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隔爆型電氣設備的防爆結構和安全要求

發布時間:2021/12/27
             隔爆型電氣設備的防爆結構和安全要求
  隔爆電氣設備,用符號qd。表示,是一種十分經典的防爆電氣設備。幾十年來,人們在研制和應用防爆電氣設備時首先就采用隔爆型防爆結構。這種防爆型式的電氣設備,防爆安全性能可靠,兩且制造技術成熟,使甩壽命也比較長,十分廣泛地應用于存在各種各樣的可燃性氣體-空氣混合物的爆炸性危險場所中。但是,由予隔爆結構的原因,這種電氣設備的自身質量比較大,略顯笨重。
  由隔爆型電氣設備防爆原理可知,隔爆型電氣設備的防爆結構就是指“隔爆外殼”的結構。隔爆外殼的結構主要有間隙式隔爆結構、螺紋式隔爆結構、鋸齒式隔爆結構、膠粘式隔爆結構、襯墊式隔爆結構、防護式隔爆結構和阻火元件式隔爆結構等,并且,這些外殼還必須符合適應自身結構的安全要求。
  1.間隙式隔爆結構和安全要求
  在隔爆型電氣設備中,應用最廣泛的隔爆結構型式,應該是間隙式隔爆結構。由組成隔爆外殼的各零件之間相互耦合形成的闖隙結構,如圖1.6所示。
  從上述大家已經知道,這種閩隙能夠防止隔爆外殼內的爆炸生成物竄出外殼,點燃它周圍的爆炸性氣體.空氣混合物,也就是說,具有“隔離爆炸”的作用。
  在這種間隙式隔爆結構中.從廣義上講,相互耦合形成的部件表面被稱為“隔爆接合面”接含面”,有時也簡稱“接合面”;相互耦合部件之間的縫隙被稱為“隔爆間隙”;有時也簡稱“間隙”人們常常用三個參數來表征這種隔爆結構:隔爆接合面寬度;隔爆間隙;隔爆接合面表面粗糙度。
  (1)隔爆接合面寬度
  隔爆接合面寬度是指從隔爆井殼內部通過隔爆間隙到隔爆外殼外部的最短通道長度,通常用符號L表示,如圖所示。
  
  除此之外,還有一種特殊的情況,在隔爆接合面上有螺栓(螺釘)孔時,此處的隔爆接合面寬度則是從隔爆外殼內部或外部經過部分隔爆閶豫到螺栓(螺釘)孔邊沿的最短通道長度,通常用符號£,表示,如圖1.7所示。
  圖1.7還告訴人們,當隔爆型電氣設備由兩個空腔構成時,有時候會出現兩個L1。
  GB 3836.2—2010《爆炸性環境 第2部分:由隔爆外亮“d”保護的設備》規定:當L小于12.5mm時,L1大于等于6mm;當12.5mm小于等于L小于25mm時,L1大于等于8mm;當L大于等于25mm時,L1大于等于9mm。
  隔爆接合面寬度(L,L1),在平面式連接(圖1.7)穰露麓式連接(圖1.8)時,是很容易確定大小的;而在止口式連接(圖1.9,平面一圓筒式連接)時,卻要視不同情況而確定。
  
     1-主空腔   2-另一空腔
    圖L和L1的定義
  GB 3836.2—2010(爆炸性環境第2部分:由隔爆外殼“d”保護的設備)規定,對于止口式隔爆接合面,當止口部分圓柱的倒角f小于等于1mm,并且圓筒部分的直經差(即隔爆間隙)△小于等于0.10mm,對于I類和ⅡA級,△小于等于0.20mm;對于ⅡB級,△小于等于0.15mm;對于IIC級,△小于等于0.10mm時,隔爆接合面寬度是平面部分寬度和圓筒部分寬度的和,即L=A+b,L1=a+b;如果不能滿足上述條件,則隔爆接合面寬度只能是止口式隔爆接合面的平面部分寬度。
  這里還需說明的是,對于ⅡC級止口式隔爆接合面,還必須要求A大于等于6mm,b大于等于0.5L。
  對于止日式隔爆接合面提出的這些要求,主要是考慮瓣角聱分藩戚的小豹翻環形空腔不能對儒爆性能產生不利的影響。倒角f小于等于1mm和直徑差矗符合相應數值,被認為是不能產生這種不利影響的。
  (2)隔爆間隙
  隔爆接合面的間隙,即隔爆間隙,通常用符號“i”表承,對于平面式連接,是耦合的兩平面之閶的縫嗽,理論上i=0;對于圓筒式連接。是耦合的兩圓柱面之聞的直徑差,理論上i=φ1-φ2,如圖所示。
  (3)隔爆接合面表面粗糙度
  一般來講,對隔爆接合面的表面粗糙度要求并不很高,m6.3um就可以瀟足要求。
  但是,對于轉軸或操縱桿,表面粗糙度應該為尺口3.2um或者m1.6um。表面粗糙度值也不是越小越好,太光滑的表面不剩予阻止爆炸生成物的傳播。
  (4)間隙式隔爆結構的主要參數
  
