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摘要：防爆型電氣設(shè)備是指外殼具有隔爆能力的電氣設(shè)備，這類設(shè)備不僅具有較高的使用價值，其安全性能也非?？煽浚蔷邔嵱脙r值的一種電氣設(shè)備。當前，許多煤礦或石油化工企業(yè)都在爆炸性環(huán)境中作業(yè)，工作人員的生命安全在這種危險環(huán)境中難以得到保障，需要借助電氣設(shè)備來作業(yè)，而在這種環(huán)境中作業(yè)的電氣設(shè)備至少有80%為隔爆型電氣設(shè)備。對于這類設(shè)備來說，隔爆外殼設(shè)計合理與否直接關(guān)系到設(shè)備的實用性、可靠性與安全性，本文試對隔爆外殼的設(shè)計要求進行如下分析。

隔爆型電氣設(shè)備主要用于石油化工或煤礦等危險環(huán)境中作業(yè)，這類設(shè)備借助其隔爆外殼來確保其作業(yè)安全，其隔爆外殼具有不傳爆性與耐爆性，在隔爆結(jié)構(gòu)上具有特殊的參數(shù)要求。例如，隔爆外殼雖然存在接縫，但是為了確保具有足夠的隔爆性能，隔爆外殼在接縫間隙上應(yīng)小于可燃性氣體在實驗中的安全間隙，若可燃性氣體在進入隔爆設(shè)備外殼之后遭遇電火花，被點燃后產(chǎn)生的爆炸火焰將會被嚴密限制在隔爆外殼之中，而不會與外殼外部環(huán)境中的可燃物混合，使外部環(huán)境發(fā)生爆炸?？梢哉f，隔爆外殼既能保證外部環(huán)境的安全，也能保證設(shè)備本身的安全，因此隔爆外殼的設(shè)計十分重要。

一、分析爆炸壓力

所謂爆炸壓力，是指氣體生成物在產(chǎn)生的那一瞬間所產(chǎn)生的壓力，為了獲得理論值，實驗應(yīng)該在正常溫度與正常壓力下進行，實驗環(huán)境應(yīng)該密閉的，并且具有一定容積，還需要處于絕熱狀態(tài)下。假設(shè)隔爆電氣設(shè)備在充滿9.5%濃度甲烷氣體的環(huán)境中進行實驗，其爆炸瞬間的溫度t將會達到2100~2200℃，而爆炸前的溫度一般在15~17℃左右。根據(jù)玻意耳-馬略特定律，求得爆炸后的瞬間爆炸壓力為：

在這個公式中，和分別指爆炸前的壓力與絕對溫度，一般為1*105Pa，為(273+)℃;T則是爆炸后的絕對溫度(273+t)℃。

在隔爆外殼設(shè)計中分析爆炸壓力，主要目的在于發(fā)生內(nèi)部爆炸時可以避免殼體發(fā)生較大的變形或出現(xiàn)嚴重的損害?；趯嶒灲Y(jié)果可以對殼體設(shè)計進行一系列的優(yōu)化，如：加強材質(zhì)強度、提高殼體耐爆性、增加殼體容積與散熱面積，等等。

二、對殼體材質(zhì)進行優(yōu)化設(shè)計

按照國際標準GB3836.2-2010中對爆炸性環(huán)境下隔爆外殼的材質(zhì)設(shè)計要求，裝載在采煤機、輸送機、掘進機等機械設(shè)備上的電氣設(shè)備均應(yīng)使用鑄鋼或鋼板來制作外殼，其余零件裝配的位置務(wù)必保證外力無法對其造成沖擊。若外殼容積不足2000cm3，則其制作材料應(yīng)為灰鑄鐵材質(zhì)，且牌號必須高于HT250，或是使用非金屬材料，但是不可以在除出線口之外的非金屬外殼其他部分使用螺紋釘進行固定。部分隔爆設(shè)備的外殼需要加入適量的鋅，為確保其具有足夠的抗拉強度，不會在溫暖潮濕的環(huán)境中失去活性，應(yīng)盡量少用鋅與鋅合金，若一定要使用鋅合金，合金中鋅的含量必須低于80%，以免其在特殊環(huán)境中迅速降低品質(zhì)。

隔爆外殼需要同時滿足強度、彎曲性能以及力學性能三重要求，在使用鋼材進行殼體組成件的制造時，務(wù)必做到焊接性能良好。由鋼材制成的殼體需要做到表面平整，若殼體表面存在裂縫、夾渣、疤痕、分層、氣泡等缺陷，那么這種殼體便是不合格的，若是防爆結(jié)合面出現(xiàn)上述問題，則有可能是局部加熱不均勻造成的，在設(shè)計和加工時必須要避免這類事件的發(fā)生。

此外，通過對殼體金屬表面進行磷化處理來提高其強度。具體操作是將經(jīng)過初步加工的隔爆殼體放入磷酸鹽溶液中進行冷磷化處理，殼體表面將會形成一層薄薄的磷化膜，這層保護膜既可以使涂料附著力、減摩潤滑力與殼體防腐能力增加，又不會降低殼體的強度與硬度，可謂是有百利而無一害。

三、對外形尺寸、結(jié)構(gòu)布局進行優(yōu)化設(shè)計

目前隔爆設(shè)備外形通常選擇長方體，如此可以在相同體積下具有小的爆炸壓力。外觀和布局中應(yīng)優(yōu)先進行外觀設(shè)計，確定好尺寸大小之后再行結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，以免內(nèi)部格局影響外部尺寸，不得不花費多余的時間精力進行再次修改。

按照功能需求，應(yīng)該對隔爆設(shè)備的內(nèi)部器件進行結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，其優(yōu)化順序應(yīng)為：①接線腔、主控腔、隔離腔和隔爆腔;②腔體與腔體的相對位置、聯(lián)通方式以及隔板位置與隔板形式。基于隔爆設(shè)備對于爬電距離、電磁電容性、散熱距離以及電氣間隙的相關(guān)設(shè)計要求，將相關(guān)器件按照規(guī)定進行固定。安裝時需要保證器件容易更換與安裝，工具與維修者的手可以進入足夠的深度。

此外，還應(yīng)考慮到外殼的壁厚，按照一般標準，15mm壁厚即可滿足設(shè)計要求，但是對于個別特殊情況，可以將壁厚增加至20mm。

四、關(guān)于隔離閉鎖結(jié)構(gòu)與電纜引入的優(yōu)化設(shè)計

按照GB3836.1-2010中關(guān)于各設(shè)備的通用要求，若設(shè)備設(shè)置有隔離開關(guān)，則必須為隔離開關(guān)與門安裝閉鎖裝置，以確保門只有在隔離開關(guān)斷開后才能開啟。在設(shè)計時，隔離閉鎖結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足如下幾條原則：靈活、可靠、簡便、功能實用。

電纜可直接引入，也可間接引入，前者直接將電纜引入外殼內(nèi)部，后者使用接線器將電纜引入接線腔。由于電壓不同，在為不足1140V的電纜接線時應(yīng)遵照國內(nèi)行業(yè)標準JB/T4002-2013進行操作，若額定電壓超過3300V，則要按照GB/T4109-2008與GB/T22079-2019等國標進行操作。

隔爆型電氣設(shè)備對于外殼性能有著較高的要求，本文從爆炸壓力分析、材質(zhì)選擇、隔離閉鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計、外觀與布局等多個角度進行了分析，旨在點明隔爆型電氣設(shè)備的正確設(shè)計方向，確保設(shè)備性能在現(xiàn)實作業(yè)中的正常發(fā)揮。

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