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隔爆型电气设备的防爆结构和安全要求

发布时间:2021/12/27
             隔爆型电气设备的防爆结构和安全要求
  隔爆电气设备,用符号qd。表示,是一种十分经典的防爆电气设备。几十年来,人们在研制和应用防爆电气设备时首先就采用隔爆型防爆结构。这种防爆型式的电气设备,防爆安全性能可靠,两且制造技术成熟,使甩寿命也比较长,十分广泛地应用于存在各种各样的可燃性气体-空气混合物的爆炸性危险场所中。但是,由予隔爆结构的原因,这种电气设备的自身质量比较大,略显笨重。
  由隔爆型电气设备防爆原理可知,隔爆型电气设备的防爆结构就是指“隔爆外壳”的结构。隔爆外壳的结构主要有间隙式隔爆结构、螺纹式隔爆结构、锯齿式隔爆结构、胶粘式隔爆结构、衬垫式隔爆结构、防护式隔爆结构和阻火元件式隔爆结构等,并且,这些外壳还必须符合适应自身结构的安全要求。
  1.间隙式隔爆结构和安全要求
  在隔爆型电气设备中,应用最广泛的隔爆结构型式,应该是间隙式隔爆结构。由组成隔爆外壳的各零件之间相互耦合形成的闯隙结构,如图1.6所示。
  从上述大家已经知道,这种闽隙能够防止隔爆外壳内的爆炸生成物窜出外壳,点燃它周围的爆炸性气体.空气混合物,也就是说,具有“隔离爆炸”的作用。
  在这种间隙式隔爆结构中.从广义上讲,相互耦合形成的部件表面被称为“隔爆接合面”接含面”,有时也简称“接合面”;相互耦合部件之间的缝隙被称为“隔爆间隙”;有时也简称“间隙”人们常常用三个参数来表征这种隔爆结构:隔爆接合面宽度;隔爆间隙;隔爆接合面表面粗糙度。
  (1)隔爆接合面宽度
  隔爆接合面宽度是指从隔爆井壳内部通过隔爆间隙到隔爆外壳外部的最短通道长度,通常用符号L表示,如图所示。
  
  除此之外,还有一种特殊的情况,在隔爆接合面上有螺栓(螺钉)孔时,此处的隔爆接合面宽度则是从隔爆外壳内部或外部经过部分隔爆阊豫到螺栓(螺钉)孔边沿的最短通道长度,通常用符号£,表示,如图1.7所示。
  图1.7还告诉人们,当隔爆型电气设备由两个空腔构成时,有时候会出现两个L1。
  GB 3836.2—2010《爆炸性环境 第2部分:由隔爆外亮“d”保护的设备》规定:当L小于12.5mm时,L1大于等于6mm;当12.5mm小于等于L小于25mm时,L1大于等于8mm;当L大于等于25mm时,L1大于等于9mm。
  隔爆接合面宽度(L,L1),在平面式连接(图1.7)穰露麓式连接(图1.8)时,是很容易确定大小的;而在止口式连接(图1.9,平面一圆筒式连接)时,却要视不同情况而确定。
  
     1-主空腔   2-另一空腔
    图L和L1的定义
  GB 3836.2—2010(爆炸性环境第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备)规定,对于止口式隔爆接合面,当止口部分圆柱的倒角f小于等于1mm,并且圆筒部分的直经差(即隔爆间隙)△小于等于0.10mm,对于I类和ⅡA级,△小于等于0.20mm;对于ⅡB级,△小于等于0.15mm;对于IIC级,△小于等于0.10mm时,隔爆接合面宽度是平面部分宽度和圆筒部分宽度的和,即L=A+b,L1=a+b;如果不能满足上述条件,则隔爆接合面宽度只能是止口式隔爆接合面的平面部分宽度。
  这里还需说明的是,对于ⅡC级止口式隔爆接合面,还必须要求A大于等于6mm,b大于等于0.5L。
  对于止日式隔爆接合面提出的这些要求,主要是考虑瓣角聱分藩戚的小豹翻环形空腔不能对儒爆性能产生不利的影响。倒角f小于等于1mm和直径差矗符合相应数值,被认为是不能产生这种不利影响的。
  (2)隔爆间隙
  隔爆接合面的间隙,即隔爆间隙,通常用符号“i”表承,对于平面式连接,是耦合的两平面之阊的缝嗽,理论上i=0;对于圆筒式连接。是耦合的两圆柱面之闻的直径差,理论上i=φ1-φ2,如图所示。
  (3)隔爆接合面表面粗糙度
  一般来讲,对隔爆接合面的表面粗糙度要求并不很高,m6.3um就可以潇足要求。
  但是,对于转轴或操纵杆,表面粗糙度应该为尺口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传播。
  (4)间隙式隔爆结构的主要参数
  
