隔爆型電氣設(shè)備設(shè)計要點

王方利，王貴全

(1．佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江 佳木斯 154005;2．國電康平發(fā)電有限公司，沈陽 康平110500)

隔爆型電氣設(shè)備設(shè)計要點

王方利1，王貴全2

(1．佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江 佳木斯 154005;2．國電康平發(fā)電有限公司，沈陽 康平110500)

隔爆型電氣設(shè)備的隔爆外殼應(yīng)能承受內(nèi)部爆炸壓力不損壞，其隔爆接合面應(yīng)能阻止內(nèi)部火焰?zhèn)鬟f到外部環(huán)境。隔爆接合面的參數(shù)包括寬度、距離和間隙，其確定取決于隔爆接合面的結(jié)構(gòu)型式、隔爆外殼的內(nèi)部容積及設(shè)備類別三個因素。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生爆炸時，連接接合面的緊固螺栓承受一定的爆炸壓力，應(yīng)不產(chǎn)生塑性變形，同時其緊固間距應(yīng)能防止接合面承受壓力時產(chǎn)生過大的瞬間變形。

隔爆外殼;接合面參數(shù);爆炸壓力

1 引言

隔爆型電氣設(shè)備廣泛應(yīng)用于煤礦、石油、化工等具有爆炸危險的場所，其防爆原理為外殼能夠承受通過外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙滲透到外殼內(nèi)部的爆炸性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞，并且不會引起外部由一種、多種氣體或蒸氣形成的爆炸性氣體環(huán)境的點燃。從中不難看出隔爆型電氣設(shè)備的關(guān)鍵是隔爆外殼，其防止爆炸性環(huán)境引燃的措施有兩種:一是通過制造具有足夠強(qiáng)度的外殼來承受內(nèi)部爆炸而不損壞，把爆炸限制在隔爆腔內(nèi)，從而達(dá)到不引起外部環(huán)境點燃的目的;二是對接合面和結(jié)構(gòu)間隙采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)，即制成符合GB3836．2－2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的隔爆接合面，阻止內(nèi)部爆炸產(chǎn)生的火焰?zhèn)鞑サ酵鈿ぶ車ㄐ詺怏w環(huán)境，防止外部環(huán)境的點燃。

隔爆接合面是通過限制接合面的寬度及間隙來達(dá)到阻燃的效果，而寬度及間隙需要通過隔爆外殼的強(qiáng)度來保持，所以在設(shè)計隔爆型電氣設(shè)備時即要考慮外殼本身的機(jī)械強(qiáng)度，同時也要考慮隔爆外殼在承受內(nèi)部爆炸壓力時產(chǎn)生的瞬間變形對結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。隔爆外殼的強(qiáng)度取決于外殼材料及連接外殼的緊固螺栓的機(jī)械性能，尤其是平面接合面緊固螺栓的設(shè)置會影響到設(shè)備的隔爆性能。本文將對隔爆接合面參數(shù)規(guī)定、緊固螺栓強(qiáng)度計算進(jìn)行簡單闡述，供有關(guān)人員參考。

2 隔爆接合面參數(shù)規(guī)定

隔爆接合面的參數(shù)包括寬度(L)、距離(l)、間隙(i)，其定義如下。

寬度:從隔爆外殼內(nèi)部通過接合面到隔爆外殼外部的最短通路。

距離:當(dāng)隔爆接合面L被組裝隔爆外殼部件的緊固螺釘孔分隔時，隔爆接合面的最短通路。

間隙:電氣設(shè)備外殼組裝完成后，隔爆接合面相對應(yīng)表面之間的距離。對于圓筒形隔爆接合面，設(shè)計間隙是兩直徑之差;對于平面隔爆接合面，設(shè)計間隙是兩零件平面度之和。

隔爆接合面參數(shù)的確定取決于隔爆接合面的結(jié)構(gòu)型式、隔爆外殼的內(nèi)部容積及設(shè)備類別三個因素［1］。

2.1 非螺紋接合面

2.1.1 接合面寬度(L)

接合面寬度不應(yīng)小于GB3836.2－2010表1和表2中給出的最小值。對于過盈配合裝配到容積不大于2000cm3金屬外殼壁上的圓筒形金屬零件，如符合下列要求，其接合面寬度可縮短到5mm:

(1)在進(jìn)行隔爆外殼強(qiáng)度試驗時，結(jié)構(gòu)不只是依靠過盈配合來防止零件產(chǎn)生位移;

(2)考慮最不利的過盈配合公差時，裝配符合GB3836.1的沖擊試驗要求;

(3)在接合面寬度測量處，過盈配合零件的外徑不超過60mm。

2.1.2 間隙(i)

