CN114576184A - 一种爆炸零区防爆离心风机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种爆炸零区防爆离心风机，包括风机外壳和设置于风机外壳内的风机叶轮，防爆电机通过联轴器和传动轴连接所述风机叶轮，所述风机外壳上设置进风导向管和出风导向管，所述进风导向管内设置阻火盘，所述进风导向管连接进风波纹管，所述出风导向管连接阻火器和出风波纹管，所述传动轴与风机外壳连接处设置氮气轴封装置，所述氮气轴封装置套设于传动轴上。本发明所公开的防爆离心风机结构紧凑，既能在发生爆炸时，耐受爆炸冲击波的冲击，同时能确保风机内输送的气体零泄露至大气中，保障风机周边设备及人员的安全。
Description
技术领域
本发明涉及爆炸零区防爆装置技术领域，特别涉及一种爆炸零区防爆离心风机。
背景技术
爆炸性危险区域主要以爆炸物质在这一危险区域内出现的频繁程度和持续时间来划分。除煤矿外，我国的防爆危险区域分成爆炸性气体区域和可燃性粉尘区域，爆炸0区指连续出现或长期出现爆炸性气体或粉尘的环境，如：储罐液面以上空间、罐区内气体管道和码头船岸对接管道等场合。爆炸1区指在正常运行时可能出现爆炸性气体或粉尘混合物的环境，爆炸2区指在正常运行时不可能出现爆炸性气体或粉尘混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体或粉尘混合物的环境。符合0区防爆要求的设备可以用到1区或2区场所，1区设备可以用到2区场所，反之则不行。
风机被广泛地应用于石油、化工、制药、冶金、城市燃气站等含有爆炸性混合物的场所，因此，风机除了需要具备产品本身所要求达到的基本性能之外，还需要有防爆措施保护。若不具备防爆品质，产生的电气火花、机械零部件摩擦和撞击产生的升温，以及机械火花是可能引爆周围环境的点燃源，一旦发生爆炸事故将带来灾难性后果。非电气类设备和部件点燃源引起的爆炸事故数量增多，主要原因包括：液压破碎锤撞击形成机械火花；抛光装置的除尘管路相连通到总除尘装置。
目前国内风机获得的防爆证书主要针对电气部件如电机等取得电气类防爆证书，对于非电气类防护措施考虑近乎没有，然而，国外进口的零区防爆离心风机全部零部件采用进口，因此价格高昂。目前，国内应用在零区场合的风机存在重大安全隐患和环保风险，因此亟需研制一种爆炸零区防爆离心风机，既解决安全隐患，又满足安全环保的要求，保障人身和财产安全。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种爆炸零区防爆离心风机，以达到结构紧凑，避免爆炸火灾的扩大，保障设备、以及风机周边设备和人员安全的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种爆炸零区防爆离心风机，包括风机外壳和设置于风机外壳内的风机叶轮，防爆电机通过联轴器和传动轴连接所述风机叶轮，所述风机外壳上设置进风导向管和出风导向管，所述进风导向管内设置阻火盘，所述进风导向管连接进风波纹管，所述出风导向管连接阻火器和出风波纹管，所述传动轴与风机外壳连接处设置氮气轴封装置，所述氮气轴封装置套设于传动轴上。
上述方案中，所述风机外壳内部周侧内圈设置铜衬里。
进一步的技术方案中，所述铜衬里厚度为4mm。
上述方案中，所述传动轴上设置轴承箱，所述轴承箱与传动轴通过轴套连接。
进一步的技术方案中，所述轴承箱内安装振动传感器。
上述方案中，所述风机叶轮与传动轴通过自锁螺母连接。
上述方案中，所述出风导向管处安装压力传感器。
上述方案中，所述氮气轴封装置包括轴封套，所述轴封套内壁间隔镶嵌有四级密封环，各密封环底部内圈分别镶嵌安装有石墨衬里环，石墨衬里环内部套设有可供风机传动轴穿过的传动轴套，所述传动轴套与轴封套之间存在空腔；第一级密封环左侧胶接第一级PTFE缓冲片，第一级PTFE缓冲片左侧面与轴封套左端面对齐；第二级密封环左侧胶接第二级PTFE缓冲片，第三级密封环和第四级密封环之间的轴封套上安装有通入空腔的氮气管；所述轴封套左端面设置螺栓孔和O型密封圈，所述氮气轴封装置通过螺栓孔与风机外壳连接。
进一步的技术方案中，所述密封环的材质为PPS材料。
进一步的技术方案中，所述氮气管上通过螺纹连接有氮气接头，所述氮气接头连接0.2Mpa的氮气管线。
