張雷

(中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院，山西 太原 030006)

1 引言

由于煤礦井下采掘過程中，空氣里含有瓦斯等爆炸性氣體，而電氣設(shè)備又是產(chǎn)生危險(xiǎn)高溫或足夠火花能量的設(shè)備，故在煤礦這種爆炸性危險(xiǎn)場所用的隔爆型電氣設(shè)備外殼及部件無疑是關(guān)系井下安全的最重要因素之一。因此要求礦用電氣設(shè)備既要達(dá)到隔爆性能，同時(shí)滿足電氣性能。2010年實(shí)施的防爆標(biāo)準(zhǔn)3836.2—2010《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第2部分:隔爆型》作了原則規(guī)定，筆者在此基礎(chǔ)上，針對大家在設(shè)計(jì)時(shí)常涉及的有關(guān)情況進(jìn)一步加以論述。

2 隔爆外殼設(shè)計(jì)原理

煤礦用電氣設(shè)備外殼的隔爆原理是:將電氣設(shè)備的帶電部件放在特制的外殼內(nèi)，該外殼具有將殼內(nèi)電氣部件產(chǎn)生的火花和電弧與殼外爆炸性混合物隔離開的作用，并能承受進(jìn)入殼內(nèi)的爆炸性混合物被殼內(nèi)電氣設(shè)備的火花、電弧引爆時(shí)所產(chǎn)生的爆炸壓力，而外殼不被破壞;同時(shí)能防止殼內(nèi)爆炸生成物向殼外爆炸性混合物傳爆，不會引起殼外爆炸性混合物燃燒和爆炸。這種特殊的外殼叫“隔爆外殼”。煤礦用電氣設(shè)備外殼具有良好的隔爆和耐爆性能，用于煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境工作場所。隔爆型電氣設(shè)備的標(biāo)志為“d”。按我國GB3836.1《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分:通用要求》分類規(guī)定，煤礦用電氣設(shè)備屬于Ⅰ類。

隔爆型電氣設(shè)備除電氣部分外，主要結(jié)構(gòu)包括隔爆外殼及一些附在殼上的零部件，如電纜(電線)引入裝置、接線盒、透明件、襯墊等。為了實(shí)現(xiàn)隔爆外殼耐爆和隔爆性能，對隔爆外殼的形狀、材質(zhì)、容積、結(jié)構(gòu)等均有特殊的要求。

3 防爆措施

3.1 隔爆外殼

煤礦用隔爆型電氣設(shè)備的隔爆外殼不但具有耐爆性還應(yīng)具有隔爆性。鑒于隔爆外殼耐爆性，須注意以下幾點(diǎn):

(1)事實(shí)證明，隔爆外殼的容積與外殼內(nèi)的爆炸壓力無關(guān)。所以設(shè)計(jì)制造隔爆外殼時(shí)在可以滿足設(shè)備技術(shù)要求的前提下，盡量減小隔爆外殼的體積，既保證了外殼的耐爆性又減小了體積、減輕了重量，更便于在煤礦井下特殊環(huán)境中使用。

(2)在相同容積、不同形狀的隔爆外殼中，球形外殼的爆炸壓力最大，而長方體外殼爆炸壓力最小，因此隔爆外殼以采用長方形外形為宜，這樣可以提高外殼的耐爆能力。

(3)當(dāng)外殼是由兩個(gè)或多個(gè)連通空腔組成，在外殼內(nèi)爆炸性混合物發(fā)生爆炸時(shí)將會產(chǎn)生壓力重疊，隔爆外殼的耐爆性受到威脅。為此在設(shè)計(jì)制造隔爆外殼時(shí)應(yīng)盡量避免采用多空腔結(jié)構(gòu)或盡可能使外殼內(nèi)部的形狀能消除壓力重疊現(xiàn)象。如增大兩空腔容積比、增大連通孔斷面積等。如果不可能避免壓力重疊現(xiàn)象，則應(yīng)提高外殼的機(jī)械強(qiáng)度。

(4)煤礦用隔爆型電氣設(shè)備隔爆外殼材質(zhì)亦有特殊要求，見表1。

鑒于外殼隔爆性可通過隔爆接合面實(shí)現(xiàn)。隔爆接合面形式分非螺紋接合面及螺紋接合面兩種，它們均須采取一些特殊有效的措施。

對于非螺紋隔爆接合面，通常是采用法蘭連接隔爆保護(hù)方式。其中隔爆接合面寬度L、隔爆接合面有效寬度l、隔爆接合面間隙i、隔爆接合面的粗糙度Ra是隔爆外殼能否隔爆的關(guān)鍵要素，其具體參數(shù)見表2。

表1 隔爆外殼材質(zhì)

表2 隔爆接合面參數(shù)

表3 螺紋隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)

