اطلاعات الکتروموتورهای ضدانفجار

الکتروموتور ضد انفجار

Explosion proof Electric Motor

شعله:

سوختن مخلوط گاز و یا بخار و هوا به همراه پخش نور را شعله گوییم. برای یک شعله سه ناحیه متفاوت وجود دارد.

1-ناحیه گاز:

ماده قابل احتراق مایع یا فسیلی که بخار می شود.

2-ناحیه برافروختگی:

گازهای قابل اشتعال و بخارها تحت تأثیر دمای احتراق به کربن و هیدروژن تجزیه می شوند. تابش نور ناشی از این ناحیه بی ارزش است اما بر افروختگی کربن شکافته شده ماده قابل احتراق فسیلی به شکل نسبتا یکنواختی توزیع می شود.

3-ناحیه احتراق :

در ناحیه مرزهای بیرونی، مخلوط شدن با اکسیژن هوا رخ می دهد و یک واکنش شمیایی گرمازا به دمای احتراق می رسد. این دما همچنین روی ناحیه برافروختگی اثر می گذارد و باعث می شود تا مواد قابل اشتعال تجزیه شود. ناحیه احتراق، داغترین قسمت شعله و محدوده فضائی کوچکی است که بصورت یک پوشش خیلی نازک، اطراف شعله شکل می گیرد.

احتراق ممکن است در سرعت های مختلفی رخ دهد. در احتراق حالت یکنواختی، مانند یک سرعت احتراق کم است. سرعت احتراق وقتی زیاد می شود که نسبت مقداری بین ماده قابل اشتعال و اکسیژن در محدوده اشتعال قرار گیرد. سرعت احتراق همچنین به خوب مخلوط شدن، توزیع خوب ماده قابل اشتعال و یا آزاد کشدن مخلوط اضافات غیر قابل اشتعال بستگی دارد. بسته به سرعت احتراق، یک تمایز بین تعاریف زیر ایجاد می شود.

Deflagration:

سرعت احتراق که در حدود cm/s است افزایش فشاری را به کندی و صدای کم ایجاد می کند. مخلوط در دمای تقریبا نزدیک به نقطه انفجارمعمولا به شکل یک Deflagration می سوزد.

Explosion:

سرعت احتراق در حدودm/s است تمام فرایند احتراق بصورت ناپایدار رخ می دهد و افزایش فشار قابل ملاحظه ای در حدود 3 تا 10 بار ایجاد می شود. افزایش صدا مانند صدای گوشخراش ناشی از انبساط گازها در اثر دمای زیاد قابل ملاحظه است.

 

Detonation:

سرعت احتراق در حدود Km/s است. مخلوط قابل اشتعال لحظه ای تجزیه می شود و افزایش فشار میتواند بیشتراز 20 بار باشد. صدای خیلی خیلی تند و شدیدی ایجاد می شد. این احتراق گاهی بصورت واکنش مواد قابل اشتعال در یک توزیع ملایم اکسیژن می باشد که قبلا در هوای محیط مخلوط شده است و گاهی ممکن است واکنش موادی باشدکه شامل اکسیژن مورد نیاز احتراق به شکل یک ترکیب شیمایی باشد.

حفاظت انفجاری اولیه:

میتواند با پرهیز ازتشکیل فضای قابل انفجار از وقوع انفجار پیشگیری نمود. همچنین با رعایت احتیاط های ویژه از ایجاد جرقه در فضای قابل انفجار پیشگیری کرد. از آنجا که پیشگیری از ایجاد شرایط خطر زا بهتر از محافظت درمقابل خطر است، محدودیتی که فضای قابل انفجار به عنوان احتیاط های پیشگیری تقدم دارد. که ما آن را بعنوان حفاظت انفجاری اولیه میشناسیم.

