美國(guó)UL 674標(biāo)準(zhǔn)中電動(dòng)機(jī)接線盒的爆炸壓力試驗(yàn)方法

(佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯 154005)

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)與國(guó)際間的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易越來越多，取得各國(guó)相關(guān)認(rèn)證的檢驗(yàn)工作也逐漸增多，電機(jī)行業(yè)也不例外，其中以IEC認(rèn)證和美國(guó)UL認(rèn)證較多。UL是美國(guó)保險(xiǎn)商試驗(yàn)所(Underwriter Laboratories Inc.)的簡(jiǎn)寫。UL安全試驗(yàn)所是美國(guó)最有權(quán)威的，也是世界上從事安全試驗(yàn)和鑒定的較大的民間機(jī)構(gòu)， 它是一個(gè)獨(dú)立的、營(yíng)利的、為公共安全做試驗(yàn)的專業(yè)機(jī)構(gòu)。它采用科學(xué)的測(cè)試方法來研究確定各種材料、裝置、產(chǎn)品、設(shè)備、建筑等對(duì)生命、財(cái)產(chǎn)有無危害和危害的程度；確定、編寫、發(fā)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和有助于減少及防止造成生命財(cái)產(chǎn)受到損失的資料，同時(shí)開展實(shí)情調(diào)研業(yè)務(wù)。在UL認(rèn)證中，關(guān)于危險(xiǎn)場(chǎng)所用電機(jī)的安全標(biāo)準(zhǔn)為UL 674，它是UL認(rèn)證中針對(duì)防爆電機(jī)的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。

UL 674標(biāo)準(zhǔn)適用于安裝使用在I類1級(jí)B組(氫氣)、C組(乙烯)和D組(丙烷)；II類1級(jí)E組(金屬粉塵)、F組(煤)和G組(谷物)危險(xiǎn)場(chǎng)所的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。按國(guó)內(nèi)防爆分類來看，B、C、D組相當(dāng)于隔爆型，E、F、G組相當(dāng)于粉塵防爆型，本文主要就B、C、D組中對(duì)電機(jī)接線盒鋼管布線增加的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹，并對(duì)爆炸壓力試驗(yàn)的點(diǎn)火位置進(jìn)行分析。

1 UL標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電機(jī)接線盒的特殊說明

在UL 674標(biāo)準(zhǔn)中，第36.2.4條中對(duì)電機(jī)接線盒爆炸壓力試驗(yàn)有一項(xiàng)增加硬金屬管道的特殊說明：如果電機(jī)接線盒內(nèi)沒有能夠引燃內(nèi)部易爆(在正常條件下因電弧、火花或熱效應(yīng)產(chǎn)生的爆炸)的零部件，那么配有1～1/2和更小尺寸管路的連接措施，應(yīng)在下表中使用硬金屬管道長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)試。用于接線盒爆炸壓力試驗(yàn)的硬金屬管道的長(zhǎng)度見表1。

表1 用于接線盒爆炸壓力試驗(yàn)的硬金屬管道的長(zhǎng)度

這里以B組、C組和D組為例，分別對(duì)應(yīng)B組(氫氣)、C組(乙烯)和D組(丙烷)，在最高爆炸壓力試驗(yàn)中的濃度和試驗(yàn)次數(shù)如下。

B組：氫氣。試驗(yàn)氣體在空氣中所占百分比15%～35%，每根導(dǎo)管的點(diǎn)火次數(shù)為10次;

C組：乙烯。試驗(yàn)氣體在空氣中所占百分比4%～9%，每根導(dǎo)管的點(diǎn)火次數(shù)為10次;

D組：丙烷。試驗(yàn)氣體在空氣中所占百分比3%～7%，每根導(dǎo)管的點(diǎn)火次數(shù)為10次。

此試驗(yàn)部分的爆炸壓力是為了后續(xù)外殼靜壓試驗(yàn)提供最高壓力值，能否在10次爆炸壓力試驗(yàn)過程中取得最高壓力，關(guān)系到后續(xù)檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

2 點(diǎn)火位置分析

在進(jìn)行點(diǎn)火位置分析前，首先需了解增加管道后接線盒的示意圖，如圖1所示。

圖1 增加管道后的接線盒

由圖1可知，可以發(fā)現(xiàn)能進(jìn)行點(diǎn)火位置的有4個(gè)點(diǎn)最為理想，即A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)。在從4個(gè)點(diǎn)中選取點(diǎn)火位置時(shí)，這里需要考慮一個(gè)激波的作用。

2.1 激波的形成

當(dāng)氣體以超聲速繞物體流動(dòng)時(shí)，在物體前會(huì)形成一道突躍的壓縮波。氣流通過這道壓縮波時(shí)，其壓強(qiáng)、密度和溫度突躍地上升一個(gè)數(shù)值，流速或馬赫數(shù)M相應(yīng)地下降一個(gè)數(shù)值，即氣流受到突然的壓縮。這道突躍的壓縮波就稱為激波，這是一種強(qiáng)擾動(dòng)波。氣流通過強(qiáng)擾動(dòng)波時(shí)，已不再是一個(gè)等熵過程，而是一個(gè)增熵過程。這種波的運(yùn)動(dòng)速度大于波前氣體的聲速，或者說，若假定物體不動(dòng)，只有氣體以超聲速吹來時(shí)，在物體前才能形成激波。當(dāng)氣體以超聲速在管道中運(yùn)動(dòng)或從噴管中流出時(shí)，在一定條件下，也會(huì)形成激波。