  图1.9 止口式隔爆接合面    1-内部空腔
  通常情况下,隔爆型电气设备应该按照最大试验安全间隙进行分级,以便更合理地适应各式各样的可燃性气体环境的需要。人们根据试验数据和实践经验,对于I类隔爆型电气设备,确定一个防爆级别:dI;对于Ⅱ类隔爆型电气设备,分为三个防爆级别:dII A级、dⅡB级、dII C级。
  事实上,最大试验安全间隙在实际上是不能够使用的,那只是一个在一定的试验条件下得到的极限数值。人们为了实际应用,对最大试验安全间隙采取一个安全系数,便得到了实际应用的隔爆间隙值。
  1)I类和ⅡA级、ⅡB级隔爆外壳适用于I类外壳和ⅡA级、邱级外壳隔爆接合面的最小宽度和最大间隙,如表1.3所示。
 表1.3 I类外壳和lI A级、ⅡB级外壳啊爆接合面的量小宽度和量大阀隙④

接合面最宽度L/mm

最大间隙i/mm

容积V/cm3V小于等于100

容积V/cm 100?V小于等于500

 容V/cm3500?V小于等于2000

容积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

旋转电机轴承盖圆筒式接合面

滑动轴承

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级诵爆外壳
  适用于ⅡC级外壳隔爆接合面的最小宽度和最大间隙,如表1.4所示。
  表1.4 ⅡC级外壳隔爆接合面的量小宽度和最大间隙

合面

合面最小宽L/mm

最大间隙i/mm

容积V/cm3

V小于等于100

容积V/cm3

100?V小于等于500

容积V/cm3

500?V小于等于2000

容积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,止口式接台面

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

旋转电机轴承盖圆筒式接合面(滚动轴承)

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)操纵扦或小转轴
  在操纵杆或小转轴的情况下,圆筒式隔爆结构的参数(最小宽度和最大间隙)应该符合上述表1.3和表1.4的规定。但是,如果操纵杆或小转轴的直径大于表1.3和表1.4中规定的接合两的最小宽度,那么,此时接合面的宽度应该不小于操纵杆或小转轴的直径,但也不必大于25mm。
  4)旋转电机
  对于旋转电机,当转轴通过隔爆外壳壳整时,那里应该设置隔爆型轴承盖。在确定带有油封槽的轴承盖的隔爆接合面宽度时,接合面宽度不应该包括油封檀的宽度,而且也不应该被油封槽分开。
轴承盖的隔爆接合面宽度(不包括油封槽宽度在内)应该符合表1.3和表1.4中规定的要求。但是,在滑动轴承的情况下,隔爆型轴承盖的接合面宽度,当转轴直径不大于25mm时,不应该小于转轴的直径;当转轴直径大于25mm时,不应该小于25mm(对于ⅡC级旋转电机,不允许使甩滑动轴承)。
  轴承盖和转轴配合的直径差(即隔爆间隙)不应该大于表1.3和表1.4中的规定值。
  除上述规定外,转轴与轴承盖配合的最小径向间隙k(图1.10)也是一个很重的参数。
  不管是I类隔爆型电机,还是ⅡA级和ⅡB级隔爆型电机,抑或是ⅡC级隔爆型电机,这个k值都不应该小于0.05mm。
  在滚动轴承的情况下,转轴与轴承盖配合的最大径向间隙 m不应该大于表1.3和表1.4中规定的转轴与轴承盖之间允许的最大间隙值的2/3。
  在滑动轴承的情况下,轴承盖与转轴配合的隔爆接合面应该用无火花材料(例如铅黄铜)覆盖,覆盖层厚度至少等于k值。
  2.螺纹式隔爆结构和安全要求
  
  图1.10 k和m的定义
  螺纹式隔爆结构(图1.11)是一种连接十分方便的结构,因而,常常被人们采用。对于这种隔爆结构,当螺纹为圆柱形时,通常用4个参数来表征:螺距、配合精度、最少啮合扣数和最小轴向啮合长度;当螺纹为锥形时,通常用3个参数来表征:螺距、耦合面上螺纹扣数和啮合扣数。具体参数和参数值如表1.5和表1.6所示。
  表1.5螺纹式隔爆结构参数(圆柱形螺纹)1

接合面参数

P/mm

P大于等于0.70

配合精度

最少合扣数K

K大于等于5

外壳容积y/cm3为右值时小轴向啮合长度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螺纹式隔爆结构参数(锥形螺纹)

合面参数

  数值

螺距P/mm

P大于等于0.9

耦合面上螺纹扣数K

K大于等于5

啮合扣数Ke

Ke

  此外,螺纹式隔爆结构必须配置防松措施,预防螺纹在设备运行过程中发生松动。侧如,对予需要打开的情况,可以使用紧定螺钉固定,而且被紧定螺钉分开的部分不得相加计算;对予不需要打开的情况,可以在螺纹接合部位“冲点”或“点焊”封固,或采用其饱等效的措施止动。
  