پرهیز از مایعات قابل اشتعال:

در اولین گام باید مواد قابل اشتعال را بوسیله ماده دیگری که قادر به تشکیل یک فضای قابل انفجار نیستند جایگزین کرد بطوری که می توان حلالهای بر مبنای آب یا هیدروکربن های هالوژنه غیر قابل اشتعال بجای حلالهای قابل اشتعال استفاده کرد. از روغن های هالوکربن می توان بجای مایعات منتقل کننده فشار قابل اشتعال و از پرکننده های غیر قابل اشتعال بجای پرکننده های پودری قابل اشتعال استفاده نمود. این موارد ملاحظاتی هستندکه فقط در یک دامنه محدود قابل بکارگیری هستند.

بالا بردن نقطه اشتعال:

در موارد زیادی ازکار با مایع تقابل اشتعال نقطه اشتعال، به اندازه کافی زیر دمای محیط و دمای کار قرار دارد. مطابق کدهای عملی حفاظت ضد انفجاری اختلاف دمای درجه کلوین (KELVIN) برای ایمنی کافی به نظر میرسد.

مرکز محدودیتها:

با محدود کردن مقدار مواد قابل اشتعال و تغلیظ آن میتوان از تشکیل مقادیر خطرزای فضای قابل انفجار اطراف یک دستگاه پیشگیری کرد یا آن را محدود ساخت. وقتی این میزان بکار رود، تمرکز مواد قابل اشتعال باید زیر بیشترین حد انفجار یا بالای بالاترین حد انفجار نگه داشته شود. درخیلی جاها که با بخار اشباع کار میکنند، تغلیظ را می توان بوسیله انتخاب مناسب شرایط کار در تمام دستگاهها کنترل نمود. در عمل محدود کردن تغلیظ ترجیحا در دامنه بین صفر و پایین تر از حد انفجار بکار می رود.

غیر فعال کردن (بی اثر سازی):

با ترکیب حجمی کمتر از 10% اکسیژن فضا دیگر مستعد انفجار نیست همچنین وقتی نسبت حجمی گازهای بی اثر به گازهای قابل اشتعال حداقل 25 باشد، یک فضای قابل انفجار دیگر نمی تواند دچار انفجار گردد.

 

 

تهویه:

تشکیل فضای قابل انفجار با تهویه نیز قابل پیشگیری است، بطوری که برای اطمینان از عدم تشکیل فضاهای قابل انفجار خطرناک درهیچ نقطه ای و هیچ زمانی، می توان از تهویه استفاده نمود اما تهویه ثابت پایدار دراتاق های کار فقط وقتی میتواند در حد ایمنی پیشگیری کند که امکان تخمین ماکزیمم مقدار گازها و بخارات متصاعد شده موجود باشد و موقعیت منابع و شرایط انتشار آنها به اندازه کافی مشخص باشد. درمورد غبارها، تهویه فقط وقتی به اندازه کافی توانایی حفاظت را دارد که ته نشین شدن بارهای اضافی خطرناک بطور قابل اطمینانی پیشگیری شده باشد.

تهویه عمدتا به دو شکل طبیعی و مصنوعی انجام می گیرد:

1- تهویه طبیعی

تجدید هواییکه تحت تأثیر اتمسفر در محیط رخ می دهد را تهویه طبیعی گوئیم.

2- تهویه مصنوعی

در این حالت مقدار هوای زیادی را به چرخش در می آوریم.

نمایش تغلیظ در مجاورت دستگاه:

در ارتباط با تله های دستی یا اتوماتیک دستگاههای حفاظتی با توابعی برای متوقف کردن کارخانه به قصد پیشگیری از یک فضای قابل انفجار، نمایشگری های گاز نیز میتواند مناسب باشد.

دیدگاههای طراحی

طرح ضدانفجاری:

وسایل باید طوری طراحی شوندکه ماکزیمم فشار explosion یا detonation را تحمل کنند. اگر denotation ها وجود نداشته باشد، کافی است دستگاهها مطابق با یادداشتهای AD منتشر شده بوسیله کمیته آلمانی برای مخازن تحت فشار برای فشاری حداقل هشت بار بزرگتر از فشار مطلق کاری طراحی شود.

