礦用隔爆型電氣設(shè)備的隔爆性和耐爆性

，

(山西長防電器股份有限公司，山西 長治 046000)

1 引言

多年來依據(jù)國家標準(GB3836- 2010)及《煤礦安全規(guī)程》要求，在隔爆外殼設(shè)計方面積累了豐富的經(jīng)驗。現(xiàn)對電氣設(shè)備外殼如何實現(xiàn)其隔爆性、耐爆性進行闡述，為煤礦井下防爆電氣設(shè)備的設(shè)計及使用提供幫助。

2 煤礦井下的特殊環(huán)境條件對電氣設(shè)備的要求

(1)井下空氣成分。

煤礦井下氣體的主要成分有瓦斯(甲烷)、乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、硫化氫、二氧化氮、氨及其他碳氫化合物，其中瓦斯含量占98%以上。當空氣中的瓦斯?jié)舛?體積比)達到5%～15%時，溫度達到+650℃以上或具有足夠能量的火花，空氣中的氧氣與瓦斯自動快速反應(yīng)，同時伴隨著放熱，產(chǎn)生二氧化碳氣體和水蒸氣，即CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2+831千卡/克分子。另外，在采掘過程中會產(chǎn)生大量煤塵，當煤塵濃度在30～2000g/m3范圍時，遇到溫度達到+700℃以上的熱源，就可能發(fā)生煤塵爆炸。瓦斯爆炸會引起煤塵伴生爆炸，這是十分危險的。

(2)井下周圍氣體的溫度、濕度、空間的特殊性。

(3)煤礦發(fā)展迅速，現(xiàn)代化礦井系統(tǒng)由綜采、綜掘、通風、排水、提升、壓風、運輸、洗選、儲裝運等系統(tǒng)組成。煤礦井下在綜采、綜掘、通風、排水、提升、壓風、運輸?shù)裙╇姺矫嫘枰罅侩姎庠O(shè)備，對電氣設(shè)備提出更高要求。國家標準GB3836-2010對爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。其中，煤礦井下用電氣設(shè)備為Ⅰ類。

綜上，煤礦井下用電氣設(shè)備應(yīng)具有隔爆性、耐爆性、防潮性且在井下移動輕巧、安裝使用簡便等要求。

3 煤礦井下用電氣設(shè)備基本隔爆原理

用于煤礦井下有瓦斯和煤塵爆炸危險的環(huán)境中的電氣設(shè)備為隔爆型電氣設(shè)備，其中絕大多數(shù)采用隔爆外殼的間隙隔爆機理。間隙隔爆：內(nèi)部爆炸火焰通過結(jié)合間隙向外傳播時，金屬殼體吸熱滅火和冷卻作用，使火焰熄滅并降溫，避免傳爆；外殼具有一定的強度，殼體內(nèi)發(fā)生最嚴重爆炸時，所產(chǎn)生的高溫不致使外殼損傷，所形成的壓力不致使外殼變形或損傷。多年來大量的實踐證實，外殼的間隙能起到隔爆作用。為了實現(xiàn)外殼的耐爆和隔爆性能，隔爆外殼在形狀、材質(zhì)、容積、結(jié)構(gòu)等方面都有特殊要求。

隔爆型電氣設(shè)備隔爆外殼由優(yōu)質(zhì)鋼材通過一定的焊接、機械加工等工藝加工制成，在外形上有圓筒形和方形之分。決定隔爆性能的重要參數(shù)有：隔爆接合面的有效長度、隔爆結(jié)合面之間間隙的大小及隔爆結(jié)合面加工粗糙度。為了保證殼體的耐爆性能，在殼體鋼材厚度、隔爆結(jié)合面厚度選擇及殼體不同部位加強筋的增設(shè)是至關(guān)重要的。同時，外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計也應(yīng)合理，保證殼體的縱向尺寸和橫向尺寸不宜相差過大，避免多個小空腔的出現(xiàn)。

4 礦用隔爆型電氣設(shè)備外殼防爆的隔爆性能的實現(xiàn)

礦用隔爆型電氣設(shè)備外殼一般由接線腔和主腔及托翹三部分組成。托翹僅是方便設(shè)備固定安裝和移動使用，主腔安裝整個設(shè)備的主要電器器件，滿足用戶具體使用性能。接線腔主要安裝接線端子，完成整個電氣設(shè)備與外接設(shè)備相互電纜連接的作用。三部分既獨立又有關(guān)聯(lián)，目的是保證在煤礦井下特殊的使用環(huán)境中做到具有安全性、性能可靠、使用方便。

4.1 隔爆接合面

隔爆接合面：指隔爆外殼不同部件相對應(yīng)的表面配合在一起且火焰或燃燒生成物可能會從外殼內(nèi)部傳到外殼外部的部位。隔爆接合面我們常用的結(jié)構(gòu)類型有：平面式、平面止口式、圓筒形、螺紋式等。