  图1.11 翻柱形螺纹式隔爆结构
  1-盖子;2-隔爆外壳壳壁
  3.锯齿式隔爆结构和安全要求
  锯齿式隔爆结构(图1.12)是一种相互耦合的两零件的表面上具有“锯齿”的结构型式,类似予螺纹式隔爆结构。这种隔爆结构的参数不必符合表1.5和表1.6的数值规定,但是应该符合以节要求:
  ①至少具有完整的5扣啮合锯齿。
  ②螺距等于或大于1.25mm。
  ③牙型角等于600±5 0。
  4.胶粘式隔爆结构和安全要求
  胶粘式隔爆结构(图1.13)是一种特殊的隔爆结构。有时电气设备外壳零部件之间的接合并不是很规整的,但是又必须进行隔爆结构的处理,于是,人们就用胶粘剂将不规整的间隙或缝隙粘接起来。
  当隔爆型电气设备外壳的容积V在下列范围时,胶粘式接合面的最小胶粘宽度(L)不应小于:
  
  图1.12锯齿式隔爆结构
  在这种结构中使用的胶粘剂应该具有较好的粘接力和抗老化性能,而且,胶粘剂固化后不得龟裂或出现裂纹。
  此外,胶粘式隔爆结构的机械强度不得仅仅依靠胶粘剂的强度来实现,还必须有相应的其他措施来保证。
  5.衬垫式隔爆结构和安全要求
  衬垫式隔爆结构(图1.14),也称作密封式隔爆结构,是一种衬垫进行密封的隔爆结构。在这里,衬垫应该用金属或金属包覆的可压缩的不燃性材料制成。所使用的金属应该是一种所谓的“软”金属,如铅、铜、铝等。软金属在外力的作用下可以填充相互耦合的隔爆接合面之阕鹃缝础。
  
  衬垫式隔爆结构
  在有些情况下,村垫式隔爆结构是一种可供选择的隔爆结构;它使用衬垫作为这种隔爆结构的主要零搏。这种隔爆结构在通常情况下,应该满足下列要求:
  ①衬垫厚度不应该小于2mm。
  ②接合面宽度(L)不应该小于:
  当外壳容积不大于100cm3时,6mm。
  当外壳容积大于100cm3时,9.5mm。
  有时衬垫的接合面宽度也可以小于平面式隔爆接合面宽度(L,L1),但是不得小于9.5mm。
  此外,在这种隔爆结构中,衬垫应该被牢固地固定在一个耦合面上。
  6.防护式隔爆结构和安全要求
  防护式隔爆结构(图1.15)是一种能够保持隔爆外壳具有一定防护等级(IP)的隔爆结构。有时隔爆型电气设备需要具有较高的防外物的能力,防止固体异物(例如各种粉尘)和水(例如湿气)进入设备内,妨害设备的正常运行,于是,人们在隔爆接合面上配置衬垫,提高它的防护等级。
  在这种隔爆结构中,衬垫不起隔爆作用,只是一种密封措施,可以采用硫化橡胶材料制成。
  
  图1.15防护式隔爆结构 1-盖子;2-隔爆防护式密封衬垫;3-隔爆外壳壳壁
  衬垫安装在隔爆接合面的一个固定的耦合面上的沟槽内,另一个耦合面将它压紧,便构成了这种隔爆结构。隔爆接合面可以被树垫分开,但是在计算隔爆接合面宽度时不得将分开的两部分相加计算。
  衬垫可以是平面式的,也可以是0形圈式的。
  当隔爆接合面是矩形形状时常常采用平蕊式衬垫。在计算沟槽深度(H)和衬垫厚度(h)时,可以使用下列公式:
   B=b/α
    H=αh
   式中B——沟槽宽度(mm);
  b—一衬垫宽度(mm);
  α—一树垫宽度与沟槽宽度之比,通常取α=0.9~0.8.
  当隔爆接合面是圆环型状时,通常情况下采用o形圈式衬垫。在确定沟槽尺寸(即宽度B和深度H)时,可以使用下列公式:
  B=d
H=0.8d
  式中d——o形圈密封条的直径(即所谓的“线径”)(mm)。
  在式(1·1)和式(1.2)中,表面上没有看到间隙对相关数《值的影响,但是事实上间隙已经包含在内。因为,在公式推导过程中,考虑到硫化橡胶衬垫适当地高出沟槽平面,在耦合平两的压缩下发生变形,填充了沟槽的相等的空隙空间,警是,此时间隙趋近于0。由此可见,高出沟槽平面的树垫部分起到密封作用,压缩后趋近于0的间隙起到隔爆作用。