矿用防爆电器外壳要求

周瑞芳 陈月

摘要：在爆炸危险环境中，煤矿企业使用电器产品，由于电弧、火花和危险高温等会在工作过程中产生，在这种环境中，如果可燃性混合物的浓度超过爆炸极限，在这种情况下，就会发生爆炸。为了确保生产的顺利进行，需要按照防爆要求，设计生产这些电气产品。

关键词：隔爆面宽度  磷化面  隔爆外壳

1 概述

对于防爆型电气设备来说，通常情况下都是借助隔爆外壳确保自身的安全性。对于隔爆型电气设备来说，其防爆原理是：在特制的外壳内设置电气设备的带电部件，该外壳能够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。并且外壳需要承受壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，在该压力的作用下，能够确保外壳的安全性。

对于电气设备来说，矿用隔爆型外壳是一种防爆型式，通过外壳任何结合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物对于外壳来说，通常情况下都能够承受，进一步确保内部爆炸不出现损坏，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。

2 煤矿防爆电器外壳性能分析

对于隔爆型外壳来说，一般要承受内部爆炸性气体混合物爆炸时产生的压力，并且必须阻止内部爆炸向外壳周围的爆炸性混合物进行传播。鉴于这一要求，在设计上必须考虑外壳的隔爆性能：①耐爆性能。由于需要承受内腔的爆炸压力，要求外壳的刚度、强度能够抵御爆炸力的冲击。材质的选择至关重要。外壳材料必须有足够的刚度和强度，能够抵御爆炸力的冲击而不破损、不出现永久变形的问题。②隔爆功能。在对隔爆外壳进行设计时，需要遵守相应的规定，为了便于有效地阻止内部爆炸压力向外壳周围爆炸性混合物传播，在这种情况下需要选用适当的隔爆接合面结构参数、电缆引入装置的方式等。③压力重叠。若隔爆外壳有几个空腔，则要防止小孔联通，壳体内电气元件不宜过于分散，各元件所占空间尽量均匀合理，在试验过程中可有效避免压力重叠。④联锁功能和警告。隔爆外壳必须装配普通工具不可解除的联锁装置，以免在通电的情况下开盖引发电气故障，继而造成爆炸事故。⑤标志。隔爆外壳上必须有清晰永久的防爆标志和安全标志。

2.1 煤矿井下用电机外壳采用钢板或铸钢。①煤矿井下用电机在采掘面上使用的隔爆型电机，其外壳应采用钢板或铸钢。若采用稀土球墨铸铁，必须得到防爆检验部门的认可;在其他场所用的隔爆型电机，外壳可用不低于HT250的高强度铸铁。②工厂用电机外壳可采用不低于HT200的灰铸铁。

2.2 外壳紧固螺栓。连接外壳的紧固螺栓除承受必要的锁紧力外，还要承受爆炸压力。

2.3 外壳紧固螺栓的间距，与外壳件的形状、材质、有无筋均有关系。对于平面结构，ⅡC级一般不大于70～80mm，其他隔爆等级一般不大于120mm。止口结构时，一般不大于140mm。螺栓的个数，对于平面结构，一般不少于4个，止口结构不应少于3个。

外壳紧固螺栓的拧入深度，对于铸铁外壳，最少为1.25～1.5倍螺栓直径;钢板外壳，最少为1.0倍螺栓直径。

外壳紧固螺栓的螺纹余量：螺栓拧紧后还须留有大于2倍防松垫圈厚度的剩余螺纹，以便垫圈丢失后仍能将外壳紧固。

外壳上的不透螺孔，其周围及底部的厚度应大于螺孔直径的1/3，但不得小于3mm。 影响防爆外壳隔爆性能的一个主要因素是隔爆接合面，一般来说隔爆接合面的形式有平面法兰及圆筒结构等。隔爆外壳的隔爆平面接合面必须符合“三要素” 隔爆接合面L、l（见表1），隔爆间隙i，表面粗糙度Ra。

