煤矿用隔爆型电气设备外壳及部件设计

2014-05-28张雷

电气开关 2014年3期

张雷

(中国煤炭科工集团太原研究院，山西太原 030006)

1 引言

由于煤矿井下采掘过程中，空气里含有瓦斯等爆炸性气体，而电气设备又是产生危险高温或足够火花能量的设备，故在煤矿这种爆炸性危险场所用的隔爆型电气设备外壳及部件无疑是关系井下安全的最重要因素之一。因此要求矿用电气设备既要达到隔爆性能，同时满足电气性能。2010年实施的防爆标准3836.2—2010《爆炸性气体环境用电气设备第2部分:隔爆型》作了原则规定，笔者在此基础上，针对大家在设计时常涉及的有关情况进一步加以论述。

2 隔爆外壳设计原理

煤矿用电气设备外壳的隔爆原理是:将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，该外壳具有将壳内电气部件产生的火花和电弧与壳外爆炸性混合物隔离开的作用，并能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，而外壳不被破坏;同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。煤矿用电气设备外壳具有良好的隔爆和耐爆性能，用于煤矿井下爆炸性气体环境工作场所。隔爆型电气设备的标志为“d”。按我国GB3836.1《爆炸性气体环境用电气设备第1部分:通用要求》分类规定，煤矿用电气设备属于Ⅰ类。

隔爆型电气设备除电气部分外，主要结构包括隔爆外壳及一些附在壳上的零部件，如电缆(电线)引入装置、接线盒、透明件、衬垫等。为了实现隔爆外壳耐爆和隔爆性能，对隔爆外壳的形状、材质、容积、结构等均有特殊的要求。

3 防爆措施

3.1 隔爆外壳

煤矿用隔爆型电气设备的隔爆外壳不但具有耐爆性还应具有隔爆性。鉴于隔爆外壳耐爆性，须注意以下几点:

(1)事实证明，隔爆外壳的容积与外壳内的爆炸压力无关。所以设计制造隔爆外壳时在可以满足设备技术要求的前提下，尽量减小隔爆外壳的体积，既保证了外壳的耐爆性又减小了体积、减轻了重量，更便于在煤矿井下特殊环境中使用。

(2)在相同容积、不同形状的隔爆外壳中，球形外壳的爆炸压力最大，而长方体外壳爆炸压力最小，因此隔爆外壳以采用长方形外形为宜，这样可以提高外壳的耐爆能力。

(3)当外壳是由两个或多个连通空腔组成，在外壳内爆炸性混合物发生爆炸时将会产生压力重叠，隔爆外壳的耐爆性受到威胁。为此在设计制造隔爆外壳时应尽量避免采用多空腔结构或尽可能使外壳内部的形状能消除压力重叠现象。如增大两空腔容积比、增大连通孔断面积等。如果不可能避免压力重叠现象，则应提高外壳的机械强度。

(4)煤矿用隔爆型电气设备隔爆外壳材质亦有特殊要求，见表1。

鉴于外壳隔爆性可通过隔爆接合面实现。隔爆接合面形式分非螺纹接合面及螺纹接合面两种，它们均须采取一些特殊有效的措施。

对于非螺纹隔爆接合面，通常是采用法兰连接隔爆保护方式。其中隔爆接合面宽度L、隔爆接合面有效宽度l、隔爆接合面间隙i、隔爆接合面的粗糙度Ra是隔爆外壳能否隔爆的关键要素，其具体参数见表2。

表1 隔爆外壳材质

表2 隔爆接合面参数

表3 螺纹隔爆结构参数

对于螺纹接合面来说，螺纹的最少啮合扣数、最小拧入深度，须符合表3的规定，同时螺纹结构须有防止自行松脱的措施。

3.2 紧固件

当采用可拆卸螺钉或螺栓作为隔爆外壳紧固件时，须符合以下6点要求:

(1)螺栓和不透螺孔紧固后，须留有大于2倍防松弹簧垫圈厚度的螺纹余量。

(2)外壳上的不透螺孔，其周围及底部的厚度须不小于螺栓直径的1/3，但至少为3mm。

(3)紧固螺栓拧入法兰的深度(螺纹的长度)应大于紧固螺栓的螺纹外直径。

(4)螺纹公差配合应按照GB/T 9145的6g/6H级。

(5)应采取防止紧固件因振动而自行松脱的措施。

(6)螺栓和螺母不允许使用塑料或轻合金材料。

3.3 引入装置及引入方式

引入装置即我们常说的喇叭嘴，型号规格可参考标准JB4262－1992防爆电器用橡套电缆引入装置。

隔爆型电气设备的电缆和导线的引入方式包括直接引入和间接引入两种。直接引入即用直接引入主外壳内的连接方式。间接引人即用接线盒或插接装置连接的方式。

对于符合下述条件的电气设备可采用直接引入方式;其它须采用间接引入方式。

(1)正常运行时设备不产生火花、电弧和危险温度;

(2)功率不大于250W，电流不大于5A。

接线盒是电气设备间接引入的中间环节。其可采用隔爆型、增安型或其他防爆型式，常采用隔爆型。无论何种型式的接线盒，都应符合通用要求中对接线盒的有关要求。接线盒的空腔与主腔之间要采用隔爆或胶封结构，接线盒内的电气间隙和爬电距离应符合规定的数值。

3.4 透明件

透明件主要是观察窗和灯具的透明罩，它们是隔爆外壳的一部分。透明件一般采用玻璃和钢化玻璃(如钠钙钢化玻璃)制成。灯具透明件与外壳之间可以直接胶封。观察窗透明件可采用密封结构，此时密封垫既有密封作用又有隔爆作用，因此须符合以下5点要求:

(1)密封垫厚度不小于2mm。

(2)接合面宽度:当外壳容积不大于100cm3时，不小于6.0mm，当外壳容积大于100cm3，时，不小于9.5mm.

(3)密封垫必须采用具有一定强度的金属(如紫铜)或金属包覆的不燃性材料制成。

(4)衬垫安装后要保证不脱落，并在外壳产生爆炸压力时也不会被挤出外壳。

(5)紧固透明件的压板应设在主腔内，防止随意拆卸而失爆。

隔爆外壳需要安装密封垫的地方亦可参考以上要求。

3.5 通气与排液装置

通气与排液装置也是隔爆外壳的一部分。通气排液装置是隔爆外壳内的电气设备或元件在正常运行或停机泄压时向壳外环境通气或排液的重要装置。通气、排液装置要与外壳可靠连接，并要保证良好的隔爆和耐爆性能。由于煤矿井下空气中粉尘多，湿度大、含有腐蚀性气体，因此通气、排液装置要用防腐蚀金属材料制成，并要有防尘措施，以防止通气孔或排液孔被堵塞，失去通气和排液功能。