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隔爆型電氣設(shè)備的設(shè)計要點

一、 外殼材質(zhì)

所有的隔爆型電氣設(shè)備的隔爆外殼,其結(jié)構(gòu)強度都應(yīng)能承受其內(nèi)部的爆炸壓力。從這個目的出發(fā),凡是能承受爆炸壓力的外殼,無論它的材質(zhì)是什么,都應(yīng)該是允許的。因此,黑色金屬中的鋼、鑄鋼、鑄鐵,有色金屬中的銅、鋁等輕合金,高分子材料中的熱固性塑料和熱塑性塑料、無機材料中的玻璃、陶瓷等,都可能成為隔爆外殼的材質(zhì)。國標GB3836.1-2000對這些可能作為隔爆外殼的材質(zhì)根據(jù)防爆方面要求對這些材質(zhì)作了規(guī)定。

(1)塑料外殼

塑料外殼的應(yīng)用受一些安全條件的限制。塑料的結(jié)構(gòu)強度,與其成型工藝密切相關(guān)。以溫度為例,溫度過高,造成高分子的斷裂;若溫度偏低,粘結(jié)劑的粘結(jié)不好。這兩種情況都導(dǎo)致外殼結(jié)構(gòu)強度降低。因此,塑料外殼一般適用于低電壓、小容量隔爆外殼。

塑料外殼除了結(jié)構(gòu)強度問題以外,還有一個防靜電積聚問題,塑料外殼的表面絕緣電阻值應(yīng)不大于1×109歐。

塑料外殼不可避免地會接觸火花、電弧或爆炸火焰。因此,作為隔爆外殼材質(zhì)的塑料應(yīng)是不燃性或難燃性塑料。

(2)輕合金外殼或金屬外殼

這里所說的輕合金主要是指鋁合金。用它制造防爆電氣設(shè)備外殼是受限制的。這是因為,鋁合金與銹鐵摩擦?xí)懦龃罅康臒崮堋_@種能量的釋放容易引起爆炸性氣體混合物的點燃。針對上述情況,在隔爆外殼的材質(zhì)中,限制了鋁合金的應(yīng)用和限制了鋁合金中鎂的含量。制造Ⅰ類電氣設(shè)備外殼的材料,按質(zhì)量百分比,鋁、鈦、鎂的總含量不允許大于15%,并且鈦和鎂總含量不允許大于6%;制造Ⅱ類電氣設(shè)備外殼的材料,按質(zhì)量百分比,含鎂量不允許大于6%。對此,設(shè)計者應(yīng)予重視。

(3)透明件

隔爆外殼上的透明件是隔爆外殼的一部分。它首先應(yīng)能承受住外殼內(nèi)部爆炸壓力作用;其次它能承受住使用環(huán)境中外界條件的作用:機械的(碰、砸、撞)、化學(xué)的、熱的作用等。透明件應(yīng)采用玻璃或其他抗機械、熱、化學(xué)等作用的材料制。

防爆攝像儀 .png

二、隔爆外殼強度

為了保證隔爆外殼的耐壓性能,在正確選材的條件下,設(shè)計足夠結(jié)構(gòu)強度的外殼。

國內(nèi)外的試驗表明,外殼容積小,散熱面積較大,爆炸壓力較低;對于大容積外殼,在爆炸過程中,爆炸壓力會異常增加,造成較大的壓力分布不均勻。尤其是當初始壓力大于大氣壓時,壓力的升高會更加明顯。因此在設(shè)計隔爆電氣設(shè)備外殼時,應(yīng)考慮外殼的容積確定外殼的強度。外殼的強度可根據(jù)其材質(zhì)和可能承受的壓力通過計算的方法確定。

對小型隔爆外殼強度的設(shè)計,則是根據(jù)小撓度理論進行。對于大型隔爆外殼強度的設(shè)計,若仍根據(jù)小撓度理論,那么,設(shè)計出的外殼將顯得笨重。為此,設(shè)計大型隔爆外強度殼應(yīng)用大撓度理論及加筋的方法。

