CN110860690A - 一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统及其选型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属增材制造领域，并公开了一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统，包括防爆式限位开关、安全隔离栅、接近开关、防爆式鼓风机、防爆式伺服电机、防爆式压力变送器、防爆式温度变送器、防爆式热电阻温度变送器。进一步地，提出了一种金属增材制造设备电气防爆系统设备选型方法。本发明能够防止可燃性金属粉末在密闭的成型腔体中发生爆炸，保障设备和操作人员安全。

Description

一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统及其选型方法
技术领域
本发明属于金属增材制造领域，更具体地，涉及一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统其选型方法。
背景技术
金属增材制造技术是近几年发展起来的一种先进制造工艺，利用离散-堆积原理，首先将零件CAD模型离散，然后通过逐层叠加金属粉末并利用高能激光束熔化来成型金属制件。该技术融合了CAD/CAM技术、激光和材料科学、逆向工程技术、分层制造技术等，突破了传统加工方式的刀具、夹具限制，极大改变了现代社会的制造方式。
金属增材制造中所使用的金属粉末粒度非常细，当粉末悬浮于成型腔体的密闭空间中并达到一定浓度时，遇到足够的点燃能量，就会发生爆炸，造成设备损坏或者人员伤亡等严重后果。基于火灾爆炸原理，电气点燃源是引发火灾爆炸的重要因素，因此为了保证金属增材制造设备的安全，必须采取相应的电气防爆技术。
电气防爆技术是针对爆炸三要素中的点燃源，采用隔离电气点燃源、防止产生电气点燃源或者限制电气点燃源能量的方法来实现防爆。常见的电气点燃源有危险温度、电火花和电弧、电气装置及电气线路点燃源等。
根据GB12476.3-2007《可燃性粉尘环境用电气设备第3部分：存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类》等相关国家标准，金属增材制造设备成型腔体属于爆炸性粉尘危险区域中的20区，即气氛中可燃性粉尘云持续地或长期地或频繁地出现于爆炸性环境中的区域，因此针对金属增材制造设备设计一种电气防爆系统是十分必要的。
发明内容
针对金属增材制造成型腔体的粉尘爆炸性环境，本发明提出一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统，采取隔离、消除或者限制电气点燃源的方法避免金属增材制造设备发生爆炸，保障设备和操作人员的安全。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统，包括防爆式限位开关、安全隔离栅、接近开关、防爆式鼓风机、防爆式伺服电机、防爆式压力变送器、防爆式温度变送器、防爆式热电阻温度变送器，其中，
所述防爆式限位开关分别位于刮刀正负极限位置和成型缸正负极限位置；
所述接近开关分别位于刮刀和成型缸零点位置，；
所述防爆式鼓风机位于气体循环回路中，用来吹走打印过程中产生的飞溅和烟尘；
所述防爆伺服电机位于设备成型腔体下部，用来驱动成型缸运动；
所述防爆式压力变送器位于设备成型腔体下部，用来测量成型腔体气体压力；
所述防爆式温度变送器位于设备成型腔体顶部，用来测量成型腔上腔体的温度；
所述安全隔离栅位于设备控制柜中，分为输入端和输出端，输入端接防爆式限位开关和接近开关，输出端接PLC数字量输入模块，用来限制输送给限位开关和接近开关的能量；
所述防爆式热电阻温度变送器位于设备控制柜中，分为输入端和输出端，输入端接加热基板铂热电阻，输出端接PLC模拟量输入模块，用来将热电阻信号转换为模拟量信号，并限制热电阻的能量输入。
本发明的另一个方面，还提供了基于上述金属增材制造设备防爆电气设备的选型方法，包括以下步骤：
(a)确定爆炸危险区域，根据爆炸性粉尘环境危险区域范围来确定；
(b)确定爆炸危险物质类级别，确定可燃性粉尘的分级；
(c)确定设备保护级别，根据爆炸危险区域和爆炸危险物质类级别确定设备保护级别；
(d)确定爆炸危险物质温度组别，根据可燃性粉尘最低点燃温度确定其温度组别；
(e)根据爆炸危险物质温度组别确定设备温度组别或者设备最高表面温度；
(f)根据设备保护级别和设备温度组别最终确定防爆电气设备的型号。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)在金属增材制造设备中选用防爆电气设备，能够有效隔离、消除或者限制电气点燃源，防止金属粉末达到一定浓度时在成型腔体密闭的空间中发生爆炸，保护设备和操作人员的安全。
(2)通过本发明所提供的金属增材制造设备防爆电气设备选型方法，能够对设备的可燃性粉尘爆炸环境有比较清晰的认识，最终能够准确选择出适用于金属增材制造设备的防爆电气元件型号。
附图说明
图1是本发明的一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统，包括防爆式限位开关、安全隔离栅、接近开关、防爆式鼓风机3、防爆式伺服电机4、防爆式压力变送器2、防爆式温度变送器1、防爆式热电阻温度变送器，其中，
所述防爆式限位开关分别位于刮刀5正负极限位置和成型缸6正负极限位置，防爆式限位开关采用外壳保护型电气元件，限制外壳最高表面温度和外界粉尘进入，外壳防护等级为IP67；