رهاسازی فشار انفجار:

اگر نیازهای طراحی ضد انفجار برآورده نشود، باید یک سیستم رهاساز فشار موثر بکار گرفته شود. عبارت رهاسازی فشار انفجار در یک مفهوم وسیع هر چیزی را که به صورت گذرا یا پایدار، فورا یا بعد از رسیدن به فشار مشخصی دستگاه های بسته را باز کند تا انفجار در آنها درکی جهت بی ضرر رخ دهد، دربر می گیرد. فشار دستگاه ها را باز می کند باید دقت کنیم که فشار به طرز غیر مضر آزاد شود بطوریکه از خسارت مهم مثلا ناشی از فشار و شعله یا پرتاب تکه ها به همه اشخاص اجتناب شود. فشار باید حتی الامکان در یک مسیر مستقیم کوتاه در هوای آزاد رها گردد. تجهیزات رهاسازی فشار که بایستی بعد از کار اتوماتیک مجددا تایید شود، فقط وقتی ممکن است بکار رود که قابلیت سرویس دهی آنها بوسیله تست های انفجار چک شده باشد.

 

فرونشانی انفجار:

تحت شرایط قطعی با انفجارهای در مخازن مستقیما بعد از رخ دادن یک جرقه و ایجاد یک انفجار جزئی می توان شعله ها را به سرعت بوسیله بکار گیری سریع مواد خاموش کننده مناسب خاموش کرد، بطوری که باعث ماکزیمم فشار پایین ترین گردد. فرونشانی انفجار ترجیحا با بکار گیری کاشف های نوری که باعث ایجاد یک توده ضخیم مواد خاموش کننده در جلو اشعه و در نتیجه خفه کردن آن می شود، صورت می گیرد. تأثیر آنها بوسیله انتخاب مواد خاموش کننده و روش توزیع آن در نظر گرفته شود.

وسایل محافظت کننده در مقابل انتقال شعله :

برای جلوگیری از انتقال شعله از میان قسمت های درزگیری نشده یک دستگاه به هنگام مشتعل شدن یک فضای قابل انفجار میتوان از دستگاههای ضد شعله استفاده کرد. اگر برای مثال، در یک مخزن مایع های قابل اشتعال در مقابل فشار محافظت شده باشد، نمی توان از تشکیل یک فضای بالقوه قابل اشتعال جلوگیری کرد، لذا باید تمام روزنه ها درمقابل انتقال شعله درزگیری شود.

بین انواع ساختهای زیرتفاوت هائی وجود دارد:

1- اتصالات ضد شعله (Non deflagration)

اتصالاتی هستند که بطور گذرا در معرض شعله در یک حادثه انفجار جلوگیری کند بلکه باید به طور مداوم از انتقال جرقه داخلی به فضای قابل انفجار جلوگیری کند تا وقتی که مخلوط های خروجی در زمانی بسته به شرایط واقعی کار خاموش شوند.

2- اتصالات ضد جرقه (Non sparking)

احتراق مداوم: این دستگاهها نه تنها باید از انتقال شعله در یک حادثه انفجار جلوگیری کند بلکه باید به طور مداوم از انتقال جرقه داخلی به فضای قابل انفجار جلوگیری کند تا وقتی که مخلوطهای خروجی در زمانی بسته به شرایط واقعی کار خاموش شوند.

3- اتصالات ضد انفجار (Non detonation)

اتصالات باید تنش های انفجار را تحمل کنند و از انتقال شعله در یک حادثه انفجار جلوگیری کند.

