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          隔爆型電氣設備隔爆外殼的設計要求

          防爆型電氣設備是指外殼具有隔爆能力的電氣設備,這類設備不僅具有較高的使用價值,其安全性能也非??煽?,是最具實用價值的一種電氣設備。當前,許多煤礦或石油化工企業都在爆炸性環境中作業,工作人員的生命安全在這種危險環境中難以得到保障,需要借助電氣設備來作業,而在這種環境中作業的電氣設備至少有80%為隔爆型電氣設備。對于這類設備來說,隔爆外殼設計合理與否直接關系到設備的實用性、可靠性與安全性,本文試對隔爆外殼的設計要求進行如下分析。

          隔爆型電氣設備主要用于石油化工或煤礦等危險環境中作業,這類設備借助其隔爆外殼來確保其作業安全,其隔爆外殼具有不傳爆性與耐爆性,在隔爆結構上具有特殊的參數要求。例如,隔爆外殼雖然存在接縫,但是為了確保具有足夠的隔爆性能,隔爆外殼在接縫間隙上應小于可燃性氣體在實驗中的最大安全間隙,若可燃性氣體在進入隔爆設備外殼之后遭遇電火花,被點燃后產生的爆炸火焰將會被嚴密限制在隔爆外殼之中,而不會與外殼外部環境中的可燃物混合,使外部環境發生爆炸??梢哉f,隔爆外殼既能保證外部環境的安全,也能保證設備本身的安全,因此隔爆外殼的設計十分重要。

          一、分析爆炸壓力

          所謂爆炸壓力,是指氣體生成物在產生的那一瞬間所產生的壓力,為了獲得理論值,實驗應該在正常溫度與正常壓力下進行,實驗環境應該密閉的,并且具有一定容積,還需要處于絕熱狀態下。假設隔爆電氣設備在充滿9.5%濃度甲烷氣體的環境中進行實驗,其爆炸瞬間的溫度t將會達到2100~2200℃,而爆炸前的溫度一般在15~17℃左右。根據玻意耳-馬略特定律,求得爆炸后的瞬間爆炸壓力為:在這個公式中,和分別指爆炸前的壓力與絕對溫度,一般為1*105Pa,為(273+)℃;T則是爆炸后的絕對溫度(273+t)℃。

          在隔爆外殼設計中分析爆炸壓力,主要目的在于發生內部爆炸時可以避免殼體發生較大的變形或出現嚴重的損害?;趯嶒灲Y果可以對殼體設計進行一系列的優化,如:加強材質強度、提高殼體耐爆性、增加殼體容積與散熱面積,等等。


          二、對殼體材質進行優化設計

          按照國際標準GB3836.2-2010中對爆炸性環境下隔爆外殼的材質設計要求,裝載在采煤機、輸送機、掘進機等機械設備上的電氣設備均應使用鑄鋼或鋼板來制作外殼,其余零件裝配的位置務必保證外力無法對其造成沖擊。若外殼容積不足2000cm3,則其制作材料應為灰鑄鐵材質,且牌號必須高于HT250,或是使用非金屬材料,但是不可以在除出線口之外的非金屬外殼其他部分使用螺紋釘進行固定。部分隔爆設備的外殼需要加入適量的鋅,為確保其具有足夠的抗拉強度,不會在溫暖潮濕的環境中失去活性,應盡量少用鋅與鋅合金,若一定要使用鋅合金,合金中鋅的含量必須低于80%,以免其在特殊環境中迅速降低品質。

          隔爆外殼需要同時滿足強度、彎曲性能以及力學性能三重要求,在使用鋼材進行殼體組成件的制造時,務必做到焊接性能良好。由鋼材制成的殼體需要做到表面平整,若殼體表面存在裂縫、夾渣、疤痕、分層、氣泡等缺陷,那么這種殼體便是不合格的,若是防爆結合面出現上述問題,則有可能是局部加熱不均勻造成的,在設計和加工時必須要避免這類事件的發生。

          此外,通過對殼體金屬表面進行磷化處理來提高其強度。具體操作是將經過初步加工的隔爆殼體放入磷酸鹽溶液中進行冷磷化處理,殼體表面將會形成一層薄薄的磷化膜,這層保護膜既可以使涂料附著力、減摩潤滑力與殼體防腐能力增加,又不會降低殼體的強度與硬度,可謂是有百利而無一害。

          三、對外形尺寸、結構布局進行優化設計

          目前隔爆設備外形通常選擇長方體,如此可以在相同體積下具有最小的爆炸壓力。外觀和布局中應優先進行外觀設計,確定好尺寸大小之后再行結構布局優化,以免內部格局影響外部尺寸,不得不花費多余的時間精力進行再次修改。

          按照功能需求,應該對隔爆設備的內部器件進行結構布局優化,其優化順序應為:①接線腔、主控腔、隔離腔和隔爆腔;②腔體與腔體的相對位置、聯通方式以及隔板位置與隔板形式?;诟舯O備對于爬電距離、電磁電容性、散熱距離以及電氣間隙的相關設計要求,將相關器件按照規定進行固定。安裝時需要保證器件容易更換與安裝,工具與維修者的手可以進入足夠的深度。

          此外,還應考慮到外殼的壁厚,按照一般標準,15mm壁厚即可滿足設計要求,但是對于個別特殊情況,可以將壁厚增加至20mm。

          四、關于隔離閉鎖結構與電纜引入的優化設計

          按照GB3836.1-2010中關于各設備的通用要求,若設備設置有隔離開關,則必須為隔離開關與門安裝閉鎖裝置,以確保門只有在隔離開關斷開后才能開啟。在設計時,隔離閉鎖結構應滿足如下幾條原則:靈活、可靠、簡便、功能實用。

          電纜可直接引入,也可間接引入,前者直接將電纜引入外殼內部,后者使用接線器將電纜引入接線腔。由于電壓不同,在為不足1140V的電纜接線時應遵照國內行業標準JB/T4002-2013進行操作,若額定電壓超過3300V,則要按照GB/T4109-2008與GB/T22079-2019等國標進行操作。

          隔爆型電氣設備對于外殼性能有著較高的要求,本文從爆炸壓力分析、材質選擇、隔離閉鎖結構設計、外觀與布局等多個角度進行了分析,旨在點明隔爆型電氣設備的正確設計方向,確保設備性能在現實作業中的正常發揮。

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