  圖1.9 止口式隔爆接合面    1-內部空腔
  通常情況下,隔爆型電氣設備應該按照最大試驗安全間隙進行分級,以便更合理地適應各式各樣的可燃性氣體環境的需要。人們根據試驗數據和實踐經驗,對于I類隔爆型電氣設備,確定一個防爆級別:dI;對于Ⅱ類隔爆型電氣設備,分為三個防爆級別:dII A級、dⅡB級、dII C級。
  事實上,最大試驗安全間隙在實際上是不能夠使用的,那只是一個在一定的試驗條件下得到的極限數值。人們為了實際應用,對最大試驗安全間隙采取一個安全系數,便得到了實際應用的隔爆間隙值。
  1)I類和ⅡA級、ⅡB級隔爆外殼適用于I類外殼和ⅡA級、邱級外殼隔爆接合面的最小寬度和最大間隙,如表1.3所示。
 表1.3 I類外殼和lI A級、ⅡB級外殼啊爆接合面的量小寬度和量大閥隙④

接合面最寬度L/mm

最大間隙i/mm

容積V/cm3V小于等于100

容積V/cm 100?V小于等于500

 容V/cm3500?V小于等于2000

容積w/cm3V大于2000

I

ⅡA

ⅡB

I

ⅡA

ⅡB

I

ⅡA

ⅡB

l

ⅡA

ⅡB

平面式、筒式或止口式接

6

0.3

0.30

0.20

-

-

-

-

-

-

-

-

-

9.5

0.35

0.30

0.20

0.35

0.30

0.20

0.08

0.08

0.08

-

-

-

12.5

0.4

0.30

0.20

0.40

0.30

0.20

0.40

0.30

0.20

0.40

0.20

0.15

25

0.5

0.4

0.20

0.50

0.40

0.20

0.50

0.40

0.20

0.50

0.40

0.20

旋轉電機軸承蓋圓筒式接合面

滑動軸承

6

0.30

0.30

0.20

-

-

-

-

-

-

-

-

-

9.5

0.35

0.30

0.20

0.35

0.30

0.20

-

-

-

-

-

-

12.5

0.40

0.35

0.25

0.40

0.30

0.20

0..40

0.30

0.20

0.40

0.20

-

25

0.50

0.40

0.30

0.50

0.40

0.30

0.25

0.50

0.25

0.50

0.40

0.20

40

0.60

0.50

0.40

0.60

0.50

0.30

0.60

0.50

0.30

0.60

0.50

0.25

6

0.45

0.45

0.30

-

-

-

-

-

-

-

-

-

9.5

0.50

0.45

0.50

0.40

0.25

-

-

-

-

-

-

-

12.5

0.60

0.50

0.40

0.60

0.45

0.30

0.60

0.30

0.30

0.60

0.30

0.20

25

0.75

0.60

0.45

0.75

0.60

0.40

0.75

0.60

0.40

0.75

0.60

0.30

40

0.80

0.75

0.60

0.80

0.75

0.45

0.80

0.75

0.45

0.80

0.75

0.40

  2)II C級誦爆外殼
  適用于ⅡC級外殼隔爆接合面的最小寬度和最大間隙,如表1.4所示。
  表1.4 ⅡC級外殼隔爆接合面的量小寬度和最大間隙

合面

合面最小寬L/mm

最大間隙i/mm

容積V/cm3

V小于等于100

容積V/cm3

100?V小于等于500

容積V/cm3

500?V小于等于2000

容積V/cm3

V大于2000

平面式接合面

6

0.10

-

-

-

9.5

0.10

-

-

15.8

0.10

0.10

0.40

-

25

0.10

0.10

0.40

0.04

止口式接合面

A大于等于6mm,

b大于等于0.5L,

L大于等于A+b,

f小于等于1mm

12.5

0.15

0.15

0.15

-

25

0.18

0.18

0.18

0.18

40

0.20

0.20

0.20

0.20

筒式接合面,止口式接臺面

6

0.10

-

-

-

9.5

0.15

0.15

-

-

12.5

0.15

0.15

0.15

-

25

0.15

0.15

0.15

0.15

40

0.20

0.20

0.20

0.20

旋轉電機軸承蓋圓筒式接合面(滾動軸承)