對于螺紋接合面來說，螺紋的最少嚙合扣數(shù)、最小擰入深度，須符合表3的規(guī)定，同時(shí)螺紋結(jié)構(gòu)須有防止自行松脫的措施。

3.2 緊固件

當(dāng)采用可拆卸螺釘或螺栓作為隔爆外殼緊固件時(shí)，須符合以下6點(diǎn)要求:

(1)螺栓和不透螺孔緊固后，須留有大于2倍防松彈簧墊圈厚度的螺紋余量。

(2)外殼上的不透螺孔，其周圍及底部的厚度須不小于螺栓直徑的1/3，但至少為3mm。

(3)緊固螺栓擰入法蘭的深度(螺紋的長度)應(yīng)大于緊固螺栓的螺紋外直徑。

(4)螺紋公差配合應(yīng)按照GB/T 9145的6g/6H級。

(5)應(yīng)采取防止緊固件因振動(dòng)而自行松脫的措施。

(6)螺栓和螺母不允許使用塑料或輕合金材料。

3.3 引入裝置及引入方式

引入裝置即我們常說的喇叭嘴，型號規(guī)格可參考標(biāo)準(zhǔn)JB4262－1992防爆電器用橡套電纜引入裝置。

隔爆型電氣設(shè)備的電纜和導(dǎo)線的引入方式包括直接引入和間接引入兩種。直接引入即用直接引入主外殼內(nèi)的連接方式。間接引人即用接線盒或插接裝置連接的方式。

對于符合下述條件的電氣設(shè)備可采用直接引入方式;其它須采用間接引入方式。

(1)正常運(yùn)行時(shí)設(shè)備不產(chǎn)生火花、電弧和危險(xiǎn)溫度;

(2)功率不大于250W，電流不大于5A。

接線盒是電氣設(shè)備間接引入的中間環(huán)節(jié)。其可采用隔爆型、增安型或其他防爆型式，常采用隔爆型。無論何種型式的接線盒，都應(yīng)符合通用要求中對接線盒的有關(guān)要求。接線盒的空腔與主腔之間要采用隔爆或膠封結(jié)構(gòu)，接線盒內(nèi)的電氣間隙和爬電距離應(yīng)符合規(guī)定的數(shù)值。

3.4 透明件

透明件主要是觀察窗和燈具的透明罩，它們是隔爆外殼的一部分。透明件一般采用玻璃和鋼化玻璃(如鈉鈣鋼化玻璃)制成。燈具透明件與外殼之間可以直接膠封。觀察窗透明件可采用密封結(jié)構(gòu)，此時(shí)密封墊既有密封作用又有隔爆作用，因此須符合以下5點(diǎn)要求:

(1)密封墊厚度不小于2mm。

(2)接合面寬度:當(dāng)外殼容積不大于100cm3時(shí)，不小于6.0mm，當(dāng)外殼容積大于100cm3，時(shí)，不小于9.5mm.

(3)密封墊必須采用具有一定強(qiáng)度的金屬(如紫銅)或金屬包覆的不燃性材料制成。

(4)襯墊安裝后要保證不脫落，并在外殼產(chǎn)生爆炸壓力時(shí)也不會被擠出外殼。

(5)緊固透明件的壓板應(yīng)設(shè)在主腔內(nèi)，防止隨意拆卸而失爆。

隔爆外殼需要安裝密封墊的地方亦可參考以上要求。

3.5 通氣與排液裝置

通氣與排液裝置也是隔爆外殼的一部分。通氣排液裝置是隔爆外殼內(nèi)的電氣設(shè)備或元件在正常運(yùn)行或停機(jī)泄壓時(shí)向殼外環(huán)境通氣或排液的重要裝置。通氣、排液裝置要與外殼可靠連接，并要保證良好的隔爆和耐爆性能。由于煤礦井下空氣中粉塵多，濕度大、含有腐蝕性氣體，因此通氣、排液裝置要用防腐蝕金屬材料制成，并要有防塵措施，以防止通氣孔或排液孔被堵塞，失去通氣和排液功能。

3.6 接地

一般電氣設(shè)備均須設(shè)內(nèi)、外接地螺栓并注明紅色接地標(biāo)志“”。當(dāng)采用直接引入方式時(shí)，內(nèi)接地螺栓則放在主腔內(nèi)部;當(dāng)采用間接引入方式時(shí)，內(nèi)接地螺栓則放在接線空腔內(nèi)部。

4 結(jié)語

本文著重討論的是煤礦用隔爆型電氣設(shè)備外殼及其附屬部件，冀希望在設(shè)計(jì)時(shí)提供一定的參考和幫助。

［1］爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)GB3836.1－2010第1部分:通用要求［S］.

［2］爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)GB3836.2－2010第2部分:隔爆型“d”［S］.