通过上述技术方案，本发明提供的爆炸零区防爆离心风机具有如下有益效果：
1、利用本发明中阻火盘和阻火器，当风机一侧管道发生异常爆炸工况时，既能防止火焰继续通过风机传播至风机另一侧的管道；同时也能避免风机外壳内火焰传播到风机的进风及出风管道中，避免爆炸火灾的扩大，保障设备安全。
2、利用本发明中的氮气轴封装置，既能在风机外壳内发生爆炸时，耐受爆炸冲击波的冲击，同时能确保风机内输送的气体零泄露至大气中，保障风机周边设备及人员的安全。
3、本发明采用整体电气、非电气防爆设计，规避爆炸零区风机可能出现的点燃源风险，解决爆炸零区风机存在的重大安全隐患和环保风险。
4、本发明的进风导向管内设置阻火盘，使得整体结构比较紧凑，节约空间。
5、本发明在传动轴上设置轴承箱，可以对传动轴起支撑和润滑作用；在轴承箱内安装振动传感器，可以保证当振动值超过设定值时，风机即可停止运行，避免了风机叶轮偏心造成与风机外壳摩擦产生火花，保障风机安全。
6、风机叶轮与传动轴通过自锁螺母连接，可以保证在风机叶轮高速旋转时也不会发生偏移，同时避免了传动轴与风机叶轮的轮心接头的松动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种爆炸零区防爆离心风机的侧视图；
图2为本发明实施例所公开的一种爆炸零区防爆离心风机后视图；
图3为本发明实施例所公开的氮气轴封装置剖视图；
图4为本发明实施例所公开的爆炸零区防爆离心风机爆炸测试装置示意图。
图中，1、轴封套；2、密封环；3、石墨衬里环；4、传动轴套；5、第一级PTFE缓冲片；6、第二级PTFE缓冲片；7、氮气管；8、氮气接头；9、螺栓孔；10、O型密封圈；11、风机外壳；12、风机叶轮；13、防爆电机；14、联轴器；15、传动轴；16、进风导向管；17、出风导向管；18、阻火盘；19、进风波纹管；20、阻火器；21、出风波纹管；22、氮气轴封装置；23、压力传感器；24、振动传感器；25、轴承箱；26、铜衬里；27、红外火焰传感器；28、火花塞；29、气体入口阀门；30、气体出口阀门；31、节流阀；32、气体循环管道；33、火焰传感器；34、温度传感器；35、自锁螺母。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种爆炸零区防爆离心风机，如图1所示的结构，包括风机外壳11和设置于风机外壳11内的风机叶轮12，防爆电机13通过联轴器14和传动轴15连接风机叶轮12，风机外壳11上设置进风导向管16和出风导向管17，进风导向管16内设置耐烧型的阻火盘18，进风导向管16连接进风波纹管19，出风导向管17连接耐烧型的阻火器20和出风波纹管21。
进口管道与风机的进风波纹管19通过法兰进行连接，进风波纹管19采用不锈钢材质，设计压力0.85Mpa，风机进口管道发生爆炸时，爆炸压力超过0.85Mpa可从进风波纹管19处泄压，避免风机内部和风机出口管道发生爆炸，保障设备的安全。
进风导向管16采用不锈钢材质，设计压力1.6Mpa。进风导向管16与进风波纹管19通过法兰连接，进风导向管16内部安装3枚耐烧型的阻火盘18，耐烧型的阻火盘18采用不锈钢波纹板结构形式，波纹板之间的细小间隙采用隔热涂料喷涂，以达到阻火盘18能够耐火烧2小时以上，入口耐烧型的阻火盘18压降低于80Pa。进风导向管16与风机外壳11采用螺栓连接。
风机叶轮12整体采用不锈钢材质，传动轴15采用不锈钢材质，传动轴15左侧轴端与风机叶轮12轮心右侧采用自锁螺母35连接，自锁螺母35确保风机叶轮12在高速旋转时也不会发生偏移，同时避免传动轴15与风机叶轮12轮心接头的松动。
风机外壳11整体采用不锈钢材质，风机外壳11设计压力为1.5Mpa，风机外壳11内部周侧内圈堆焊铜衬里26，铜衬里26厚度为4mm，此种设置的好处是即使风机叶轮12发生偏心故障与风机外壳11的铜衬里26摩擦不会产生火花，避免火花点燃源的产生。
出风导向管17采用不锈钢材质，设计压力1.6Mpa。出风导向管17与风机外壳11的出口通过焊接连接，出风导向管17上端部分安装压力传感器23，压力传感器23具备电气类防爆认证，压力传感器23能够实时测量风机出口压力情况，压力传感器23压力值超过0.3Mpa时，对风机发生爆炸事故进行报警，避免更严重的事故发生。