6

0.15

-

-

-

9.5

0.15

0.15

-

-

12.5

0.25

0.2S

0.25

-

25

0.25

0.25

0.25

0.25

40

0.30

0.30

0.30

0.30

  3)操縱扦或小轉軸
  在操縱桿或小轉軸的情況下,圓筒式隔爆結構的參數(最小寬度和最大間隙)應該符合上述表1.3和表1.4的規定。但是,如果操縱桿或小轉軸的直徑大于表1.3和表1.4中規定的接合兩的最小寬度,那么,此時接合面的寬度應該不小于操縱桿或小轉軸的直徑,但也不必大于25mm。
  4)旋轉電機
  對于旋轉電機,當轉軸通過隔爆外殼殼整時,那里應該設置隔爆型軸承蓋。在確定帶有油封槽的軸承蓋的隔爆接合面寬度時,接合面寬度不應該包括油封檀的寬度,而且也不應該被油封槽分開。
軸承蓋的隔爆接合面寬度(不包括油封槽寬度在內)應該符合表1.3和表1.4中規定的要求。但是,在滑動軸承的情況下,隔爆型軸承蓋的接合面寬度,當轉軸直徑不大于25mm時,不應該小于轉軸的直徑;當轉軸直徑大于25mm時,不應該小于25mm(對于ⅡC級旋轉電機,不允許使甩滑動軸承)。
  軸承蓋和轉軸配合的直徑差(即隔爆間隙)不應該大于表1.3和表1.4中的規定值。
  除上述規定外,轉軸與軸承蓋配合的最小徑向間隙k(圖1.10)也是一個很重的參數。
  不管是I類隔爆型電機,還是ⅡA級和ⅡB級隔爆型電機,抑或是ⅡC級隔爆型電機,這個k值都不應該小于0.05mm。
  在滾動軸承的情況下,轉軸與軸承蓋配合的最大徑向間隙 m不應該大于表1.3和表1.4中規定的轉軸與軸承蓋之間允許的最大間隙值的2/3。
  在滑動軸承的情況下,軸承蓋與轉軸配合的隔爆接合面應該用無火花材料(例如鉛黃銅)覆蓋,覆蓋層厚度至少等于k值。
  2.螺紋式隔爆結構和安全要求
  
  圖1.10 k和m的定義
  螺紋式隔爆結構(圖1.11)是一種連接十分方便的結構,因而,常常被人們采用。對于這種隔爆結構,當螺紋為圓柱形時,通常用4個參數來表征:螺距、配合精度、最少嚙合扣數和最小軸向嚙合長度;當螺紋為錐形時,通常用3個參數來表征:螺距、耦合面上螺紋扣數和嚙合扣數。具體參數和參數值如表1.5和表1.6所示。
  表1.5螺紋式隔爆結構參數(圓柱形螺紋)1

接合面參數

P/mm

P大于等于0.70

配合精度

最少合扣數K

K大于等于5

外殼容積y/cm3為右值時小軸向嚙合長度L/mm

V小于等于100

L大于等于5

V>100

L大于等于8

  表1.6螺紋式隔爆結構參數(錐形螺紋)

合面參數

  數值

螺距P/mm

P大于等于0.9

耦合面上螺紋扣數K

K大于等于5

嚙合扣數Ke

Ke

  此外,螺紋式隔爆結構必須配置防松措施,預防螺紋在設備運行過程中發生松動。側如,對予需要打開的情況,可以使用緊定螺釘固定,而且被緊定螺釘分開的部分不得相加計算;對予不需要打開的情況,可以在螺紋接合部位“沖點”或“點焊”封固,或采用其飽等效的措施止動。
  
