорию смеси по температуре самовоспламенения (T1…T6, где T6 – самое строгое ограничение), и уровень защиты (1 – особенно взрывобезопасное оборудование, зона 0/20; 2 – взрывобезопасное, зона 1/21; 3 – оборудование повышенной надежности, зона 2/22).
Конструктивные особенности взрывозащищенных двигателей на лапах
Конструкция таких двигателей имеет существенные отличия от общепромышленных моделей.
Области применения и выбор двигателя
Данные двигатели применяются во всех отраслях, где существует риск образования взрывоопасных сред:
Выбор двигателя осуществляется на основе анализа зоны, в которой он будет установлен, и свойств конкретных горючих материалов.
| Уровень взрывозащиты оборудования (по ТР ТС) | Зона для взрывоопасных газовых смесей | Зона для взрывоопасных пылевых смесей | Рекомендуемые виды защиты для двигателей |
|---|---|---|---|
| 1 (Особо взрывобезопасное) | 0 | 20 | Сочетание видов защиты, например, Ex ia, Ex ma. Для двигателей на лапах в силовом исполнении – редко. |
| 2 (Взрывобезопасное) | 1 | 21 | Ex d, Ex p, Ex de, Ex tb, Ex eb. Наиболее частый выбор для двигателей в зонах 1 и 21. |
| 3 (Повышенной надежности) | 2 | 22 | Ex nA, Ex nC, Ex tc, Ex ec. Могут применяться двигатели общепромышленного исполнения с дополнительными мерами (пылевлагозащита IP65). |
| Класс температуры (T-класс) | Максимальная температура поверхности двигателя, °C | Примеры веществ и смесей |
|---|---|---|
| T1 | 450 | Ацетон, аммиак, метан, пропан, угарный газ |
| T2 | 300 | Этиловый спирт, бензол, толуол |
| T3 | 200 | Дизельное топливо, керосин |
| T4 | 135 | Ацетальдегид, этиловый эфир |
| T5 | 100 | Сероуглерод |
| T6 | 85 | Нитрит метила, диэтиловый эфир |
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Монтаж взрывозащищенных двигателей должен производиться в строгом соответствии с проектной документацией и Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Крепление на лапах к фундаменту осуществляется с помощью болтов, размер и класс прочности которых указан в документации. Обязательно обеспечение надежного электрического заземления корпуса и клеммной коробки. Кабельные вводы должны соответствовать типу защиты двигателя и иметь соответствующие сертификаты (например, Ex e).
При эксплуатации запрещается:
Техническое обслуживание включает регулярную проверку: состояния изоляции обмоток (мегомметром), сопротивления заземления, надежности болтовых соединений, чистоты наружных поверхностей от загрязнений (особенно масла и пыли), работы систем вентиляции и охлаждения. Все ремонтные работы, связанные со вскрытием взрывонепроницаемой оболочки, должны проводиться специализированными организациями, имеющими право на проведение таких работ. После ремонта необходимо проверить зазоры в лабиринтных уплотнениях и целостность взрывозащиты.
Сравнение с другими исполнениями и тенденции развития
В отличие от двигателей на лапах, фланцевые исполнения (IM B5, IM B14) предназначены для непосредственной соосной установки на приводной механизм (насос, редуктор). Взрывозащищенные двигатели на лапах более универсальны, но требуют дополнительных элементов передачи (муфты, ремни). Основными тенденциями развития являются: повышение энергоэффективности (классы IE3, IE4), интеграция частотных преобразователей во взрывозащищенное исполнение (приводы Ex d/Ex de), развитие асинхронных двигателей с постоянными магнитами (синхронные реактивные двигатели), обладающих высоким КПД и лучшими регулировочными свойствами, а также совершенствование материалов для уменьшения веса и увеличения срока службы.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается маркировка Ex d IIC T4 Gb от Ex d IIB T4 Gb?
Отличие в подгруппе взрывоопасной смеси. Двигатель с маркировкой IIC пригоден для работы в средах с любыми промышленными газами, включая самые опасные (водород, ацетилен). Двигатель с маркировкой IIB не может применяться для сред IIC. Таким образом, двигатель Ex d IIC является более универсальным и может заменить Ex d IIB, но не наоборот.
Можно ли установить частотный преобразователь (ЧП) на взрывозащищенный двигатель на лапах?
Да, это распространенная практика для регулирования скорости. Однако необходимо учитывать несколько моментов: 1) Сам ЧП должен быть установлен вне взрывоопасной зоны или иметь соответствующее взрывозащищенное исполнение. 2) При использовании длинных кабелей между ЧП и двигателем (более 50-100 м) возникают перенапряжения на обмотках, что требует установки выходных dv/dt фильтров или синус-фильтров. 3) Обязателен контроль нагрева двигателя на низких скоростях, так как собственное охлаждение (вентилятор на валу) ухудшается. Иногда требуется двигатель с независимым вентилятором (IC416).
Что означает цифра в маркировке степени защиты IP55?
Степень защиты IP (Ingress Protection) указывает на защищенность от проникновения твердых тел и воды. Первая цифра (5) – защита от пыли (пылезащищенное исполнение, пыль может проникать в неопасных количествах). Вторая цифра (5) – защита от струй воды со всех направлений. Для взрывозащищенных двигателей, работающих на улице или в условиях возможного попадания воды, требуется как минимум IP54, предпочтительно IP55 или IP65.
Как определить, что двигатель вышел из строя и его ремонт возможен?
Признаками неисправности могут быть: повышенная вибрация, посторонний шум (гул, стуки), запах гари, невозможность пуска или отключение по тепловой защите. Ремонт взрывозащищенного двигателя (перемотка, замена подшипников, восстановление лабиринтных уплотнений) возможен только в условиях специализированного предприятия, имеющего лицензию на ремонт взрывозащищенного оборудования и необходимый контрольный инструмент (калибры для проверки зазоров). После ремонта должна быть выдана документация, подтверждающая сохранение взрывозащитных характеристик.
В чем основное различие между зоной 1 и зоной 2?
Зона 1 – это пространство, в котором взрывоопасная газовая смесь может присутствовать при нормальных условиях работы (периодически). Зона 2 – пространство, где взрывоопасная смесь при нормальных условиях отсутствует, но может появиться ненадолго только в результате аварии или нештатной ситуации. Требования к оборудованию для зоны 1 (уровень защиты 2, например, Ex d) строже, чем для зоны 2 (уровень защиты 3, например, Ex nA).