另外,在隔爆外殼的設(shè)計過程中還應(yīng)考慮外殼內(nèi)的壓力重疊現(xiàn)象。外殼不宜制成以小孔連通的多空腔。殼內(nèi)電氣元件的安裝也應(yīng)避免將整腔分隔成幾個小空腔。另外,外殼縱向尺寸和橫向尺寸不宜過大,否則就可能造成外殼內(nèi)的壓力重疊現(xiàn)象。存在壓力重疊現(xiàn)象的外殼強度只有通過動態(tài)壓力試驗后方能確定。

一般來說,在隔爆型電氣設(shè)備設(shè)計階段,外殼強度設(shè)計應(yīng)考慮達到:Ⅰ類、ⅡA和ⅡB類電氣設(shè)備外殼應(yīng)能承受1.0MPa水壓試驗,歷時12s不損壞;ⅡC類電氣設(shè)備外殼應(yīng)能承受1.5MPa水壓試驗,歷時12s不損壞的要求。

三、 隔爆接合面參數(shù)

由于加工制造、安裝使用、維護等方面的原因,隔爆外殼不可能是“天衣無縫”的一個整體,而是由許多零件組成。零件間的零件縫隙會為殼內(nèi)的爆炸產(chǎn)物所通過時,這些縫隙即稱作“火焰通路。火焰通路都必須有一定的結(jié)構(gòu)尺寸,叫做“隔爆參數(shù)”。有的隔爆參數(shù)經(jīng)許多次試驗,已經(jīng)知道了保證安全的參數(shù)范圍,對此,在防爆國標GB3836.2- 2000中已作出明確規(guī)定。否則,則通過防爆試驗方可證明其安全性。

隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)的規(guī)定,則是在最大試驗安全間隙的基礎(chǔ)上取一定安全系數(shù)后確定的。包括:平面隔爆接合面、止口隔爆接合面、螺紋隔爆接合面、操作桿與孔隔爆接合面、膠粘隔爆接合面、采用襯墊作為隔爆措施的參數(shù)、軸承結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

平面隔爆接合面、止口隔爆接合面、操作桿與孔隔爆接合面的隔爆參數(shù)應(yīng)符合GB3836.2-2000表1~表4的要求;

螺紋隔爆接合面的隔爆參數(shù)應(yīng)符合GB3836.2-2000表5的要求;

膠粘隔爆接合面的隔爆參數(shù)應(yīng)符合GB3836.2-2000條款5.5.2的要求;

采用襯墊作為隔爆措施,其結(jié)構(gòu)和參數(shù)應(yīng)符合GB3836.2-2000附錄D3的要求;

軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)符合GB3836.2-2000表1~表4及條款7的要求。

國標GB3836.2-2000中沒有明確呼吸裝置和排水裝置的防爆參數(shù),但對這些裝置的材質(zhì)作出了規(guī)定。因此,呼吸裝置和排水裝置的防爆參數(shù)須通過防爆試驗后方可確認。

四、緊固件

通常,外殼零件加緊固措施后,才構(gòu)成一個完整的隔爆外殼,起到防爆作用。緊固件是保證防爆電氣設(shè)備性能的重要零件。國標GB3836.1-2000和GB3836.2-2000對緊固件作出了明確規(guī)定:

(1)隔爆型電氣設(shè)備的緊固件,只允許用工具才能松開或拆除;

(2)含輕金屬的外殼用的緊螺釘允許用輕金屬或塑料制成,只要緊固件材料適用于外殼材料即可;

(3)當采用可拆卸螺釘或螺栓緊固隔爆外殼的任何部件時,這些螺釘或螺栓孔不應(yīng)穿透殼壁??字車暮穸炔恍∮诳讖降娜种?,且至少為3mm;

(4)當螺釘或螺栓沒有墊圈而完全擰入孔內(nèi)時,螺釘或螺栓尾部與螺孔的底部之間應(yīng)留用螺紋裕量;

(5)若為了制造方便而鉆孔穿透完全壁時,該孔應(yīng)用棍棒接合面符合GB3836.2-2000表5要求的螺塞將其堵住。螺塞應(yīng)按(6)所述的方法固定;

(6)永久固定在外殼上的螺釘或螺栓應(yīng)可靠地焊接或鉚焊,或是采用某些等效方法固定;

(7)一般情況下,應(yīng)采取防止緊固件因振動而松脫的措施;

