隔爆型電氣設備設計要點

王方利，王貴全

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

隔爆型電氣設備設計要點

王方利1，王貴全2

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

隔爆型電氣設備的隔爆外殼應能承受內部爆炸壓力不損壞，其隔爆接合面應能阻止內部火焰傳遞到外部環境。隔爆接合面的參數包括寬度、距離和間隙，其確定取決于隔爆接合面的結構型式、隔爆外殼的內部容積及設備類別三個因素。當設備內部發生爆炸時，連接接合面的緊固螺栓承受一定的爆炸壓力，應不產生塑性變形，同時其緊固間距應能防止接合面承受壓力時產生過大的瞬間變形。

隔爆外殼;接合面參數;爆炸壓力

1 引言

隔爆型電氣設備廣泛應用于煤礦、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構間隙滲透到外殼內部的爆炸性混合物在內部爆炸而不損壞，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境的點燃。從中不難看出隔爆型電氣設備的關鍵是隔爆外殼，其防止爆炸性環境引燃的措施有兩種:一是通過制造具有足夠強度的外殼來承受內部爆炸而不損壞，把爆炸限制在隔爆腔內，從而達到不引起外部環境點燃的目的;二是對接合面和結構間隙采取相應的結構型式及參數，即制成符合GB3836．2－2010標準規定的隔爆接合面，阻止內部爆炸產生的火焰傳播到外殼周圍爆炸性氣體環境，防止外部環境的點燃。

隔爆接合面是通過限制接合面的寬度及間隙來達到阻燃的效果，而寬度及間隙需要通過隔爆外殼的強度來保持，所以在設計隔爆型電氣設備時即要考慮外殼本身的機械強度，同時也要考慮隔爆外殼在承受內部爆炸壓力時產生的瞬間變形對結構參數的影響。隔爆外殼的強度取決于外殼材料及連接外殼的緊固螺栓的機械性能，尤其是平面接合面緊固螺栓的設置會影響到設備的隔爆性能。本文將對隔爆接合面參數規定、緊固螺栓強度計算進行簡單闡述，供有關人員參考。

2 隔爆接合面參數規定

隔爆接合面的參數包括寬度(L)、距離(l)、間隙(i)，其定義如下。

寬度:從隔爆外殼內部通過接合面到隔爆外殼外部的最短通路。

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

隔爆接合面參數的確定取決于隔爆接合面的結構型式、隔爆外殼的內部容積及設備類別三個因素［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)在進行隔爆外殼強度試驗時，結構不只是依靠過盈配合來防止零件產生位移;

(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，不應存在有意造成的間隙，快開的門或蓋除外。

對于I類電氣設備，應能直接或間接檢查經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應不小于下列值:

(1)當接合面寬度L小于12.5mm時，6mm;

(2)當接合面寬度L等于或大于12.5mm，但小于25mm時，8mm;

(3)當接合面寬度L等于或大于25mm時，9mm。

距離1按照2.1.4.1～2.1.4.4的規定測量。

2.1.4.1 孔在殼體外側的平面接合面上(見圖2)

l值為每個孔與殼體內側之間的距離。

圖2 平面接合面上的孔

2.1.4.2 孔在殼體內側的平面接合面上(見圖3)

1值為每個孔與殼體外側之間的距離。

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類電氣設備不大于0.2mm，對于IIB類電氣設備不大于0.15mm，對于 IIC類電氣設備不大于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是外殼內側與外殼外側的孔之間的平面部分寬度(見圖6)，或當孔位于外殼內側時是孔與外殼外側之間的平面部分寬度(見圖7)。

2.1.5 乙炔環境用平面接合面

對于規定用于含有乙炔爆炸性氣體環境中IIC類電氣設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:

(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;最小嚙合扣數為5扣;當容積大于100cm3，最小軸向嚙合深度為8mm;當容積不大于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不少于5扣;內外螺紋應有相同的公稱尺寸;螺紋應符合ANSI/ASME B1.20.1美國標準錐管螺紋(NPT)的要求，并且擰緊密封;帶凸緣或空刀的外螺紋應: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”;內螺紋的測量應使用L1塞規在“埋入”至“2圈”處進行。

3 隔爆接合面緊固螺栓強度計算

(1)隔爆型設備內部爆炸性混合物發生爆炸時，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生過大的彈性變形，甚至發生塑性變形，致使局部隔爆間隙超過規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、幾何尺寸等因數進行受力狀況分析。根據多年的實踐，一般認為平面法蘭緊固螺栓之間的距離不應大于120mm，具有止口的連接結構緊固螺栓之間的距離可為平面法蘭的1.2倍。根據接合面尺寸及螺栓間距即可確定螺栓的數量。

(2)當電氣設備內部爆炸性混合物發生爆炸時，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生塑性變形，其承受的應力應不大于緊固螺栓的屈服應力。因此根據螺栓數量和外殼受力的情況，即可確定螺栓的屈服應力，通過選擇螺栓機械性能等級，從而確定螺栓的具體規格。計算公式如下:

式中:P—設備內部爆炸時產生的壓強(N/mm2)，其數值與設備類別對應如下:

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。

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—螺栓的屈服應力。

4 結束語

GB836.2－2010中對隔爆接合面的參數進行了規定，但這些規定只是最低要求，作為制造時的參考，產品的隔爆性能最終須通過外殼耐壓和內部點燃不傳爆試驗來進行確認。按照標準規定，在做爆炸試驗時，樣品隔爆面間隙至少為圖紙規定的最大結構間隙的90%，所以隔爆面瞬間彈性變形對試驗結果影響較大。另外，溫度對爆炸壓力有一定影響。一般情況下，隔爆型電氣設備參數是按使用環境溫度為－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的試驗系數來考慮高溫或低溫對爆炸壓力的影響。

［1］ GB3836.2－2010爆炸性環境，第2部分:由隔爆外殼“d”保護的設備［S］．

［2］ 王文義，趙佩珊，等．防爆電氣技術與應用［M］．哈爾濱:黑龍江科學技術出版社．

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:機制工藝與裝備，從事防爆電氣產品審查檢驗工作。