從型式試驗過程中看廠用隔爆型防爆產品在設計時需注意的問題

王曉波

(沈陽電氣傳動研究所(有限公司)，遼寧 沈陽 110141)

1 引言

一個時期以來，黨和政府在安全生產領域采取了一系列重大舉措，加強了安全生產工作，加大了監管監察執法力度，并于2006年12月20日對廠用防爆建立了安全生產許可證制度。國家和省、市各級政府都開展了對防爆生產企業定期、不定期產品抽查。關閉了不具備安全生產條件的企業，使我國的防爆電器產品行業得到了迅速正規的發展。

目前，從國內企業送檢產品中看，我國防爆電器產品的內在技術含量，外觀的形象設計都大大縮小了與國際先進水平的差距。部分產品已經接近或趕上國際先進水平。但是，在對國內企業送檢樣品或抽查產品檢驗過程中，發現部分企業，由于技術力量薄弱，缺乏防爆專業技術人員，在產品制造過程中粗制濫造、偷工減料，致使產品質量出現許多問題，有的還比較嚴重。

下面就對在產品檢驗過程中，發現的廠用隔爆型防爆產品出現的質量問題和在產品設計過程中需注意的問題予以分析。

2 在設計過程中需注意的問題

2.1 結構參數檢查

2.1.1 銘牌、標志牌材質選用不符合標準要求

GB3836.1－2000 27條中規定標志牌的材質應采用耐化學腐蝕的材料。銘牌內容應包括制造廠名、產品名稱型號、“Ex”符號、防爆標志、技術參數、防爆合格證號、產品編號、出廠日期等內容。

圖1是產品銘牌材質選用了鋁質材料。圖2是產品銘牌缺少“Ex”符號、防爆標志、防爆合格證號、產品編號、出廠日期等內容，因此都不能滿足GB3836.1－2000 27條中規定的銘牌內容要求。

在產品設計過程中，銘牌的材質要選擇銅、不銹鋼或其他耐腐蝕的新型材料如3MPET。鉚接或粘接牢固，內容完整。

2.1.2 外殼明顯處沒有清晰、耐久和完整的防爆標志

GB3836.1－2000 27條中規定電氣設備應在主體部分的明顯位置設置標志。標志必須考慮到在可能存在的化學腐蝕下，仍然清晰耐久。標志“Ex”、防爆型式、類別、溫度組別可用凸紋或凹紋標在外殼明顯處。一種電氣設備的不同部位使用不同的防爆型式時，則每個相應部位都應具有相應防爆型式的標志。

圖3所示外殼明顯處沒有清晰、耐久和完整的防爆標志;圖4所示的標志比較合理，每個相應部位都具有相應防爆型式的標志。

在產品設計過程中防爆標志要設計在外殼的明顯處。鑄造殼體上要鑄造出防爆標志，鋼板焊接殼體要焊接上防爆標志。不同防爆型式的防爆外殼上要有不同的防爆標志，防爆標志的內容要齊全如“ExdⅡBT6”、“ExeⅡT4”。

2.1.3 隔爆接合面沒有進行防腐處理且隔爆接合面上用塑粉涂覆

GB3836.1－20005.1條中規定，隔爆接合面應進行防腐處理，但通常不允許使用漆或類式材料涂覆，除非以證明該材料和涂覆工藝不會影響隔爆性能。

圖5中產品隔爆接合面處沒有進行防腐處理，并且在隔爆接合面處涂覆沒有經過證明不會影響隔爆性能的塑粉材料，不符合標準要求。圖6中雖然噴塑后經過機械加工，但是由于加工失誤導致隔爆面上依然有塑粉存在，不符合標準要求。

在產品設計過程中隔爆面通常要經過機械加工獲得(特殊工藝除外)，平面隔爆的隔爆面要有平面度要求。并且隔爆面要有防腐措施。現在常用的隔爆接合面防腐處理方法是磷化處理或在隔爆接合面處涂204－1置換型防銹油。