(8)結(jié)構(gòu)上有特殊要求時,須采用殊緊固件。如將螺栓頭或螺母放在護圈或沉孔中。以防無關(guān)人員隨意打開這些外殼,造成外殼隔爆失效。

五、引入裝置

通常,隔爆型電氣設(shè)備都存在電源引入、負載輸出、電信號輸入輸出等。為此,就必須為輸入或輸出提供引入裝置。國標GB3836.2-2000條款12對電纜和導(dǎo)線的引入及連接作出了明確的規(guī)定;GB3836.2-2000也對引入裝置的結(jié)構(gòu)作出了規(guī)定。

目前,隔爆型電氣設(shè)備大多采用帶橡膠密封圈的引入裝置。密封圈是引入裝置中實現(xiàn)防爆功能的主要部件。在設(shè)計時,密封圈應(yīng)考慮以下方面:

(1)材料:應(yīng)是我國廣泛應(yīng)用的橡膠。如所周知,橡膠易老化,從而失去彈性、龜裂。目前,建議用硅橡膠、丁腈橡膠及其他類似耐老化材料;

(2)硬度:密封圈應(yīng)采用國際硬度65°~70°的橡膠制成。很多廠家和用戶,選用密封圈不檢查,有時硬度過高,起不到密封和防松的作用,從而使設(shè)備失去防爆性能;

(3)長度:密封圈壓緊密封后,密封的最小軸向尺寸應(yīng)符合表1~表4中火焰通路的最小長度要求。

六、接地

接地的目的在于防止電氣設(shè)備外殼帶電。當電氣設(shè)備絕緣破壞時,正常不帶電的金屬外殼等會帶電,它會造成人身觸電或?qū)Φ胤烹娨鸨?。良好接地,則可使外殼總是處在“地”電位,避免上述災(zāi)害。

電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)設(shè)外接地端子;接線盒內(nèi)應(yīng)設(shè)內(nèi)接地端子。接地端子處應(yīng)標接地符號“〨”。接地零件應(yīng)做防銹處理或用不銹材料制成。

關(guān)于外接地:

電氣設(shè)備的金屬外殼和鎧裝電纜接線盒均應(yīng)設(shè)置輔助的外接地連接件。移動式電氣設(shè)備可不設(shè)外接地連接件,但應(yīng)使用具有接地芯線或等效接地芯線的電纜。

電氣設(shè)備外接地連接件應(yīng)能至少與截面積為4mm2的接地線有效連接。

關(guān)于內(nèi)接地:

電氣設(shè)備應(yīng)在接線空腔內(nèi)的電路連接件旁設(shè)置接地連接件。

接地連接件應(yīng)至少保證與一根導(dǎo)線可靠連接,導(dǎo)線截面積應(yīng)符合GB3836.1-2000表3要求。

七、溫度組別

隔爆外殼熱表面溫度也是一種危險的點燃源,爆炸性危險氣體與高于其自燃溫度的熱表面接觸就可能引起爆炸。因此,在設(shè)計隔爆型電氣設(shè)備時應(yīng)根據(jù)要求的溫度組別合理設(shè)計外殼結(jié)構(gòu)及選擇、配置內(nèi)部元器件,以限制最高表面溫度的產(chǎn)生,滿足電氣設(shè)備使用場所可能出現(xiàn)的危險氣體的最低引燃溫度高于該設(shè)備的溫度組別對應(yīng)溫度,即T1<450℃;T2<300℃;T3<200℃;T4<135℃;T5<100℃;T6<85℃。

八、標志

隔爆型電氣設(shè)備應(yīng)在主體部分的明顯部分設(shè)置銘牌,并可靠固定。銘牌(含警告牌)必須考慮到可能存在的化學(xué)腐蝕下,仍然清晰和耐久。通常,銘牌采用青銅、黃銅或不銹鋼制成。

通常情況下,銘牌內(nèi)容應(yīng)包括下列內(nèi)容:

a.制造廠名稱或注冊商標

b.產(chǎn)品名稱及型號

c.防爆標志

d.防爆合格證編號

e.出廠日期或編號

f.檢驗單位名稱或標記

g.產(chǎn)品其他信息(如額定電壓、電流等)

警告牌“斷電后開蓋”或相類似警告語。

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