表1  I、IIA和IIB类外壳结合面最小宽度和最大间隙

■

表2  IIC类外壳接合面最小宽度和最大间隙

■

隔爆面平面度需要达到0.05，粗糙度需要达到6.3，隔爆间隙要足够小，隔爆面需涂凡士林，达到完好密封。线嘴应平行压紧。

门上的螺栓，拉力要足够，每个螺栓的计算拉力Q可按下式计算：

对于平面法兰结构：Q=1.3Qo（N）

对于止口结构：

Q=1.1Qo（N）  Qo=QP/Z（N）  QP=PA

式中Qo——每个螺栓的计算应力，N;QP——爆炸时螺栓承受的总压力，N;Z——螺栓个数;P——计入爆炸时承受的压应力，MPa，对于ⅡC级取1.5MPa，其余取1.0MPa;A——承受压力的有效面积，m2。

两压紧螺栓入扣差大于5mm，喇叭嘴外部缺损但不影响防爆性能者，属不完好设备。

密封圈植材质须用GB/T6031标准规定的硬度IRHD变化量小于等于20%的橡胶制造，否则为失爆。密封圈分层侧应面向接线腔内，否则为不完好。

3 密封圈的规格要求

一般情况下，如果密封圈尺寸达不到以下标准，就认定为失爆。①密封圈内径与电缆外径差应<1 mm，4mm2及以下电缆的密封圈内径须≤电缆外径。②密封圈外径与进线装置内径间隙应符合表2的规定。③密封圈宽度应大于电缆外径的0.7倍，电缆直径≤20mm时，密封圈非压缩轴向长度最小为20mm，电缆直径>20mm时，密封圈非压缩轴向长度最小为25mm。④密封圈厚度应大于电缆外径的0.3倍，且必须大于4mm（70mm2电缆除外）。

表3

■

4 结论

密封圈无破损，刀削后应整齐平滑，不得出现锯齿状，锯齿直径差大于2mm（含2mm）为失爆，小于2mm为不完好。电缆与密封圈之间不得包扎其他物体，否则为失爆。压叠式线嘴压紧电缆后，其压扁量不准超过电缆直径的10%。隔爆腔的接线嘴如果暂时不用，应用密封圈及厚度大于2mm的钢板封堵压紧。

喇叭嘴的压紧程度：压紧螺母式线嘴一般用单手正向用力拧不动为合格;压盘式线嘴用单手晃动，喇叭嘴无明显晃动为合格。

隔爆结合面加衬垫（包括O形环）时，如果使用可压缩或弹性材料衬垫，例如，防止潮气或灰尘侵入，或防止液体泄漏，它应起辅助作用，不能将结合面隔断，在确定隔爆结合面宽度时只计单边宽度。

高压隔爆开关空闲的接线嘴，应用与线嘴法兰厚度、直径相符的钢板封堵压紧，其隔爆接合面的间隙应符合表1的规定。

为了防止电器设备误操作造成事故，防爆电气设备应设置联锁装置。保证设备带电时，不能开门。而当门打开时，设备不能送电，以保证安全。

做水压试验时，为了防止漏水，每个接线嘴要用锥形橡胶密封圈封堵压紧。门上的孔，要用软橡胶垫密封。水压试验的压力应为参考压力的1.5倍，且至少为1MPa，如果箱体没有永久变形或变形后能恢复为合格。

水冷板也要做水压试验，压力为4MPa，保证焊接牢固、无气孔，水道畅通，且不渗水。

参考文献：

[1]姚克，忻贤同.矿用防爆电器设计、制造、检验、维修知识讲座 第二讲 外壳设计[J].煤矿机电，1990（05）.

[2]骆汉平.小型防爆电器外壳铝合金铸造及其模具设计的研究[J].机械制造与自动化，2007（12）.

[3]李绍春，李光.矿用防爆电器行业概况及其产品市场分析与预测[J].电气开关，1995（10）.