2.1.4 隔爆接合面寬度不符合標準要求

在檢驗過程中發現部分企業的產品，為了滿足IP防護性能，在隔爆面上安裝橡膠密封襯墊，導致隔爆面寬度不能滿足標準規定。

圖7是Ⅱ類B級產品，在平面隔爆面上安裝O型橡膠密封圈，使O型橡膠密封圈里、外隔爆面寬度都達不到標準規定。圖8是Ⅱ類C級產品，在止口隔爆面與平面隔爆面之間安裝O型橡膠密封圈，且要求隔爆面寬度是圓筒部分與平面部分之和，這樣顯然是達不到標準GB3836.2－20005.2.4條規定。

GB3836.2－20005.4.1條中規定如果采用可壓縮材料襯墊(例如用IP防護等級來防止潮氣、粉塵侵入或阻止液體滲入)，則該墊只能作為隔爆接合面的一個輔助件，而不能包括在隔爆接合面內，襯墊之外的隔爆接合面的有效參數應滿足相應的要求。

在產品設計過程中一定要注意隔爆接合面寬度必須是橡膠襯墊以外的寬度，而不應是橡膠襯墊里外接合面尺寸之和，更不應是橡膠里外接合面尺寸與襯墊尺寸之和。

2.1.5 內、外接地螺釘(螺栓)的規格選擇與安裝不符合要求或沒有設計內、外接地

GB3836.1－200015.1條中規定電氣設備應在接線空腔的電路連接件旁設置接地連接件。電氣設備的金屬外殼應設置輔助的外接地連接件。

目前，須特別注意的是，圖9所示鑄鋁合金外殼產品的接地連接基本上都沒有設計金屬過渡件，只是在鑄鋁合金外殼殼體上鉆孔攻絲直接擰上接地螺栓。

GB3836.1－200015.5條中規定接地連接部分含輕金屬材料時，則必須采取特殊的預防措施(例如應用鋼質過渡件)。鋼質過渡件是用鋼質材料加工而成的圓柱套或螺紋套。

圓柱套是用過盈配合鉚入輕金屬材料外殼殼體上的孔內。螺紋套是用螺紋連接方式擰入輕金屬材料外殼殼體上的螺紋孔內(必須有防松措施)，如圖10所示。

圖10

2.1.6 引入裝置備用出線口，用堵板封堵而沒有用堵棒且未標注引入裝置標志

引入裝置備用出線口，用堵板封堵而沒有用堵棒且未標注引入裝置標志(如圖11所示)GB3836.1－200016.7條中規定，電氣設備外殼上不裝電纜或導管引入裝置的通孔用的封堵件，應能與設備外殼一起符合相應的防爆形式的規定。封堵件只能用工具才能拆除。

GB3836.1－2000D4條中規定，引入裝置的螺紋入口處應標出螺紋尺寸。引入裝置密封圈可適用多種電纜，應表示出允許使用電纜的最小、最大直徑。當密封圈與金屬墊圈一起使用時，同樣可在金屬墊圈上進行標志。

在產品設計過程中產品的備用出線口要有封堵件封堵，引入裝置要有標志標出。

2.1.7 透明件的安裝不符合標準要求

透明件的安裝(如圖12所示)沒有使用金屬或金屬包覆襯墊;沒有用有足夠熱穩定性的膠粘材料膠粘;沒有使用壓框或壓板保證外殼強度。而是采用沒有足夠熱穩定性和粘接強度的普通的玻璃膠膠粘。

GB3836.1－2000 1 2.1條中規定，與安全性有關的膠粘材料，在運行條件下要有足夠的熱穩定性，以適應電氣設備的最高溫度。GB3836.2－20005.5.1條中規定采用膠粘或密封材料時，其設計的外殼強度不得取決于粘接強度。

在產品設計過程中，推薦使用環氧樹脂等具有良好熱穩定性膠粘材料，并且膠粘后要有壓框或壓板壓住透明件以保證外殼強度。

2.2 工頻耐壓試驗

三聚氰胺接線端子絕緣損壞;貫穿端子澆封時導線間電氣間隙不符合標準要求;為節省外殼材料導致外殼接線空腔過小，使導線連接電氣間隙不符合標準要求;造成工頻耐壓試驗不合格。