فضای قابل انفجار:

در یک منطقه خط وجود دارد که فضای قابل انفجار وجود داشته باشد و یا بتواند ایجاد شود. فضای قابل انفجار مخلوط هایی از گازها، بخارات و هوا شامل اضافات معمولی (مانند رطوبت) تحت شرایط اتمسفری می باشد. شرایط اتمسفر یک، در اینجا، فشار کل 1.1-0.8 بار و دمای مخلوط از 60-20 تعریف میشود. یک فضای بالقوه قابل انفجار فضائی است که می تواند منفجر شود. یک مخلوط وقتی خطرناک درنظر گرفته می شود که انفجار آن بتواند دراثر عمل مستقیم یا غیر مستقیم به شخصی صدمه برساند. کمیت یک فضای قابل انفجار که میتواند خطرناک باشد بستگی به اندازه فضایی داردکه کمیت مربوطه چنین فضایی در آن شکل می یابد یا خود را منتشر می کند.

 

تقسیم منطقه خطر بر حسب احتمال وقوع خطر انفجار هم از لحاظ ایمنی و هم به خاطر مسائل اقتصادی از اهمیت خاصی برخوردار است بطوریکه ملزومات دستگاه هائی است که فقط به طور گذرا بوسیله انفجار محصورند. از این رو درآئین نامه مربوطه بتجهیزات برقی درفضای قابل انفجار 2 (Elexv) پاراگراف 4، ناحیه ها شرح داده شده است و منطقه های خطر به شرح زیر تقسیم شده است.

ناحیه های 2،1،0 برای مناطقی که به خاطر گازها، بخارات یا مه خطرناک شده اند. (zone0, zone1,zone2)

ناحیه های 11،10 برای مناطقی که به خاطر عبارت خطرناک شده اند. (zone10, zone11)

ناحیه های G,M برای اتاق هائی که جهت مقاصد پزشکی استفاده میشود.

مقدار MAK: مقدار MAK (ماکزیمم غلظت محل کار) اشاره به ماکزیمم غلظت مجاز یک ماده چون گاز، بخار یا مواد معلق در هوای محیط کار دارد که در ارتفاع تنفس اندازه گیری می شود بطوری که هر کسی وقتی برای هشت ساعت در روز کار می کند نه به سلامتی اش آسیبی برسد و نه دچار اذیت گردد.

در تمام موارد، نمایش توسط واحد اندازه گیری مانند لوله های Drager، وسایل نمایش نشت و وجود گاز و خطر انفجار، کروماتوگراف گازها و غیره انجام می گیرد. چنین وسایلی درصورت تست شدن میتوانند برای حفاظت اولیه ضد انفجار بکار روند.

جدول (1) مقدار MAK رابرای مواد قابل اشتعال مختلف داده است.

جدول 1- مقادیر غلظت نسبی بعضی گازها و بخارات

 

 

منابع ایجاد جرقه و مقادیر مشخصه آنها:

با وجود کاربرد مناسب حفاظت اولیه ضد انفجاری، مناطق، حتی اگر از لحاظ فضا محدود شده باشند، اغلب در حالتی قرار خواهند داشت که نمی توان مانع بوجود آمدن یک فضای قابل انفجار شد. در این مناطق برای بی اثرکردن منابع ایجاد جرقه باید احتیاط هائی را در نظر گرفت تا یک فضای قابل انفجار موجود نتواند مشتعل شود.

اشتعال شعله:

اشتعال بوسیله یک شعله یک اشتعال خارجی شناخته می شود. اگر فضای قابل انفجار بوسیله شعله مشتعل شود، شعله به سرعت در جهت شعاعی از نقطه اشتعال منتشر میشود. وقتی مقدار انرژی موجود خیلی کم باشد، شعله منتشر نخواهد شد بطوریکه به علت اتلاف حرارت ناشی از انتقال حرارت به فضای قابل انفجار، دمای شعله به زیر دمای احتراق افت می کند و شعله به همین خاطر خاموش می شود.

اشتعال بوسیله جرقه: درمورد جرقه یا ذرات گداخته منبع اشتعال فقط یک انرژی محدود دارد که نسبتا سریع دراطراف مثلا قابل انفجار آزاد می گردد. مورد با ضریب هدایت حرارتی بالاتر حرارت را سریعتر رها می سازد. این همچنین به دانسیته فضای انفجار و گرمای ویژه آن بستگی دارد. وقتی مقدار انرژی منبع اشتعال مشخص باشد، دما بعد از یک زمان خاص به شکل زیر حساب می شود.