所述接近开关分别位于刮刀5和成型缸6零点位置，采用外壳保护型电气元件，限制外壳最高表面温度和外界粉尘进入，外壳防护等级为IP67；
所述防爆式鼓风机3位于气体循环回路中，用来吹走打印过程中产生的飞溅和烟尘；
所述防爆伺服电机4位于设备成型腔体下部，用来驱动成型缸运动；
所述防爆式压力变送器2位于设备成型腔体下部，用来测量成型腔体气体压力；
所述防爆式温度变送器1位于设备成型腔体顶部，用来测量成型腔上腔体的温度；
所述安全隔离栅位于设备控制柜中，分为输入端和输出端，输入端接防爆式限位开关和接近开关，输出端接PLC数字量输入模块，用来限制输送给限位开关和接近开关的能量；
所述防爆式热电阻温度变送器位于设备控制柜中，分为输入端和输出端，输入端接加热基板铂热电阻，输出端接PLC模拟量输入模块，用来将热电阻信号转换为模拟量信号，并限制热电阻的能量输入。
所述金属增材制造设备防爆电气设备的选型方法，包括以下步骤：
(a)确定爆炸危险区域，根据GB50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》中规定的爆炸性粉尘环境危险区域范围来确定；
(b)确定爆炸危险物质类级别，根据GB50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》和GB3836.1-2010《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》确定可燃性粉尘的分级；
(c)确定设备保护级别，根据爆炸危险区域和爆炸危险物质类级别确定设备保护级别；
(d)确定爆炸危险物质温度组别，根据可燃性粉尘最低点燃温度确定其温度组别；
(e)根据爆炸危险物质温度组别确定设备温度组别或者设备最高表面温度；
(f)根据设备保护级别和设备温度组别最终确定防爆电气设备的型号。
综上所述，本发明与现有技术相比，能够隔离、消除或者限制电气点燃源，防止可燃性金属粉末在密闭的成型腔体中发生爆炸，保障设备和操作人员安全。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统，其特征在于，包括防爆式限位开关、安全隔离栅、接近开关、防爆式鼓风机、防爆式伺服电机、防爆式压力变送器、防爆式温度变送器、防爆式热电阻温度变送器，其中，
所述防爆式限位开关分别位于刮刀正负极限位置和成型缸正负极限位置；
所述接近开关分别位于刮刀和成型缸零点位置；
所述防爆式鼓风机位于气体循环回路中，用来吹走打印过程中产生的飞溅和烟尘；
所述防爆伺服电机位于设备成型腔体下部，用来驱动成型缸运动；
所述防爆式压力变送器位于设备成型腔体下部，用来测量成型腔体气体压力；
所述防爆式温度变送器位于设备成型腔体顶部，用来测量成型腔上腔体的温度；
所述安全隔离栅位于设备控制柜中，分为输入端和输出端，输入端接防爆式限位开关和接近开关，输出端接PLC数字量输入模块，用来限制输送给限位开关和接近开关的能量；
所述防爆式热电阻温度变送器位于设备控制柜中，分为输入端和输出端，输入端接加热基板铂热电阻，输出端接PLC模拟量输入模块，用来将热电阻信号转换为模拟量信号，并限制热电阻的能量输入。
2.根据权利要求1所述的一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统，其特征在于，防爆式限位开关采用外壳保护型电气元件，限制外壳最高表面温度和外界粉尘进入，外壳防护等级为IP67。
3.根据权利要求1所述的一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统，其特征在于，所述接近开关采用外壳保护型电气元件，限制外壳最高表面温度和外界粉尘进入，外壳防护等级为IP67。
4.基于权利要求1所述的一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统的选型方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)确定爆炸危险区域，根据爆炸性粉尘环境危险区域范围来确定；
(b)确定爆炸危险物质类级别，确定可燃性粉尘的分级；
(c)确定设备保护级别，根据爆炸危险区域和爆炸危险物质类级别确定设备保护级别；
(d)确定爆炸危险物质温度组别，根据可燃性粉尘最低点燃温度确定其温度组别；
(e)根据爆炸危险物质温度组别确定设备温度组别或者设备最高表面温度；
(f)根据设备保护级别和设备温度组别最终确定防爆电气设备的型号。
5.根据权利要求4所述的一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统的选型方法，其特征在于，所述步骤(a)中根据GB50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》中规定的爆炸性粉尘环境危险区域范围来确定。
6.根据权利要求4所述的一种用于金属增材制造设备的电气防爆系统的选型方法，其特征在于，所述步骤(b)根据GB50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》和GB3836.1-2010《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》确定可燃性粉尘的分级。
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