如果存在間隙，接合面之間的間隙無論何處不應(yīng)超過GB3836.2－2010表1和表2中給出的最大值。

接合面的平均粗糙度Ra不允許超過6.3μm。對于平面接合面，不應(yīng)存在有意造成的間隙，快開的門或蓋除外。

對于I類電氣設(shè)備，應(yīng)能直接或間接檢查經(jīng)常打開的門或蓋的平面接合面的間隙。

2.1.3 止口接合面

在確定止口接合面寬度L時，應(yīng)考慮下列情況之一:

(1)圓筒加平面部分(見圖1(a))。在此情況下，無論何處間隙不應(yīng)超過GB3836.2－2010表1和表2中給出的最大值。

(2)僅圓筒部分(見圖1(b))。在此情況下，平面部分不必符合GB3836.2－2010表1和表2中的要求。其中:L=c+d(IIA、IIB、IIC);

圖1 止口接合面

2.1.4 接合面上的孔

如果平面接合面或接合面的平面部分被用于裝配隔爆外殼零件的螺紋緊固件的孔分隔，則到孔邊沿的距離l應(yīng)不小于下列值:

(1)當(dāng)接合面寬度L小于12.5mm時，6mm;

(2)當(dāng)接合面寬度L等于或大于12.5mm，但小于25mm時，8mm;

(3)當(dāng)接合面寬度L等于或大于25mm時，9mm。

距離1按照2.1.4.1～2.1.4.4的規(guī)定測量。

2.1.4.1 孔在殼體外側(cè)的平面接合面上(見圖2)

l值為每個孔與殼體內(nèi)側(cè)之間的距離。

圖2 平面接合面上的孔

2.1.4.2 孔在殼體內(nèi)側(cè)的平面接合面上(見圖3)

1值為每個孔與殼體外側(cè)之間的距離。

圖3 平面接合面上的孔

2.1.4.3 孔在由圓筒部分和平面部分組成的止口接合面上(見圖4)

圖4 止口接合面上的孔(一)

距離1由下列條件確定:

(1)如果f不大于1mm，圓筒部分的間隙對于I類和IIA類電氣設(shè)備不大于0.2mm，對于IIB類電氣設(shè)備不大于0.15mm，對于 IIC類電氣設(shè)備不大于0.1mm，則為圓筒部分的寬度a與平面部分b之和;或

(2)如果上述任一條件不符合，則僅是平面部分寬度b。

2.1.4.4 孔在只計平面接合面(見1.1.5)的止口接合面上(見圖5和圖6)

圖5 止口接合面上的孔(二)

距離1是外殼內(nèi)側(cè)與外殼外側(cè)的孔之間的平面部分寬度(見圖6)，或當(dāng)孔位于外殼內(nèi)側(cè)時是孔與外殼外側(cè)之間的平面部分寬度(見圖7)。

2.1.5 乙炔環(huán)境用平面接合面

對于規(guī)定用于含有乙炔爆炸性氣體環(huán)境中IIC類電氣設(shè)備只有符合下列所有條件，才允許采用平面接合面:

(a)間隙i≤0.04mm;

(b)寬度L≥9.5mm;

(c)容積≤500cm3。

圖6 止口接合面上的孔(三)

2.1.6 安裝襯墊的接合面

如果使用可壓縮或彈性材料襯墊，例如，防止潮氣或灰塵侵入，它應(yīng)起輔助作用，不能將接合面隔斷，在確定隔爆接合面寬度時不計入。襯墊的安裝應(yīng):

(1)保持平面接合面或止口接合面的平面部分的允許間隙和寬度;

(2)在壓縮前后保持圓筒形接合面或止口接合面的圓筒部分的最小接合面寬度。

2.2 螺紋接合面

螺紋接合面包括圓柱形及錐形兩種。

2.2.1 圓柱形螺紋接合面

螺距≥0.7mm;螺紋形狀和配合等級按照GB/T197－2003和GB/T2516－2003規(guī)定的中級或精密公差級，即配合精度不低于6H/6g;最小嚙合扣數(shù)為5扣;當(dāng)容積大于100cm3，最小軸向嚙合深度為8mm;當(dāng)容積不大于100m3時，最小軸向嚙合深度為5mm。

2.2.2 錐形螺紋接合面

每個部件上的螺紋扣數(shù)不少于5扣;內(nèi)外螺紋應(yīng)有相同的公稱尺寸;螺紋應(yīng)符合ANSI/ASME B1.20.1美國標(biāo)準(zhǔn)錐管螺紋(NPT)的要求，并且擰緊密封;帶凸緣或空刀的外螺紋應(yīng):有效螺紋長度不小于尺寸“L2”及凸緣端面和配合螺紋尾部間的長度不小于尺寸“L4”;內(nèi)螺紋的測量應(yīng)使用L1塞規(guī)在“埋入”至“2圈”處進(jìn)行。