在產品設計過程中，三聚氰胺接線端子與隔爆腔隔板上的孔之間的配合，一定是間隙配合，不能設計為過渡配合，更不能設計為過盈配合，以免裝配時三聚氰胺接線端子絕緣損壞。

貫穿端子的結構設計。多芯防爆貫穿端子澆封搪錫處，各導線之間應有支架支撐。導線要盡量對稱擺設。貫穿導線的相互間隔，以及與填充腔內壁的間隔，原則上為導線外徑的1/2以上(最小為2mm)。

外殼接線空腔的設計應使導線按規定連接后，爬電距離和電氣間隙符合相應防爆型式標準的規定。

2.3 沖擊試驗

圖13所示鑄鋁合金外殼、工程塑料外殼因材質問題或殼體壁厚過薄導致沖擊試驗損壞。圖14所示透明件沒有鋼化處理或壁厚過薄導致沖擊試驗損壞。

現在，隨著玻璃行業技術的發展和進步，用于隔爆型防爆熒光燈上的玻璃管的質量已經取得了很大提高。過去玻璃管的制作工藝由于是人工吹制，導致玻璃管壁厚中部比兩端薄，在進行沖擊試驗和外殼耐壓試驗時，合格率是比較低的。現在的玻璃管的制作工藝是機械拉制成型，壁厚均勻。經試驗在2J的沖擊能量下合格率在80%以上。但是在4J的沖擊能量下合格率還是很低的。因此建議在產品設計過程中隔爆型防爆熒光燈的保護網網孔尺寸應＜50mm×50mm。以提高產品的安全性能。

2.4 溫度測定

(1)電器產品連接導線、接線端子與額定工作電流不匹配。

按產品溫度測定試驗連接導線規格要求，試驗電流范圍在85～115A，導線截面積應為35mm2;試驗電流范圍在50～65A，導線截面積應為16mm2;試驗電流范圍在25～32A，導線截面積應為6mm2。(圖15)產品主開關額定工作電流100A/3P，分開關額定工作電流1－60A/3P、1－32A/3P;使用導線截面積主開關16mm2，分開關 10mm2、4mm2。導致最高表面溫度過高，使產品達不到應有的溫度組別。

(2)燈具，特別是大功率投光燈(如圖16所示)，由于產品光源腔容積較小，散熱片表面積小達不到散熱效果，反光罩反光效果差，光源距透明件近等原因，使相同光源、功率的產品溫度測定試驗時測出溫度組別不同。

在電氣產品設計過程中，電氣元器件的功率發熱器件盡可能貼近外殼殼壁布置。外殼凈容積應考慮電氣元器件的功率大小。功率大外殼凈容積應大一些，以便于散熱。要避免“只要把電氣元器件裝入外殼內，導線能連接上就可以”的設計理念。要充分考慮散熱問題和電氣元器件電弧灼燒殼壁的問題。一般情況下主開關、接觸器盡可能布置在外殼中部，以防止電弧灼燒殼壁。而且觸頭不應該在隔爆接合面的平面上，以防止電弧引起傳爆。

燈具產品的設計也同樣要考慮散熱問題，并且燈具產品的散熱問題相對比電氣產品的散熱問題更為重要。因為他還關系到透明件能否承受熱劇變試驗。

在燈具產品設計過程中，殼壁外側應設計有一定散熱面積的散熱片，特別是大功率投光燈。現在，在產品檢驗過程中發現大多數小功率隔爆型防爆燈都設計有散熱片，但是大功率投光燈卻很少設計有散熱片。

在試驗過程中發現散熱片的增加對提高產品的溫度組別起到很大作用。同樣提高反光罩質量、相對增大殼體凈容積也可以提高產品的溫度組別。設計時應綜合考慮。

2.5 熱劇變試驗

透明件在熱劇變試驗時損壞(如圖16所示)。在燈具產品設計過程中，光源與透明件距離應相對大一些，這樣可以降低透明件的溫升，同時透明件的選擇也相當重要，透明件應選擇正規、有資質的廠家且經過鋼化處理的產品。

