美国UL 674标准中电动机接线盒的爆炸压力试验方法

(佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯 154005)

0 引言

随着国内与国际间的经济贸易越来越多，取得各国相关认证的检验工作也逐渐增多，电机行业也不例外，其中以IEC认证和美国UL认证较多。UL是美国保险商试验所(Underwriter Laboratories Inc.)的简写。UL安全试验所是美国最有权威的，也是世界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构， 它是一个独立的、营利的、为公共安全做试验的专业机构。它采用科学的测试方法来研究确定各种材料、装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害和危害的程度；确定、编写、发行相应的标准和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料，同时开展实情调研业务。在UL认证中，关于危险场所用电机的安全标准为UL 674，它是UL认证中针对防爆电机的关键标准。

UL 674标准适用于安装使用在I类1级B组(氢气)、C组(乙烯)和D组(丙烷)；II类1级E组(金属粉尘)、F组(煤)和G组(谷物)危险场所的电动机和发电机。按国内防爆分类来看，B、C、D组相当于隔爆型，E、F、G组相当于粉尘防爆型，本文主要就B、C、D组中对电机接线盒钢管布线增加的标准进行介绍，并对爆炸压力试验的点火位置进行分析。

1 UL标准中对电机接线盒的特殊说明

在UL 674标准中，第36.2.4条中对电机接线盒爆炸压力试验有一项增加硬金属管道的特殊说明：如果电机接线盒内没有能够引燃内部易爆(在正常条件下因电弧、火花或热效应产生的爆炸)的零部件，那么配有1～1/2和更小尺寸管路的连接措施，应在下表中使用硬金属管道长度进行测试。用于接线盒爆炸压力试验的硬金属管道的长度见表1。

表1 用于接线盒爆炸压力试验的硬金属管道的长度

这里以B组、C组和D组为例，分别对应B组(氢气)、C组(乙烯)和D组(丙烷)，在最高爆炸压力试验中的浓度和试验次数如下。

B组：氢气。试验气体在空气中所占百分比15%～35%，每根导管的点火次数为10次;

C组：乙烯。试验气体在空气中所占百分比4%～9%，每根导管的点火次数为10次;

D组：丙烷。试验气体在空气中所占百分比3%～7%，每根导管的点火次数为10次。

此试验部分的爆炸压力是为了后续外壳静压试验提供最高压力值，能否在10次爆炸压力试验过程中取得最高压力，关系到后续检验的准确性。

2 点火位置分析

在进行点火位置分析前，首先需了解增加管道后接线盒的示意图，如图1所示。

图1 增加管道后的接线盒

由图1可知，可以发现能进行点火位置的有4个点最为理想，即A点、B点、C点和D点。在从4个点中选取点火位置时，这里需要考虑一个激波的作用。

2.1 激波的形成

当气体以超声速绕物体流动时，在物体前会形成一道突跃的压缩波。气流通过这道压缩波时，其压强、密度和温度突跃地上升一个数值，流速或马赫数M相应地下降一个数值，即气流受到突然的压缩。这道突跃的压缩波就称为激波，这是一种强扰动波。气流通过强扰动波时，已不再是一个等熵过程，而是一个增熵过程。这种波的运动速度大于波前气体的声速，或者说，若假定物体不动，只有气体以超声速吹来时，在物体前才能形成激波。当气体以超声速在管道中运动或从喷管中流出时，在一定条件下，也会形成激波。

2.2 爆轰的发生

假设一根装有可燃预混气体的长管，管子一端封闭，在封闭端点燃混合气，形成一燃烧波。初始阶段燃烧波是正常火焰传播，由正常火焰传播产生的已燃气体，由于温度升高，体积会膨胀。体积膨胀的已燃气体就相当于一个燃气活塞，压缩未燃混合气，产生一系列的压缩波，这些压缩波向未燃混合气传播，各自使波前未燃混合气的p(压强)、ρ(密度)、T(温度)发生一个微小增量，并使未燃混合气体获得一个微小向前的运动速度，因此后面的压缩波波速比前面的大。当管子足够长时，后面的压缩波就有可能重叠在一起，形成激波。由此可见，激波一定在开始形成的正常火焰前产生。一旦激波形成，会使未燃混合气着火。经过一段时间以后，正常火焰传播与激波引起的燃烧合二为一。于是，激波传播到哪里，哪里的混合气就着火，火焰传播速度与激波速度相同。激波后的已燃气体又连续向前传递一系列的压缩波，并不断提供能量以阻止激波强度的衰减，从而得到稳定的爆轰波。爆轰波形成过程如图2所示。

图2 装有可燃预混气的长管

2.3 点火位置不同对激波产生的影响

综上所述，选取点火位置时可以去掉B点和D点，只考虑A点和C点。在以A点为点火位置时，点燃混合气的过程是从导管A点向C点进行火焰传播，如果此时的C点为测压点则可以采集到最大爆炸压力，火焰传播过程如图3所示。

图3 由A点向C点进行的火焰传播

由图3可知，激波E由A点向C点前进，到达接线盒空腔后引燃二次爆炸，一系列压缩波叠加在一起后，对C点形成此次点火的最大爆炸压力。

第二种情况，当以C点为点火位置时，点燃混合气的过程是从接线盒空腔C点开始向A点、B点、D点进行火焰传播，火焰传播过程如图4所示。

图4 由C点向A点进行的火焰传播

由于接线盒空腔的原因并不能形成激波，最大爆炸压力只能在B点、A点、D点产生，向A点前进的压缩波F是在爆炸波E经过衰减后形成的，并不能做为最大爆炸压力。在B点和D点产生的爆炸压力因为压缩波F的存在，也是无法产生代表整体空腔的最大爆炸压力。

3 两种点火位置对爆炸压力曲线的影响

以氢气为例，对两种点火位置分别进行爆炸压力试验，按照氢气在空气中所占百分比15%～35%做为混合气充入试样中，首先点火位置在A点时，爆炸压力曲线如图5所示。

图5 点火位置在A点时，爆炸压力曲线

点火位置在C点时，爆炸压力曲线如图6所示。

图6 点火位置在C点时，爆炸压力曲线

经过试验对比，可以发现想要获取此次试样的最大爆炸压力，需要以A点做为点火位置来进行试验，才能获得准确的最大爆炸压力。此次点火位置分析是以图1的试样模型为基础进行的。

4 结语

随着世界经济的全球化和中国加入WTO，中国经济正日益与世界经济接轨，为了更好地融入国际市场，有很多国际认证在国内进行：一是说明国际市场对中国的产品需求越来越大；二是反应了国内的检验机构正逐渐与国际接轨，检验能力和检验水准能够获得各种国际认证的认可。本篇中对试验方法的探究希望能起到抛砖引玉的作用，开阔思路，在进行国际认证的检验工作中可以提供帮助。