出口处耐烧型的阻火器20与出风导向管17通过法兰连接，阻火器20内部安装3块波纹阻火盘，波纹阻火盘采用不锈钢材质，波纹板之间的细小间隙采用隔热涂料喷涂，以达到波纹阻火盘能够耐火烧2小时以上，出口耐烧型的阻火器20压降低于80Pa。
出风波纹管21与阻火器20通过法兰连接，出风波纹管21采用不锈钢材质，设计压力0.85Mpa。风机出口管道与出风波纹管21通过法兰进行连接，风机出口管道发生爆炸时，爆炸压力超过0.85Mpa可从出风波纹管21处泄压，避免风机内部和风机入口管道发生爆炸，保障设备的安全。
轴承箱25与传动轴15采用轴套连接，轴承箱25对传动轴15起支撑和润滑轴承的作用，轴承箱承受传动轴15在旋转时产生的轴向和径向力，确保风机运转平稳可靠。轴承箱25箱体中安装振动传感器24，当振动传感器24测量振动值超过8mm/s时，风机即刻停止运行，避免风机叶轮12偏心造成风机叶轮12与风机外壳11摩擦产生火花，保障风机安全。
防爆电机13机头与传动轴15采用联轴器14连接，联轴器14可有效耐受传动轴15的冲击，联轴器14能够减缓传动轴15的振动对防爆电机13的影响，避免防爆电机13的损坏。防爆电机13为变频电机，能够在0-60Hz范围内无级变频，防爆电机13能够满足风机不同转速的要求。
风机外壳11与传动轴15轴端密封采用氮气轴封装置22，如图3所示，氮气轴封装置包括轴封套1，轴封套1内壁间隔镶嵌有四级密封环2，密封环2的材质为PPS材料。各密封环2底部内圈分别镶嵌安装有石墨衬里环3，石墨衬里环3内部套设有可供风机的传动轴穿过的传动轴套4，石墨衬里环3具有优良的自润滑性，石墨衬里环3与传动轴套发生摩擦时，避免摩擦火花与热表面的产生。传动轴套4与轴封套1之间存在空腔；第一级密封环左侧胶接第一级PTFE缓冲片5，第一级PTFE缓冲片5左侧面与轴封套1左端面对齐；第一级PTFE缓冲片5能够抵消80％的风机外壳内发生爆炸时的爆炸冲击力。第二级密封环左侧胶接第二级PTFE缓冲片6，第二级PTFE缓冲片6能够抵消剩余的20％风机外壳内发生爆炸时的爆炸冲击力。第三级密封环和第四级密封环之间的轴封套1上安装有通入空腔的氮气管7；氮气管7上通过螺纹连接有氮气接头8，氮气接头8连接0.2Mpa的氮气管线。0.2Mpa氮气确保在风机正常运转时，风机外壳内气体无法泄露至风机外部。氮气轴封装置中的第三级密封环对0.2Mpa氮气进行密封，极大地减少0.2Mpa氮气进入风机外壳内部，减少氮气损耗。氮气轴封装置中的第四级密封环对0.2Mpa氮气进行密封，极大地减少0.2Mpa氮气进入大气，减少氮气损耗。轴封套1左端面设置螺栓孔9和O型密封圈10，氮气轴封装置通过螺栓孔9与风机外壳连接。
采用如图4所示的爆炸零区防爆离心风机爆炸测试装置进行防爆试验，在防爆离心风机进风口和出风口的气体循环管道32上设置火焰传感器33，在防爆离心风机进风口的气体循环管道32上设置温度传感器34。在防爆离心风机外侧设置红外火焰传感器27，防爆离心风机内部设置火花塞28，气体入口阀门29和气体出口阀门30之间的气体循环管道32上设置节流阀31。气体由气体入口阀门29进入气体循环管道32，经过进风波纹管19、阻火盘18、经进风导向管16进入防爆离心风机，风机叶轮12高速旋转将气体加速使气体动能转化为气体的压力，升压后的气体通过出风导向管17进入阻火器20、出风波纹管21后，由气体出口阀门30排出。具体试验如下：
试验例1：
在苯物料装船的过程中，要求对船内苯气体进行回收处理，船岸对接装置为苯船与苯回收装置之间连接的桥梁，因此船岸对接装置需安装零区防爆离心风机，既要保障苯气零泄露至码头，同时满足苯气输送气量800m3/h,升压8Kpa以上的要求。
风机叶轮12直径设置为750mm，防爆电机13工作功率设置为23KW，防爆电机13转速设置为3000rpm，进风波纹管19、进风导向管16、出风导向管17、阻火器20和出风波纹管21直径尺寸皆设置为DN150，进风导向管16中阻火盘18和阻火器20在800m3/h气量下的压降为50Pa。
