煤礦用隔爆型電氣設備外殼及部件設計

張雷

(中國煤炭科工集團太原研究院，山西 太原 030006)

1 引言

由于煤礦井下采掘過程中，空氣里含有瓦斯等爆炸性氣體，而電氣設備又是產生危險高溫或足夠火花能量的設備，故在煤礦這種爆炸性危險場所用的隔爆型電氣設備外殼及部件無疑是關系井下安全的最重要因素之一。因此要求礦用電氣設備既要達到隔爆性能，同時滿足電氣性能。2010年實施的防爆標準3836.2—2010《爆炸性氣體環境用電氣設備第2部分:隔爆型》作了原則規定，筆者在此基礎上，針對大家在設計時常涉及的有關情況進一步加以論述。

2 隔爆外殼設計原理

煤礦用電氣設備外殼的隔爆原理是:將電氣設備的帶電部件放在特制的外殼內，該外殼具有將殼內電氣部件產生的火花和電弧與殼外爆炸性混合物隔離開的作用，并能承受進入殼內的爆炸性混合物被殼內電氣設備的火花、電弧引爆時所產生的爆炸壓力，而外殼不被破壞;同時能防止殼內爆炸生成物向殼外爆炸性混合物傳爆，不會引起殼外爆炸性混合物燃燒和爆炸。這種特殊的外殼叫“隔爆外殼”。煤礦用電氣設備外殼具有良好的隔爆和耐爆性能，用于煤礦井下爆炸性氣體環境工作場所。隔爆型電氣設備的標志為“d”。按我國GB3836.1《爆炸性氣體環境用電氣設備第1部分:通用要求》分類規定，煤礦用電氣設備屬于Ⅰ類。

隔爆型電氣設備除電氣部分外，主要結構包括隔爆外殼及一些附在殼上的零部件，如電纜(電線)引入裝置、接線盒、透明件、襯墊等。為了實現隔爆外殼耐爆和隔爆性能，對隔爆外殼的形狀、材質、容積、結構等均有特殊的要求。

3 防爆措施

3.1 隔爆外殼

煤礦用隔爆型電氣設備的隔爆外殼不但具有耐爆性還應具有隔爆性。鑒于隔爆外殼耐爆性，須注意以下幾點:

(1)事實證明，隔爆外殼的容積與外殼內的爆炸壓力無關。所以設計制造隔爆外殼時在可以滿足設備技術要求的前提下，盡量減小隔爆外殼的體積，既保證了外殼的耐爆性又減小了體積、減輕了重量，更便于在煤礦井下特殊環境中使用。

(2)在相同容積、不同形狀的隔爆外殼中，球形外殼的爆炸壓力最大，而長方體外殼爆炸壓力最小，因此隔爆外殼以采用長方形外形為宜，這樣可以提高外殼的耐爆能力。

(3)當外殼是由兩個或多個連通空腔組成，在外殼內爆炸性混合物發生爆炸時將會產生壓力重疊，隔爆外殼的耐爆性受到威脅。為此在設計制造隔爆外殼時應盡量避免采用多空腔結構或盡可能使外殼內部的形狀能消除壓力重疊現象。如增大兩空腔容積比、增大連通孔斷面積等。如果不可能避免壓力重疊現象，則應提高外殼的機械強度。

(4)煤礦用隔爆型電氣設備隔爆外殼材質亦有特殊要求，見表1。

鑒于外殼隔爆性可通過隔爆接合面實現。隔爆接合面形式分非螺紋接合面及螺紋接合面兩種，它們均須采取一些特殊有效的措施。

對于非螺紋隔爆接合面，通常是采用法蘭連接隔爆保護方式。其中隔爆接合面寬度L、隔爆接合面有效寬度l、隔爆接合面間隙i、隔爆接合面的粗糙度Ra是隔爆外殼能否隔爆的關鍵要素，其具體參數見表2。