(1)

که T دما، w مقدار انرژی منبع اشتعال، ⅄ ضریب هدایت حرارتی، t زمان، ρ دانسیته، و cp گرمای ویژه است. یک اشتعال ناشی از جرقه وقتی موثر است یا به عبارتی انفجاری را به وجود می آورد که شعله بتواند خود را در فضای قابل اشتعال اطراف جرقه منتشر کند. برای اینکه چنین امری ممکن باشد باید انرژی منتقل شده از جرقه در یک زمان مشخص بوسیله حرارت آزاد شده از واکنش جایگزین شود. اگرشعله بطور شعاعی به طرف بیرون حرکت کند انرژی که آزاد می شود برابر است با:

(2)

q حرارت آزاد شده بوسیله واکنش بر cm³، v سرعت احتراق، r شعاع انتشار شعله است. بنابراین انرژی آزاد شده در واحد زمان برابر است با:

(3)

از معادله 3 می توان فاصله زمانی را که در آن انرژی منتشرشده با انرژی بکار برده شده برابر میباشد، تخمین زد.

(4)

t₂ مدت زمانی است که توازن انرژی بدست می آید.

 

 

حداقل انرژی اشتعال:

برای تداوم سوختن شعله نباید دما درمخلوط سوخت خیلی پایین باشد. مقدار دمای مورد نیاز با جایگذاری دمای احتراق در معادله (1) بدست می آید:

پس با این شرایط برای دمای احتراق Te داریم:

(5)

اشتعال لازم W₀ معادلات (4) و (5) بعنوان شرایط بدست می آید:

(6)

معادله (6) شرایط لازم برای حداقل انرژی اشتعال مورد نیاز را بیان میکند. معادله نشان می دهد که حداقل انرژی اشتعال با مقادیر ویژه فضای قابل انفجار تغییر می کند. از انجائیکه فضای قابل انفجار از هوا و بخارات با غلظت قابل تغییر تشکیل شده است بایدیک غلظت مشخص برای مخلوط وجود داشته باشد که بتواند با حداقل انرژی اشتعال، مشتعل شود.

پارامترهای موثر بر قابلیت اشتعال:

خواص مخلوط، خواص نحوه اتصال و مشخصه های الکتریکی مانند جریان، ولتاژ و مقاومت از جمله پارامتر های مهمی است که بوسیله تست ها موثر برقابلیت اشتعال شناخته شده است.

خواص مخلوط:

محتویات گاز، نسبت اختلاط و شرایط محیط شامل فشار، دما و رطوبت

تمام تست ها در نتایج اولیه تایید میکند که دستیابی به بیشترین قابلیت انفجار مخلوطهای مختلف گاز و هوا یا به عبارتی حداقل انرژی اشتعال آنها بر مبنای طبقه بندی آنها درگروه انفجاری رخ میدهد.

درجدول (1) مقادیر حداقل انرژی اشتعال و غلظت چند مخلوط مهم از گاز یا بخار و هوا لیست شده است. از آنجائیکه کمترین انرژی اشتعال در حالت خازنی ایجاد می شود نه درحالت القایی، بنابراین برای حداقل انرژی اشتعال میتوان تعریف زیر را به کار برد.

حداقل انرژی یک مخلوط گاز یا بخار هوا کوچکترین انرژی الکتریکی است که از تخلیه یک خازن قادر به مشتعل نمودن قابل اشتعال ترین مخلوط از آن گاز یا بخار و هوا درفشار 1bar و دمای 25⁰c بدست می آید. اشتعال پذیری مخلوط های مختلف گاز یا بخار هوا تا حد ماکزیمم دراثر افزایش فشار اضافه می شود و سپس دوباره کاهش می یابد.