4.1.1 平面式

阿迪克斯了解孩子成長的身心特點和規(guī)律。過去斯庫特經(jīng)常說臟話，在學校里經(jīng)常跟同學打架。在他眼里說臟話是所有孩子都會經(jīng)歷的一個階段。他說服斯庫特克制自己，保持冷靜，學會用頭腦斗爭，而不是用拳頭解決問題。他教她與人怎么相處。在斯庫特與老師發(fā)生意見沖突而不想上學時，阿迪克斯非常耐心地說服她，教會她要適當學會妥協(xié)和讓步，學會從老師的角度來看問題，原諒別人無心的過錯。斯庫特學會了與人交談的禮貌做法是談?wù)搶Ψ礁信d趣的事情而不是大談特談自己的興趣。她大方地問候坎寧安先生和他兒子，關(guān)心他們。她和父親一起打消了坎寧安一伙人想動用私刑處死湯姆的念頭。通過坎寧安事件他讓她意識到每個人都有自己的盲點。

隔爆接合面相對表面為平面，用螺釘或其他方法將外殼的隔爆接合面固定住，分平面式和止口式兩種。例如在礦用隔爆型真空電磁起動器的上接線腔，接線腔殼法蘭與接線腔蓋結(jié)合面一般采用平面結(jié)合面(圖1)，用緊固螺釘進行緊固。主腔殼法蘭與門法蘭結(jié)合面選用平面止口結(jié)合面(圖2、圖3)，一般為快開門方式開門、關(guān)門操作選用。

圖1

圖2 (型式Ⅰ)

圖3 (型式Ⅱ)

4.1.2 圓筒式

隔爆接合面相對表面為圓筒形，有固定不動的如電機端蓋，也有相對轉(zhuǎn)動的如電機軸與軸孔等。例如礦用隔爆型真空電磁起動器門蓋上按鈕座軸套與按鈕操縱桿結(jié)合面(圖4、圖5)及叉式接線端子、螺桿式接線端子、組合式接線端子等絕緣套管與接線腔接線端子板結(jié)合面(圖6)、隔離開關(guān)操作手把的操縱桿與殼壁等選用圓筒結(jié)合面(圖7)。

4.1.3 螺紋式

該結(jié)構(gòu)是為了增加隔爆接合面長度，在檢修時不經(jīng)常拆卸的部分，才采用此種結(jié)構(gòu)。如礦用隔爆型組合真空電磁起動器左右接線腔，螺紋式接線端子與殼壁及其法蘭結(jié)合面為螺紋結(jié)合面，必須要有防松動螺母鎖緊(圖8)。

圖4

圖5

圖6

圖7

4.2 隔爆接合面的長度(L)

也稱火焰通路長度(螺紋接合面除外)，是指從隔爆外殼內(nèi)部通過隔爆接合面到隔爆外殼外部的最短通路長度，即一對隔爆接合面相吻的有效長度，而并非是單一隔爆面的結(jié)構(gòu)長度。隔爆結(jié)合面越長，傳爆的可能性就俞小，相反，傳爆的可能性就越大。隔爆接合面長度是由隔爆外殼的容積決定，一般有6.0、12.5、25、40mm幾種尺寸。應(yīng)該注意止口式隔爆結(jié)合面的長度計算方式，當結(jié)合面上有螺栓通孔時，要有螺栓通孔邊緣到隔爆結(jié)合面邊緣長度的隔爆參數(shù)，其長度應(yīng)遵循“最短通路”計算原則。

圖8

4.3 隔爆接合面的間隙(W)

隔爆結(jié)合面的相對表面間的距離，即為隔爆結(jié)合面間隙。隔爆間隙的大小是隔爆外殼能否隔爆的關(guān)鍵。間隙隔爆主要是利用間隙熄火和冷卻作用。實踐證明，間隙越大，穿過間隙的爆炸產(chǎn)生物能量就越多，傳爆性就越強，隔爆性就越差。相反，間隙越小，傳爆性就越弱，隔爆性能就越好。

靜止部分隔爆接合面(圖1～圖3)、操縱桿與孔隔爆接合面(圖5)以及隔爆絕緣套管隔爆接合面的最大間隙或直徑差W和隔爆接合面的最小有效長度L、螺絲通孔邊緣至隔爆接合面邊緣的最小有效長度L1、轉(zhuǎn)鈾與軸孔隔爆接合面最大直徑差W和最小有效長度L應(yīng)符合表1的規(guī)定。但快開門或蓋的隔爆接合面的最小有效長度L須不小于25.0mm。

表1 煤礦井下電氣設(shè)備隔爆外殼的結(jié)構(gòu)參數(shù)