表1 隔爆外殼材質

表2 隔爆接合面參數

表3 螺紋隔爆結構參數

對于螺紋接合面來說，螺紋的最少嚙合扣數、最小擰入深度，須符合表3的規定，同時螺紋結構須有防止自行松脫的措施。

3.2 緊固件

當采用可拆卸螺釘或螺栓作為隔爆外殼緊固件時，須符合以下6點要求:

(1)螺栓和不透螺孔緊固后，須留有大于2倍防松彈簧墊圈厚度的螺紋余量。

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

(3)緊固螺栓擰入法蘭的深度(螺紋的長度)應大于緊固螺栓的螺紋外直徑。

(4)螺紋公差配合應按照GB/T 9145的6g/6H級。

(5)應采取防止緊固件因振動而自行松脫的措施。

(6)螺栓和螺母不允許使用塑料或輕合金材料。

3.3 引入裝置及引入方式

引入裝置即我們常說的喇叭嘴，型號規格可參考標準JB4262－1992防爆電器用橡套電纜引入裝置。

隔爆型電氣設備的電纜和導線的引入方式包括直接引入和間接引入兩種。直接引入即用直接引入主外殼內的連接方式。間接引人即用接線盒或插接裝置連接的方式。

對于符合下述條件的電氣設備可采用直接引入方式;其它須采用間接引入方式。

(1)正常運行時設備不產生火花、電弧和危險溫度;

(2)功率不大于250W，電流不大于5A。

接線盒是電氣設備間接引入的中間環節。其可采用隔爆型、增安型或其他防爆型式，常采用隔爆型。無論何種型式的接線盒，都應符合通用要求中對接線盒的有關要求。接線盒的空腔與主腔之間要采用隔爆或膠封結構，接線盒內的電氣間隙和爬電距離應符合規定的數值。

3.4 透明件

透明件主要是觀察窗和燈具的透明罩，它們是隔爆外殼的一部分。透明件一般采用玻璃和鋼化玻璃(如鈉鈣鋼化玻璃)制成。燈具透明件與外殼之間可以直接膠封。觀察窗透明件可采用密封結構，此時密封墊既有密封作用又有隔爆作用，因此須符合以下5點要求:

(1)密封墊厚度不小于2mm。

(2)接合面寬度:當外殼容積不大于100cm3時，不小于6.0mm，當外殼容積大于100cm3，時，不小于9.5mm.

(3)密封墊必須采用具有一定強度的金屬(如紫銅)或金屬包覆的不燃性材料制成。

(4)襯墊安裝后要保證不脫落，并在外殼產生爆炸壓力時也不會被擠出外殼。

(5)緊固透明件的壓板應設在主腔內，防止隨意拆卸而失爆。

隔爆外殼需要安裝密封墊的地方亦可參考以上要求。

3.5 通氣與排液裝置

通氣與排液裝置也是隔爆外殼的一部分。通氣排液裝置是隔爆外殼內的電氣設備或元件在正常運行或停機泄壓時向殼外環境通氣或排液的重要裝置。通氣、排液裝置要與外殼可靠連接，并要保證良好的隔爆和耐爆性能。由于煤礦井下空氣中粉塵多，濕度大、含有腐蝕性氣體，因此通氣、排液裝置要用防腐蝕金屬材料制成，并要有防塵措施，以防止通氣孔或排液孔被堵塞，失去通氣和排液功能。

3.6 接地

一般電氣設備均須設內、外接地螺栓并注明紅色接地標志“”。當采用直接引入方式時，內接地螺栓則放在主腔內部;當采用間接引入方式時，內接地螺栓則放在接線空腔內部。

4 結語

本文著重討論的是煤礦用隔爆型電氣設備外殼及其附屬部件，冀希望在設計時提供一定的參考和幫助。

［1］爆炸性氣體環境用電氣設GB3836.1－2010第1部分:通用要求［S］.

［2］爆炸性氣體環境用電氣設GB3836.2－2010第2部分:隔爆型“d”［S］.