礦用隔爆型軟起動器的設計與外殼優(yōu)化.pdf

1、隔爆外殼一直廣泛應用于煤礦及各種工業(yè)場所，通常在其內部安裝一些交流或直流的控制設備，如變頻器、軟起動器等。通過將這些電氣設備安裝在隔爆外殼內，可以有效防止殼體內的電路系統(tǒng)由于故障所產生的電火化在點燃殼體內的瓦斯氣體后通過法蘭傳導至殼體外部從而點燃殼體外的瓦斯氣體，引發(fā)更嚴重的瓦斯爆炸，因此殼體的質量對于礦井的安全十分重要。而目前在制造殼體時，對于隔爆外殼的壁厚確定沒有十分明確的依據(jù)，往往是制造人員在理論計算的基礎上，為了確保安全，根據(jù)自

2、己的經驗，再增加一定的厚度，這樣致使殼體的壁面應力儲備過大，過于笨重。這些電氣設備有時需要隨著采掘工作面的推進而不斷移動，有時其搬遷還需要經過多次重裝，因此其質量過大就顯得十分不便，為了解決這些問題，本文選取一類較常用的隔爆軟起動器外殼進行研究。
　　首先根據(jù)隔爆外殼使用的電流電壓環(huán)境以及外殼內部工作的電路系統(tǒng)對殼體內的各種主要器件進行選型，并根據(jù)電路系統(tǒng)及各器件的具體尺寸以及爬電距離等規(guī)定對器件進行合理的布局，根據(jù)布局確定了隔爆

3、外殼的具體尺寸。通過查詢資料，確定該容積的隔爆外殼的具體壁面參數(shù)，按照隔爆外殼的試驗要求，借助三維建模軟件 Solidworks對隔爆軟起動器殼體建模，結合有限元分析軟件 Workbench仿真隔爆外殼的具體試驗情況。在對模擬結果進行分析后，發(fā)現(xiàn)試驗過程中殼體的不同壁面應力分布均不相同，為了保證隔爆外殼能在礦井下安全使用，必須要保證外殼的最大應力不能超過該種材料的許用應力，便可以對該外殼的壁厚進行合理優(yōu)化。本文決定利用 Workbenc

4、h中提供的零階方法對隔爆外殼做優(yōu)化計算。首先對外殼進行參數(shù)化建模，對需要優(yōu)化的參數(shù)設定允許優(yōu)化的范圍，在設置了循環(huán)次數(shù)后，根據(jù)軟件提供的設計點，對外殼進行優(yōu)化，根據(jù)得到的優(yōu)化結果，選出最理想的優(yōu)化數(shù)據(jù)。
　　在完成對殼體的優(yōu)化后，決定利用瓦斯爆炸對殼體進行耐爆性試驗。本文采用單向流固耦合的方法，通過創(chuàng)建瓦斯爆炸的數(shù)學模型，借助流體軟件 Fluent模擬瓦斯爆炸的具體情況，并導出爆炸過程中的溫度變化圖，根據(jù)相應的溫度變化，確定爆炸反

5、應最激烈的時刻，將該時刻的爆炸數(shù)據(jù)加載到隔爆外殼內壁上，求解其應力以及應變。通過對計算結果分析可知，由于爆炸過程中殼體內的壓力處處不同，致使殼體壁面的應力呈無規(guī)則狀分布，其應力的最大值未超過選取材料的許用應力，表明對外殼做的優(yōu)化計算十分成功。
　　在完成對隔爆外殼的耐爆性試驗后，需要對其進行隔爆性試驗。利用瓦斯爆炸過程中得到的爆炸數(shù)據(jù)，獲得殼體內的溫度云圖，選取法蘭門溫度最高處進行模擬，發(fā)現(xiàn)隔爆結合面過長。針對模擬結果，并根據(jù)國標