  圖1.11 翻柱形螺紋式隔爆結構
  1-蓋子;2-隔爆外殼殼壁
  3.鋸齒式隔爆結構和安全要求
  鋸齒式隔爆結構(圖1.12)是一種相互耦合的兩零件的表面上具有“鋸齒”的結構型式,類似予螺紋式隔爆結構。這種隔爆結構的參數不必符合表1.5和表1.6的數值規定,但是應該符合以節要求:
 ?、僦辽倬哂型暾?扣嚙合鋸齒。
 ?、诼菥嗟扔诨虼笥?.25mm。
 ?、垩佬徒堑扔?00±5 0。
  4.膠粘式隔爆結構和安全要求
  膠粘式隔爆結構(圖1.13)是一種特殊的隔爆結構。有時電氣設備外殼零部件之間的接合并不是很規整的,但是又必須進行隔爆結構的處理,于是,人們就用膠粘劑將不規整的間隙或縫隙粘接起來。
  當隔爆型電氣設備外殼的容積V在下列范圍時,膠粘式接合面的最小膠粘寬度(L)不應小于:
  
  圖1.12鋸齒式隔爆結構
  在這種結構中使用的膠粘劑應該具有較好的粘接力和抗老化性能,而且,膠粘劑固化后不得龜裂或出現裂紋。
  此外,膠粘式隔爆結構的機械強度不得僅僅依靠膠粘劑的強度來實現,還必須有相應的其他措施來保證。
  5.襯墊式隔爆結構和安全要求
  襯墊式隔爆結構(圖1.14),也稱作密封式隔爆結構,是一種襯墊進行密封的隔爆結構。在這里,襯墊應該用金屬或金屬包覆的可壓縮的不燃性材料制成。所使用的金屬應該是一種所謂的“軟”金屬,如鉛、銅、鋁等。軟金屬在外力的作用下可以填充相互耦合的隔爆接合面之闋鵑縫礎。
  
  襯墊式隔爆結構
  在有些情況下,村墊式隔爆結構是一種可供選擇的隔爆結構;它使用襯墊作為這種隔爆結構的主要零搏。這種隔爆結構在通常情況下,應該滿足下列要求:
 ?、僖r墊厚度不應該小于2mm。
 ?、诮雍厦鎸挾?L)不應該小于:
  當外殼容積不大于100cm3時,6mm。
  當外殼容積大于100cm3時,9.5mm。
  有時襯墊的接合面寬度也可以小于平面式隔爆接合面寬度(L,L1),但是不得小于9.5mm。
  此外,在這種隔爆結構中,襯墊應該被牢固地固定在一個耦合面上。
  6.防護式隔爆結構和安全要求
  防護式隔爆結構(圖1.15)是一種能夠保持隔爆外殼具有一定防護等級(IP)的隔爆結構。有時隔爆型電氣設備需要具有較高的防外物的能力,防止固體異物(例如各種粉塵)和水(例如濕氣)進入設備內,妨害設備的正常運行,于是,人們在隔爆接合面上配置襯墊,提高它的防護等級。
  在這種隔爆結構中,襯墊不起隔爆作用,只是一種密封措施,可以采用硫化橡膠材料制成。
  
  圖1.15防護式隔爆結構 1-蓋子;2-隔爆防護式密封襯墊;3-隔爆外殼殼壁
  襯墊安裝在隔爆接合面的一個固定的耦合面上的溝槽內,另一個耦合面將它壓緊,便構成了這種隔爆結構。隔爆接合面可以被樹墊分開,但是在計算隔爆接合面寬度時不得將分開的兩部分相加計算。
  襯墊可以是平面式的,也可以是0形圈式的。
  當隔爆接合面是矩形形狀時常常采用平蕊式襯墊。在計算溝槽深度(H)和襯墊厚度(h)時,可以使用下列公式:
   B=b/α
    H=αh
   式中B——溝槽寬度(mm);
  b—一襯墊寬度(mm);
  α—一樹墊寬度與溝槽寬度之比,通常取α=0.9~0.8.
  當隔爆接合面是圓環型狀時,通常情況下采用o形圈式襯墊。在確定溝槽尺寸(即寬度B和深度H)時,可以使用下列公式:
  B=d
H=0.8d
  式中d——o形圈密封條的直徑(即所謂的“線徑”)(mm)。
  在式(1·1)和式(1.2)中,表面上沒有看到間隙對相關數《值的影響,但是事實上間隙已經包含在內。因為,在公式推導過程中,考慮到硫化橡膠襯墊適當地高出溝槽平面,在耦合平兩的壓縮下發生變形,填充了溝槽的相等的空隙空間,警是,此時間隙趨近于0。由此可見,高出溝槽平面的樹墊部分起到密封作用,壓縮后趨近于0的間隙起到隔爆作用。
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