操縱桿直徑d和隔爆接合面長度L要符合表2的規(guī)定。

表2 操作桿直徑d和隔爆接合面長度L的尺寸關(guān)系

帶有滾動軸承的圓筒結(jié)構(gòu)，最大單邊間隙須不大于表2規(guī)定的W的三分之二。由于使用滾動軸承，盡管表2中的W值較L相同的靜止接合面大，但全部間隙W值分配為兩部分，任意一部分的值均不會超過基礎(chǔ)間隙值，故它的安全系數(shù)并末降低?？紤]到軸承游隙，零件公差及運轉(zhuǎn)中軸承的磨損等因素可能造成的軸與軸孔的偏心，因此留有三分之一的平均單邊間隙的偏心量，這條規(guī)定還可以防止單邊間隙過小造成軸與孔的磨損。表2規(guī)定的結(jié)構(gòu)參數(shù)值都是上限，正常出廠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)間隙都小于上述值(以平面接合面為例，其間隙一般小于0.1mm)。從隔爆的角度出發(fā)，間隙越小越安全。

4.4 隔爆接合面的粗糙度(Ra)

隔爆接合面的粗糙度主要是影響其間隙的最大值，根據(jù)接合的結(jié)構(gòu)來確定粗糙度。GB3836-2010要求隔爆接合面的粗糙度不超過6.3μm，操縱桿不高于3.2μm。

4.5 螺紋隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)

對螺紋隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)，須符合下列要求：

(1)螺紋精度須不低于3級，螺距須不小于0.7mm；

(2)螺紋的最少嚙合扣數(shù)、最小擰入深度，須符合表3的規(guī)定；

(3)螺紋結(jié)構(gòu)須有防止自行松脫的措施。

表3 螺紋嚙合扣數(shù)與擰入深度的關(guān)系

4.6 隔爆結(jié)合面需有防銹措施

隔爆接合面的銹蝕是影響隔爆性能的主要因素之一。因此隔爆接合面須有防銹措施，如電鍍、磷化、涂防銹油等，但不準涂漆。因為漆膜在高溫作用下易分解，使得接合面間隙變大，并且漆膜分解產(chǎn)生物是容易傳爆的氣體，這些都會影響隔爆外殼的隔爆性能。

4.7 隔爆接合面之間的緊固

一個完整的隔爆外殼總是由兩個以上零件組成的，零件間的相對面即為隔爆接合面，為了保證隔爆參數(shù)符合要求，隔爆結(jié)合面之間的可靠連接是十分重要的。為了保證隔爆接合面之間連接緊固良好，其連接零部件應(yīng)符合下列要求。

(1)螺栓和螺母不允許用塑料和輕合金材料制造。

(2)螺栓和不透螺孔緊固后，還須留有大于2倍防松墊圈厚度的螺紋余量，以保證在防松墊圈丟失的情況下，螺栓仍能擰緊。但是，若防松墊圈丟失，必須盡快補上，以保安全。

(3)隔爆外殼上的不透螺孔周圍及底部的厚度須不小于螺栓直徑的1/3，最少為3mm。

(4)螺釘緊固中，若以彈簧墊圈防松，在擰緊螺釘時，只須將彈簧墊圈壓平即可，不宜擰得太緊。否則，螺釘預(yù)應(yīng)力太大，若受到爆炸壓力作用就易發(fā)生斷裂。

(5)外蓋和殼體在接合處的外形尺寸應(yīng)一樣大，或殼體外邊緣尺寸略大于蓋子的外邊緣尺寸，以避免對緊固螺栓的剪切力。

(6)工藝透孔或結(jié)構(gòu)上必須穿透外殼的螺孔，其配合應(yīng)采用圓筒隔爆結(jié)構(gòu)或螺紋隔爆結(jié)構(gòu)。外露的端頭須永久性固定，也可將其埋入護圈內(nèi)。

(7)塑料外殼上不允許直接攻螺孔。

4.8 聯(lián)鎖和警告標志的設(shè)置

把合格的外殼零件按要求連接起來之后才能構(gòu)成一個完整的隔爆外殼，若緊固措施被解除(例如把磁力起動器的外蓋打開)則外殼就起不到隔爆作用。因此，對于正常運行時產(chǎn)生火花或電弧的電氣設(shè)備必須備有聯(lián)鎖裝置，即當電源接通時殼蓋不能打開，殼蓋打開后電源不能接通。也可設(shè)置警告牌，警告牌上須標有“斷電源后開蓋”的字樣。設(shè)備輸出端斷電后，如果殼內(nèi)仍有帶電部件須加設(shè)防護性絕緣蓋板，并標注“帶電”字樣的警告標志。

5 結(jié)束語

保證礦用隔爆型電氣設(shè)備隔爆性能要考慮的因數(shù)有許多：優(yōu)化的設(shè)計、合理的工藝要求、工裝模具的保證，精確的加工精度等。這里主要從其殼體設(shè)計使用等方面細化礦用隔爆型電氣設(shè)備隔爆性能的具體實現(xiàn)進行闡述。

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

[2]煤礦安全規(guī)程：電氣設(shè)備和保護[S].