محدوده اشتعال مخلوطهای گاز یا بخار یا هوا با افزایش دما بسط می یابد یا به عبارتی پایین ترین حد اشتعال افت میکند و بالاترین حد اشتعال بیشتر از بالاترین حد اشتعال مخلوط در دمای اتاق میشود. این اثر دما نسبت به فشار اولیه قابل ملاحظه تر و نیز ملموس تراست.

 

خواص نحوه اتصال:

مواد اتصال و سرعت جدا شدن

مواد اتصال اثر قابل ملاحظه ترین روی انرژی اشتعال نسبت به شکل اتصال دارد.

با زیاد شدن سرعت جدا شدن الکترودها حداقل جریان اشتعال کاهش می آید. تغییر سرعت جدا شدن از 1cm/s به 210cm/s باعث 30% کاهش در جریان اشتعال میشود.

 

 

استانداردها:

دستورالعمل های اروپاپی

عنوان دستورالعمل

راهنمای محیطهای انفجاری ATEX 94/9/EC

 

 

 

گواهینامه ها

نواحی مختلف و موتورها

جدول زیر خلاصه مشخصات موتورهایی است که می توانند در فضاهای خاص نصب شوند. مطابق با راهنمای ATEX، موتورها با فضاهای انفجاری که مخلوطی از هوا و گاز و یا غبار هستند سازگار شده اند که به ترتیب با علامت G و یا D نشان داده می شوند. در حالتی که غبارها رسانا هستند استفاده از هیچ موتوری از گروه 3D مجاز نمی باشد. دراین قبیل شرایط موتورهای 2D هم باید در زون 22 نصب شوند. الزامات حفاظتی برای زون 0 و یا زون 20 با موتورهای سه فاز آسنکرون همساز نیستند.

نامگذاری

جدول اطلاعات الکتریکی این کاتالوگ مطابق با جدول نشان داده شده در زیر است. موتورهای طبقه مربوط به اختلاط 2G/2D کلا به نام طبقه 2G مشخص شده اند.

محدودیت شرایط

مقادیر نشان داده شده مربوط به نصب درمحدوده دمایی 40⁰C و ارتفاع 1000A.S.L(از سطح دریا) می باشد.

 

مواد مصرفی

اجزای مکانیکی مورد استفاده در موتورهای سری D5 با مواد نشان داده شده در زیر ساخته شده اند.

بلبرینگها

جدول زیر انواع بلبرینگها را توضیح می دهد. برای نیروهای بزرگتر مطابق درخواست تنظیم می شود.

جعبه ترمینال و ورودی کابلها

موتورهای سایز 71 تا 132 یک جعبه ترمینال اصلی در سمت راست دارند (وقتی از سمت شفت نگاه میکنیم در B3)

و به صورت نرمال با 6 ترمینال مجهز شده اند. جعبه ترمینال می تواند یک گردش 90 درجه ای داشته باشد.

 

حفاظت سطحی

سطوح بیرونی: رنگ آمیزی استاندارد شامل اپوکسی وینیل/رنگ پلی آمیدیک با ضخامتی که کمتر از 50 میکرومتر نیست می گردد. مطابق سفارش پروسه رنگ آمیزی مخصوص نیز که شامل رنگ اضافه پلی اکریلیک می گردد قابل اجرا می باشد. مجموعه ضخامت کمتر از 200 میکرومتر نمی گردد. رنگها شامل RAL5010 است و RAL های دیگر یا MUNSEL نیز مطابق سفارش موجود است.

سطوح داخلی: موتورها معمولا با حالت ضدگرما در سطوح داخل تهیه میشود.

سوراخهای رطوبت گیر: مطابق سفارش از سایز 160 سوراخهای رطوبت گیر قابل اجرا می باشد.

حفاظت ترمینال

موتورها بصورت نرمال از سایز 160 به بالا با PTC تولید می شوند. مطابق درخواست ابزار بی متال، PTC و PT100 مطابق با جدول زیر قابل اجراست.