2.2 爆轟的發(fā)生

假設(shè)一根裝有可燃預(yù)混氣體的長(zhǎng)管，管子一端封閉，在封閉端點(diǎn)燃混合氣，形成一燃燒波。初始階段燃燒波是正常火焰?zhèn)鞑ィ烧；鹧鎮(zhèn)鞑ギa(chǎn)生的已燃?xì)怏w，由于溫度升高，體積會(huì)膨脹。體積膨脹的已燃?xì)怏w就相當(dāng)于一個(gè)燃?xì)饣钊瑝嚎s未燃混合氣，產(chǎn)生一系列的壓縮波，這些壓縮波向未燃混合氣傳播，各自使波前未燃混合氣的p(壓強(qiáng))、ρ(密度)、T(溫度)發(fā)生一個(gè)微小增量，并使未燃混合氣體獲得一個(gè)微小向前的運(yùn)動(dòng)速度，因此后面的壓縮波波速比前面的大。當(dāng)管子足夠長(zhǎng)時(shí)，后面的壓縮波就有可能重疊在一起，形成激波。由此可見，激波一定在開始形成的正常火焰前產(chǎn)生。一旦激波形成，會(huì)使未燃混合氣著火。經(jīng)過一段時(shí)間以后，正常火焰?zhèn)鞑ヅc激波引起的燃燒合二為一。于是，激波傳播到哪里，哪里的混合氣就著火，火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c激波速度相同。激波后的已燃?xì)怏w又連續(xù)向前傳遞一系列的壓縮波，并不斷提供能量以阻止激波強(qiáng)度的衰減，從而得到穩(wěn)定的爆轟波。爆轟波形成過程如圖2所示。

圖2 裝有可燃預(yù)混氣的長(zhǎng)管

2.3 點(diǎn)火位置不同對(duì)激波產(chǎn)生的影響

綜上所述，選取點(diǎn)火位置時(shí)可以去掉B點(diǎn)和D點(diǎn)，只考慮A點(diǎn)和C點(diǎn)。在以A點(diǎn)為點(diǎn)火位置時(shí)，點(diǎn)燃混合氣的過程是從導(dǎo)管A點(diǎn)向C點(diǎn)進(jìn)行火焰?zhèn)鞑ィ绻藭r(shí)的C點(diǎn)為測(cè)壓點(diǎn)則可以采集到最大爆炸壓力，火焰?zhèn)鞑ミ^程如圖3所示。

圖3 由A點(diǎn)向C點(diǎn)進(jìn)行的火焰?zhèn)鞑?/p>

由圖3可知，激波E由A點(diǎn)向C點(diǎn)前進(jìn)，到達(dá)接線盒空腔后引燃二次爆炸，一系列壓縮波疊加在一起后，對(duì)C點(diǎn)形成此次點(diǎn)火的最大爆炸壓力。

第二種情況，當(dāng)以C點(diǎn)為點(diǎn)火位置時(shí)，點(diǎn)燃混合氣的過程是從接線盒空腔C點(diǎn)開始向A點(diǎn)、B點(diǎn)、D點(diǎn)進(jìn)行火焰?zhèn)鞑ィ鹧鎮(zhèn)鞑ミ^程如圖4所示。

圖4 由C點(diǎn)向A點(diǎn)進(jìn)行的火焰?zhèn)鞑?/p>

由于接線盒空腔的原因并不能形成激波，最大爆炸壓力只能在B點(diǎn)、A點(diǎn)、D點(diǎn)產(chǎn)生，向A點(diǎn)前進(jìn)的壓縮波F是在爆炸波E經(jīng)過衰減后形成的，并不能做為最大爆炸壓力。在B點(diǎn)和D點(diǎn)產(chǎn)生的爆炸壓力因?yàn)閴嚎s波F的存在，也是無法產(chǎn)生代表整體空腔的最大爆炸壓力。

3 兩種點(diǎn)火位置對(duì)爆炸壓力曲線的影響

以氫氣為例，對(duì)兩種點(diǎn)火位置分別進(jìn)行爆炸壓力試驗(yàn)，按照氫氣在空氣中所占百分比15%～35%做為混合氣充入試樣中，首先點(diǎn)火位置在A點(diǎn)時(shí)，爆炸壓力曲線如圖5所示。

圖5 點(diǎn)火位置在A點(diǎn)時(shí)，爆炸壓力曲線

點(diǎn)火位置在C點(diǎn)時(shí)，爆炸壓力曲線如圖6所示。

圖6 點(diǎn)火位置在C點(diǎn)時(shí)，爆炸壓力曲線

經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)想要獲取此次試樣的最大爆炸壓力，需要以A點(diǎn)做為點(diǎn)火位置來進(jìn)行試驗(yàn)，才能獲得準(zhǔn)確的最大爆炸壓力。此次點(diǎn)火位置分析是以圖1的試樣模型為基礎(chǔ)進(jìn)行的。

4 結(jié)語

隨著世界經(jīng)濟(jì)的全球化和中國(guó)加入WTO，中國(guó)經(jīng)濟(jì)正日益與世界經(jīng)濟(jì)接軌，為了更好地融入國(guó)際市場(chǎng)，有很多國(guó)際認(rèn)證在國(guó)內(nèi)進(jìn)行：一是說明國(guó)際市場(chǎng)對(duì)中國(guó)的產(chǎn)品需求越來越大；二是反應(yīng)了國(guó)內(nèi)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)正逐漸與國(guó)際接軌，檢驗(yàn)?zāi)芰蜋z驗(yàn)水準(zhǔn)能夠獲得各種國(guó)際認(rèn)證的認(rèn)可。本篇中對(duì)試驗(yàn)方法的探究希望能起到拋磚引玉的作用，開闊思路，在進(jìn)行國(guó)際認(rèn)證的檢驗(yàn)工作中可以提供幫助。