2.6 密封圈的引入裝置夾緊、密封試驗

壓緊螺母式電纜引入裝置采用塑料壓緊螺母，由于塑料壓緊螺母材質問題，在引入裝置夾緊、密封試驗中，施加扭矩時螺紋脫扣導致無法壓緊密封圈。密封圈厚度過薄，在引入裝置夾緊、密封試驗中不能壓緊芯棒或電纜(如圖17所示)。雖然GB3836.2－2000D1.1.2條中規定:如果電纜引入裝置只使用一種規定的橡膠密封圈，該密封圈最小的非壓縮軸向長度應為5mm，但是，由于密封圈材料等問題，密封圈厚度過薄，很難滿足密封圈引入裝置夾緊、密封試驗的要求。

在產品設計過程中建議壓緊螺母式電纜引入裝置，壓緊螺母采用鋼、鑄鋁等金屬材質。密封圈厚度不小于20mm，以保證產品防爆性能，并滿足密封圈引入裝置夾緊、密封試驗的要求。在實際使用中，如果是規定鋼管布線，可以配塑料壓緊螺母或不配壓緊螺母(不包括增安型塑料外殼，但是要保證工程塑料材質，以滿足密封圈引入裝置夾緊試驗的要求和外殼防護等級達到IP54)。

在產品設計過程中，電纜引入裝置直接引入隔爆型設備時，使用的是致密和圓形的熱塑性、熱固性或彈性的電纜，具有擠壓成的襯層和不吸水填料，可按(圖18)選擇引入裝置、密封圈。

2.7 外殼耐壓試驗

(1)在外殼耐壓試驗中，由于鑄造鋁合金隔爆殼體的隔爆腔外殼厚度，相對于隔爆腔容積太薄，且沒有設置筋板及鑄造鋁合金隔爆殼體圓角過渡處，為了外形美觀設計，圓角過小導致應力集中，致使箱體損壞(如圖19所示)。

圖18

在產品設計過程中，鑄造鋁合金隔爆殼體的隔爆腔壁厚度尺寸可以通過理論計算獲得。一般情況下鑄件尺寸越大，則要求它的壁厚相應增大，但是鑄件的機械強度不是隨著壁厚的增大而的增加，因此在設計時不應單獨以增加壁厚作為提高強度的唯一辦法。可以采取設置筋板，選擇合理的截面形狀等方法。隔爆腔殼體壁的轉角處容易產生應力、縮孔和縮松，因此轉角部位應設計成圓角。一般情況下內圓角R≥5mm。

(2)隔爆殼體的螺紋隔爆接合面內螺紋殼體壁厚太薄，軸向嚙合長度短，使隔爆螺紋接合面強度下降，造成內螺紋隔爆殼體出現裂紋、脫扣、損壞(見圖20)。

在產品設計過程中螺紋式隔爆結構是一種連接十分方便的結構。當螺紋為圓柱形時，通常用螺距、配合精度、最少嚙合扣數和最小軸向嚙合長度4個參數來表示。GB3836.2－20005.3條中規定，對于ⅡA、ⅡB外殼螺紋接合面的最小嚙合扣數為5扣，當容積大于100cm3時，最小嚙合軸向長度為8mm;當容積不大于100cm3時，最小嚙合軸向長度為8mm。對于ⅡC類隔爆外殼螺紋接合面應符合標準規定。但是，在實際設計過程中，還要考慮螺紋的機械強度問題，不能只是滿足嚙合扣數為5扣，嚙合軸向長度為8mm的要求。螺紋隔爆殼體減去螺紋牙型高度的厚度最少應為3mm。對于大螺紋的螺紋接合面的嚙合扣數、嚙合軸向長度和螺距都應相應增加。在產品加工過程中一定要嚴格控制螺紋接合面的配合精度6H/6g，以保證螺紋接合面牙型的有效嚙合。

(3)鋼板焊接外殼沒有里外雙面焊接，只是在外側單面焊接，且為了外形美觀焊接后又將焊肉磨平，降低了鋼板外殼焊縫強度，導致外殼耐壓試驗時隔爆外殼殼體損壞(如圖21所示)。