3 隔爆接合面緊固螺栓強(qiáng)度計算

(1)隔爆型設(shè)備內(nèi)部爆炸性混合物發(fā)生爆炸時，使外殼的法蘭受力。為了保證法蘭上接合面間隙不超過規(guī)定值，緊固螺栓之間的距離(特別是平面法蘭)不能太大，否則會因爆炸壓力的作用使兩螺栓之間的法蘭產(chǎn)生過大的彈性變形，甚至發(fā)生塑性變形，致使局部隔爆間隙超過規(guī)定值而失去隔爆作用。緊固螺栓之間距離的選擇，要對外殼的形狀、幾何尺寸等因數(shù)進(jìn)行受力狀況分析。根據(jù)多年的實踐，一般認(rèn)為平面法蘭緊固螺栓之間的距離不應(yīng)大于120mm，具有止口的連接結(jié)構(gòu)緊固螺栓之間的距離可為平面法蘭的1.2倍。根據(jù)接合面尺寸及螺栓間距即可確定螺栓的數(shù)量。

(2)當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部爆炸性混合物發(fā)生爆炸時，隔爆部件連接緊固螺栓承受著爆炸壓力的作用，即不允許斷裂也不能產(chǎn)生塑性變形，其承受的應(yīng)力應(yīng)不大于緊固螺栓的屈服應(yīng)力。因此根據(jù)螺栓數(shù)量和外殼受力的情況，即可確定螺栓的屈服應(yīng)力，通過選擇螺栓機(jī)械性能等級，從而確定螺栓的具體規(guī)格。計算公式如下:

式中:P—設(shè)備內(nèi)部爆炸時產(chǎn)生的壓強(qiáng)(N/mm2)，其數(shù)值與設(shè)備類別對應(yīng)如下:

I類為1.0;IIA、IIB類為1.5;IIC類為2.0;

F—承受爆炸壓力的有效面積(mm2);

Z—螺栓個數(shù)。

Q0—爆炸時每個螺栓承受的拉力(N)。

此外，為了使兩個接合面緊密接合，緊固螺栓還要承擔(dān)兩個接合面的鎖緊力。所以，每一個緊固螺栓的拉力Q的計算方法是:

①平面接合面:Q=1.3Q0＜Qx;

②止口接合面:Q=1.1Q0＜Qx;

Qx—螺栓的屈服應(yīng)力。

4 結(jié)束語

GB836.2－2010中對隔爆接合面的參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，但這些規(guī)定只是最低要求，作為制造時的參考，產(chǎn)品的隔爆性能最終須通過外殼耐壓和內(nèi)部點燃不傳爆試驗來進(jìn)行確認(rèn)。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在做爆炸試驗時，樣品隔爆面間隙至少為圖紙規(guī)定的最大結(jié)構(gòu)間隙的90%，所以隔爆面瞬間彈性變形對試驗結(jié)果影響較大。另外，溫度對爆炸壓力有一定影響。一般情況下，隔爆型電氣設(shè)備參數(shù)是按使用環(huán)境溫度為－20℃ ～+40℃的情況下確定的，如果溫度超出了這個范圍，就要按GB3836.2－2010外殼耐壓試驗中對不同溫度需采用相應(yīng)的試驗系數(shù)來考慮高溫或低溫對爆炸壓力的影響。

［1］ GB3836.2－2010爆炸性環(huán)境，第2部分:由隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)備［S］．

［2］ 王文義，趙佩珊，等．防爆電氣技術(shù)與應(yīng)用［M］．哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社．

Design Key Points of Flame-proof Type Electric Apparatus

WANG Fang-li1，WANGGui-quan2
(1．Jiamusi Explosion-proof Electrical Machinery Research Institute，Jiamusi154005，China;2．Kangping Electric Power Generation Co．，Ltd of State Grid，Kangping 110500，China)

The flame-proof enclosure of the the flame-proof electrical appuratus should bear internal explosion pressure，which is not damaged．Its flameproof joints should prevent internal flame from passing external space．The parameters of the flameproof points include width，distance and gap．Their determination depends on three factors of the structure type of the flameproof joint，the internal content of the flameproof enclosure and equipment classification．When explosin occurs in the equipment，the drawbolts eonnecting the joints bear certain explosive pressurewhich should not produce plastic deformation．Meanwhile，their fastening distance should prevent transient distortion from the joint bearing pressure．

flameproof enclosure;joint parameter;explosive pressure

TM76

B

1004－289X(2013)03－0050－04

2013－04－07

王方利(1970－)，男，大專，主要研究方向:機(jī)制工藝與裝備，從事防爆電氣產(chǎn)品審查檢驗工作。