来自装船的苯气从入口管道进入防爆离心风机的进风波纹管19，苯气经过进风波纹管19进入进风导向管16，苯气体经过进风导向管16中的阻火盘18进入风机外壳11，风机叶轮12高速旋转将苯气加速使气体动能转化为气体的压力，风机叶轮12将苯气压力提升8.5Kpa，升压8.5KPa后的苯气通过出风导向管17进入阻火器20，升压8.5KPa后的苯气经过阻火器20进入出风波纹管21，升压8.5KPa后的苯气经过出风波纹管21流向出口管道，最终升压8.5KPa后的苯气输送至苯回收装置。防爆离心风机整个输送苯气过程，氮气轴封装置22中0.2Mpa氮气确保在防爆离心风机正常运转时风机外壳11内苯气零泄露至防爆离心风机外部。
按图3防爆离心风机爆炸测试装置将苯气与空气混合气注入气体循环管道32，将输送苯气的防爆离心风机安装在防爆离心风机爆炸测试装置上，防爆离心风机转速3000rpm，通过火花塞28在风机外壳11内点火，点火瞬间压力传感器23压力升至0.61Mpa，气体循环管道32中的温度传感器34在爆炸瞬间未有检测到温度上升，气体循环管道32中的火焰传感器33在爆炸瞬间未有检测到火焰，氮气轴封装置22位置红外火焰传感器27未有检测到火焰，说明防爆离心风机的内部爆炸火焰没有传递至防爆离心风机本体以外的地方，输送苯气的防爆离心风机爆炸测试合格，证明输送苯气的防爆离心风机能够保障船岸对接装置、苯船及苯气回收装置的安全。
试验例2：
在硫化氢物料装船的过程中，要求对船内硫化氢气体进行回收处理，船岸对接装置为硫化氢船与硫化氢回收装置之间连接的桥梁，因此船岸对接装置需安装零区防爆离心风机，既要保障硫化氢气体零泄露至码头，同时满足硫化氢气送气量1000m3/h,升压9Kpa以上的要求。
风机叶轮12直径设置为800mm，防爆电机13工作功率设置为25KW，防爆电机13转速设置为3000rpm，进风波纹管19、进风导向管16、出风导向管17、阻火器20和出风波纹管21直径尺寸皆设置为DN150，进风导向管16中阻火盘18和阻火器20在1000m3/h气量下的压降为60Pa。
来自装船的硫化氢气体从入口管道进入防爆离心风机的进风波纹管19，硫化氢气体经过进风波纹管19进入进风导向管16，硫化氢气体经过进风导向管16中的阻火盘18进入风机外壳11，风机叶轮12高速旋转将硫化氢气体加速使气体动能转化为气体的压力，风机叶轮12将硫化氢气体压力提升9.6Kpa，升压9.6KPa后的硫化氢气体通过出风导向管17进入阻火器20，升压9.6KPa后的硫化氢气体经过阻火器20进入出风波纹管21，升压9.6KPa后的硫化氢气体经过出风波纹管21流向出口管道，最终升压9.6KPa后的硫化氢气体输送至硫化氢气体回收装置。防爆离心风机整个输送硫化氢气体过程，氮气轴封装置22中0.2Mpa氮气确保在风机正常运转时风机外壳11内硫化氢气体零泄露至防爆离心风机外部。
按图3防爆离心风机爆炸测试装置将硫化氢气体与空气混合气注入气体循环管道32，将输送硫化氢气体的防爆离心风机安装在防爆离心风机爆炸测试装置上，防爆离心风机转速3000rpm，通过火花塞28在风机外壳11内点火，点火瞬间压力传感器23压力升至0.56Mpa，气体循环管道32中的温度传感器34在爆炸瞬间未有检测到温度上升，气体循环管道32中的火焰传感器33在爆炸瞬间未有检测到火焰，氮器轴封装置22位置红外火焰传感器27未有检测到火焰，说明防爆离心风机的内部爆炸火焰没有传递至防爆离心风机本体以外的地方，输送硫化氢气体的防爆离心风机爆炸测试合格，证明输送硫化氢气体的防爆离心风机能够保障船岸对接装置、硫化氢船及硫化氢气体回收装置的安全。
试验例3：
在乙烯物料装船的过程中，要求对船内乙烯气体进行回收处理，船岸对接装置为乙烯船与乙烯气体回收装置之间连接的桥梁，因此船岸对接装置需安装零区防爆离心风机，既要保障乙烯气体零泄露至码头，同时满足乙烯气送气量1500m3/h,升压11Kpa以上的要求。
风机叶轮12直径设置为850mm，防爆电机13工作功率设置为35KW，防爆电机13转速设置为3000rpm，进风波纹管19、进风导向管16、出风导向管17、阻火器20和出风波纹管21直径尺寸皆设置为DN150，进风导向管16中阻火盘18和阻火器20在1500m3/h气量下的压降为80Pa。