在產品設計過程中，鋼板焊接外殼一定要里外雙面焊接，焊后去焊渣。不得有夾渣、縮孔等缺陷，一定要保證焊肉完整，以確保焊接后隔爆殼體的強度。

(4)透明件壁厚薄，沒有進行鋼化處理，導致外殼耐壓試驗時損壞(如圖22所示)。

產品設計過程中，在透明件選型時要選擇正規、有資質的廠家且經過鋼化處理的產品。

(5)壓力重疊

兩個隔爆腔之間設計有隔板，隔板上開有小孔(如圖23所示)這樣使內部爆炸時造成壓力重疊現象，導致隔爆外殼損壞。

這個試驗樣品是一個“T”型結構，隔爆腔之間被開有小孔的隔板分開，試驗在常壓下進行。點火源的位置如圖(如圖24所示)。試驗證明，這種結構是十分不合理的結構，一是結構形狀不合理;二是又被隔板分成兩個隔爆腔，產生壓力重疊現象。壓力重疊現象會使隔爆外殼內部某個部位的壓力比標準條件下的爆炸壓力高出幾倍，按照正常條件設計的隔爆外殼就有可能損壞。

這種結構在設計時是可以避免的，只要把隔板上的小孔設計成隔爆結構就可以了。

在有一些情況下，設計時已經選擇了很合理的隔爆外殼形狀，但是，由于隔爆外殼內部元器件的形狀和布置無法改變，試驗時出現壓力重疊現象。這種情況設計時必須增加隔爆外殼的機械強度。

通常情況下，隔爆外殼應采用長方體結構或圓柱體結構。長方體的寬度與長度之比，圓柱體的直徑與長度之比應是2/3。如果隔爆外殼需要隔板分開時，分開后的各獨立的隔爆腔，也應該符合這一要求。各獨立的隔爆腔之間應該以隔爆結構箱連通。

(6)鋼板焊接外殼沒有經過去應力處理去除焊接應力，開蓋后隔爆面變型導致隔爆面不平度超差，不能滿足隔爆間隙要求。為滿足隔爆間隙要求增加了螺栓預緊力，外殼耐壓試驗時螺栓拉斷。

在產品制造過程中，焊接時焊件受到不均勻的局部加熱和冷卻，產生焊件變形和焊件應力，導致在以后的加工、使用過程中出現變形或開裂現象。所以，隔爆外殼焊接后必須進行去應力處理。焊件應力的消除方法通常采用①整體退火;②自然失效;③振動法。

2.8 內部點燃不傳爆試驗

(1)鑄造鋁合金隔爆外殼隔爆面厚度太薄(如圖25所示)，導致強度不能滿足殼體內部試驗爆炸壓力的要求，內部點燃不傳爆試驗時傳爆。

在產品設計過程中，隔爆外殼隔爆面厚度設計要考慮強度問題，一般情況下隔爆面厚度應不小于8mm。也可以通過理論計算獲得。

(2)螺紋緊固件、緊固隔爆外殼殼體和蓋，由于緊固螺栓之間距離大(如圖26所示)，導致強度不能滿足殼體內部試驗爆炸壓力的要求，內部點燃不傳爆試驗時傳爆。

在產品設計過程中隔爆外殼殼體與蓋之間的螺紋緊固件的距離不應太大，太大就要加大螺栓尺寸，加大螺栓尺寸就要加大隔爆面寬度，導致材料浪費。一般情況下隔爆外殼殼體與蓋之間的螺紋緊固件的距離應在90～120mm之間。

3 結束語

本文介紹了在檢驗過程中，部分防爆電氣產品生產企業，送檢樣品或抽查產品中出現的質量問題及解決辦法。希望對防爆電氣產品生產企業中的設計人員有所幫助，使我國的防爆電氣產品的質量和安全性能有所提高。

［1］ GB3836.1－2000爆炸性氣體環境用電氣設備第1部分:通用要求［S］.

［2］ GB3836.2－2000爆炸性氣體環境用電氣設備第2部分:隔爆型‘d’［S］.

［3］ GB3836.15－2000爆炸性氣體環境用電氣設備第15部分:危險場所電氣安裝(煤礦除外)［S］.

［4］ 劉鴻文.材料力學［M］.北京:高等教育出版社.

［5］ 徐灝.機械設計手冊第一卷［M］.北京:機械工業出版社，1994.