矿用隔爆外壳水压试验工装设计与应用

龙秉政

摘要：隔爆外壳作为隔爆电气设备的重要组成部分，不允许存在缺陷，可以说防爆性能的好坏直接影响设备安全性的优劣。文章简要介绍了矿用隔爆外壳水压试验工装的设计及其在不同隔爆外壳上的应用。

关键词：隔爆外壳；水压试验；工装设计

中图分类号：TM357 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0033-02

煤矿井下使用的电气设备是具有防爆性能的，隔爆外壳作为隔爆电气设备的重要组成部分，不允许存在缺陷，而且应具有一定的强度来承受内部爆炸造成的影响，可以说防爆性能的好坏直接影响设备安全性的优劣。水压试验作为检测防爆壳体质量及防爆等级的关键工序，防爆壳体的强度及密封性必须进行水压试验来判定其制造质量是否合格，确保外壳的承压能力。

按照《爆炸性气体环境用电气设备 第2部分：由隔爆型“d”保护的设备》（GB3836.2-2010）和《爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求》（GB3836.1-2010）的要求，针对我公司隔爆类外壳产品的形状特点，设计了通用的水压试验机工装。本文对水压试验压力机的选用以及水压试验工装的设计进行介绍，并通过水压试验对水压试验工装的设计进行了验证。

1 水压试验压力机的选用

针对我公司隔爆类外壳产品的形状特点，选择了Y41型单臂式水压试验机，其公称压力为600kN，滑块最大行程为600mm。该水压机具有使用效率高、工作强度小、装夹方便等优点。

2 水压试验工装的设计

2.1 设计原则

水压试验工装依据以下原则进行设计：满足使用过程中壳体定位的稳定性和可靠性；有足够的承载或夹持力度以保证壳体在水压工装上进行测试；满足刚度的情况下，尽可能的重量轻；装夹方便可靠，便于加工；选材合理，结构尽可能的简化，避免成本昂贵。

2.2 设计要求

基于本公司防爆类产品外壳结构外形尺寸，设计一种通用性强、结构紧凑、使用寿命较长的水压试验工装，可以节约工装成本、节省劳动力、提高试验效率。

2.3 水压工装的整体设计

由于水压试验机进水孔与排气孔在工作台面上，所以水压试验时壳体倒扣在工作台上，如图1所示。为避免壳体法兰面划伤，工作台面上铺上橡胶垫。由压力机通过水压试验工装施加向下的压紧力，作用在壳体底面。

图1 壳体水压试验使用示意图

水压试验工装主要由加长杆法兰、加长杆、过渡件、盖体、加强筋、底板、压紧柱、球体轴和底座组成。图2是使用SolidWorks软件对结构外形进行3D建模。

1.加长杆法兰；2.加长杆；3.过渡件；4.盖体；5.加强筋；6.底板；7.压紧柱；8.球体轴；9.底座

图2 结构外形图

加长杆组件：由于压力机滑块的最大行程只有600mm，为了适用于本单位的产品，设计加长杆组件，如图3所示，其中加长杆法兰与压力机法兰螺栓连接；加长杆与加长杆法兰和过渡件焊接。

加长杆组件保证垂直度是关键，所以加工时加长杆两端需要车成平面，焊接时采用小直径焊条、小电流，尽量减小内应力产生，从而减少焊接变形。

球体轴组件：球体轴组件是水压工装的核心组件，是水压工装能否实际应用的关键，如图4所示。

图3 加长杆组件

图4 球体轴组件

防爆壳体在加工过程中，壳体底面钢板未进行车削加工，所以底面平整度不能保证。为防止在加压过程中出现未压紧漏水的情况，该水压工装采用球体转动压紧，依靠球体的角位移动来吸收或补偿一个或者多个方向上横向移动。同时，为了避免在巨大的压力作用下引起隔爆外壳变形造成质量问题，采用球体轴结构，可以保证压紧力作用点和支撑力作用点一致，进而减小水压试验对产品造成较大的塑性变形。

底板组件：

图5 底板组件

底板组件包括底板、加强筋以及压紧柱。由于底板面积较大，为了防止在中心位置受到较大的压力时，底板发生变形影响使用，在底板沿长度方向焊接两个槽钢作为加强筋，增加底板强度。压紧柱通过螺栓连接固定在底板上，水压试验时，压紧柱压在箱体的四角。为了使水压工装适应不同产品规格尺寸，在底板上不同位置预留螺纹孔，更换不同产品做水压试验时，只要将压紧柱拧在相应位置即可。这样设计可以保证水压试验工装的通用性，也可以提高工作效率。

3 水压试验工装的应用

为了验证水压试验工装是否可行，选择了KDW660-21B矿用隔爆兼本安型不间断电源箱以及KDW21-660B双路隔爆兼本安型不间断电源箱两种产品做试验，其中双路隔爆兼本安型不间断电源箱底板略微不平整。两种产品壳体尺寸如表1所示：

表1 壳体尺寸（mm）

型号 名称 长 宽 高

KDW660-21B 矿用隔爆兼本安型

不间断电源箱 560 320 166

KDW21-660B 双路隔爆兼本安型

不间断电源箱 445 220 121

3.1 外壳水压试验操作规范

水的温度以及环境温度不得低于5℃；试验压力按防爆规程进行；逐级升压，升至试验压力时，不得少于3级，每次升压均保持2分钟时间，升至试验压力时保持20分钟以上。保压时用0.5公斤的小锤敲打外壳，对焊缝进行宏观检查，不得有泄漏和影响强度的缺陷。

3.2 水压试验结果

如图6所示，按照水压试验操作规范对两种产品壳体分别进行检测，试验压力达到1.5MPa时，保持1分钟，没有发现裂纹，焊缝及密封面处无泄漏现象，残余变形量在规定范围内，认为试压合格。

图6 水压试验工装应用

结果表明，水压试验机工装球体轴的设计可以保证壳体底板在不平整的情况下法兰与工作台面密封严密，无漏水而影响使用的现象，而且满足本单位的不同型号、不同规格产品需求，具有通用性。

参考文献

[1] 爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求（GB3836.1-2000）[S].

[2] 爆炸性气体环境用电气设备 第2部分：由隔爆型“d”（GB3836.2-2000）[S].

[3] 郝峰，黄革英，曹利波.隔爆外壳水压试验注意事项[J].电气防爆，2005，4：6-7.