来自装船的乙烯气体从入口管道进入防爆离心风机的进风波纹管19，乙烯气体经过进风波纹管19进入进风导向管16，乙烯气体经过进风导向管16中的阻火盘18进入风机外壳11，风机叶轮12高速旋转将乙烯气体加速使气体动能转化为气体的压力，风机叶轮12将乙烯气体压力提升11.7Kpa，升压11.7Kpa后的乙烯气体通过出风导向管17进入阻火器20，升压11.7Kpa后的乙烯气体经过阻火器20进入出风波纹管21，升压11.7Kpa后的乙烯气体经过出风波纹管21流向出口管道，最终升压11.7Kpa后的乙烯气体输送至乙烯气体回收装置。防爆离心风机整个输送乙烯气体过程，氮气轴封装置22中0.2Mpa氮气确保在防爆离心风机正常运转时风机外壳11内乙烯气体零泄露至防爆离心风机外部。
按图3防爆离心风机爆炸测试装置将乙烯气体与空气混合气注入气体循环管道32，将输送乙烯气体的防爆离心风机安装在防爆离心风机爆炸测试装置上，防爆离心风机转速3000rpm，通过火花塞28在风机外壳11内点火，点火瞬间压力传感器23压力升至0.75Mpa，气体循环管道32中的温度传感器34在爆炸瞬间未有检测到温度上升，气体循环管道32中的火焰传感器33在爆炸瞬间未有检测到火焰，氮器轴封装置22位置红外火焰传感器27未有检测到火焰，说明防爆离心风机的内部爆炸火焰没有传递至防爆离心风机本体以外的地方，输送乙烯气体的防爆离心风机爆炸测试合格，证明输送乙烯气体的防爆离心风机能够保障船岸对接装置、乙烯船及乙烯气体回收装置的安全。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，包括风机外壳和设置于风机外壳内的风机叶轮，防爆电机通过联轴器和传动轴连接所述风机叶轮，所述风机外壳上设置进风导向管和出风导向管，所述进风导向管内设置阻火盘，所述进风导向管连接进风波纹管，所述出风导向管连接阻火器和出风波纹管，所述传动轴与风机外壳连接处设置氮气轴封装置，所述氮气轴封装置套设于传动轴上。
2.根据权利要求1所述的一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，所述风机外壳内部周侧内圈设置铜衬里。
3.根据权利要求2所述的一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，所述铜衬里厚度为4mm。
4.根据权利要求1所述的一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，所述传动轴上设置轴承箱，所述轴承箱与传动轴通过轴套连接。
5.根据权利要求4所述的一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，所述轴承箱内安装振动传感器。
6.根据权利要求1所述的一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，所述风机叶轮与传动轴通过自锁螺母连接。
7.根据权利要求1所述的一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，所述出风导向管处安装压力传感器。
8.根据权利要求1所述的一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，所述氮气轴封装置包括轴封套，所述轴封套内壁间隔镶嵌有四级密封环，各密封环底部内圈分别镶嵌安装有石墨衬里环，石墨衬里环内部套设有可供风机传动轴穿过的传动轴套，所述传动轴套与轴封套之间存在空腔；第一级密封环左侧胶接第一级PTFE缓冲片，第一级PTFE缓冲片左侧面与轴封套左端面对齐；第二级密封环左侧胶接第二级PTFE缓冲片，第三级密封环和第四级密封环之间的轴封套上安装有通入空腔的氮气管；所述轴封套左端面设置螺栓孔和O型密封圈，所述氮气轴封装置通过螺栓孔与风机外壳连接。
9.根据权利要求8所述的一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，所述密封环的材质为PPS材料。
10.根据权利要求8所述的一种爆炸零区防爆离心风机，其特征在于，所述氮气管上通过螺纹连接有氮气接头，所述氮气接头连接0.2Mpa的氮气管线。
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