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隔爆外壳门体的优化设计作者：郭春红，王俊峰，郭俊杰来源：《科技创新与生产力》 2014年第12期郭春红，王俊峰，郭俊杰（山西汾西机电有限公司，山西太原 030027）摘要：通过ANSYS Workbench软件对矿用电气设备隔爆外壳进行非线性有限元分析，并结合有限元技术对门体结构进行了优化设计，使门体的重量减少8.28%，经过试验验证，达到了国家标准要求，保证了产品的可靠性。
关键词：优化设计；有限元分析；门体中图分类号：TD684 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2014.12.057收稿日期：２０14－08－19；修回日期：２０14－11－19作者简介：郭春红（1968-），女，甘肃渭源人，硕士，研究员，主要从事矿用电器新产品开发研究，E-mail：fj_gch@。
矿用隔爆型电气设备主要用于具有爆炸性气体环境的煤矿，对供电系统及井下其他设备起到控制、调节和保护作用。
该设备主要由隔爆外壳、机芯及电缆引入装置等部分组成，装有电气元器件的机芯安装于隔爆外壳内，隔爆外壳是该产品的关键部件之一。
矿用隔爆型电气设备的隔爆性和耐爆性是由隔爆外壳来保证的，在产品设计中，其隔爆外壳的可靠性与安全性对煤矿安全生产至关重要。
因此根据国家标准要求产品出厂前都要进行水压试验，以满足壳体的强度和刚度要求。
本文在ANSYS中建立了可尺寸驱动的隔爆外壳门体有限元模型，以实际情况下门体孔台阶为约束边界条件，实际承受的最大载荷为载荷边界条件，对门体进行了有限元分析及多目标多尺寸优化，并将优化结果进行了样机制造和试验验证，通过验证该方法的可行性和可靠性，可以将其应用到整个防爆外壳的优化设计中，最后推广到每个产品，使每个产品的设计趋于最合理状态。
1 建立有限元模型1.1 门体实体模型门体结构是由法兰、腹板、筋、观察窗座焊接而成的，为了获得最高的性价比，在法兰及观察窗座结构确定的情况下对筋、腹板的结构进行优化。
隔爆型电气设备隔爆外壳的设计要求摘要：防爆型电气设备是指外壳具有隔爆能力的电气设备，这类设备不仅具有较高的使用价值，其安全性能也非常可靠，是最具实用价值的一种电气设备。
当前，许多煤矿或石油化工企业都在爆炸性环境中作业，工作人员的生命安全在这种危险环境中难以得到保障，需要借助电气设备来作业，而在这种环境中作业的电气设备至少有80%为隔爆型电气设备。
对于这类设备来说，隔爆外壳设计合理与否直接关系到设备的实用性、可靠性与安全性，本文试对隔爆外壳的设计要求进行如下分析。
关键词：电气设备；隔爆型；隔爆外壳；设计要求隔爆型电气设备主要用于石油化工或煤矿等危险环境中作业，这类设备借助其隔爆外壳来确保其作业安全，其隔爆外壳具有不传爆性与耐爆性，在隔爆结构上具有特殊的参数要求。
例如，隔爆外壳虽然存在接缝，但是为了确保具有足够的隔爆性能，隔爆外壳在接缝间隙上应小于可燃性气体在实验中的最大安全间隙，若可燃性气体在进入隔爆设备外壳之后遭遇电火花，被点燃后产生的爆炸火焰将会被严密限制在隔爆外壳之中，而不会与外壳外部环境中的可燃物混合，使外部环境发生爆炸。
可以说，隔爆外壳既能保证外部环境的安全，也能保证设备本身的安全，因此隔爆外壳的设计十分重要。
一、分析爆炸压力所谓爆炸压力，是指气体生成物在产生的那一瞬间所产生的压力，为了获得理论值，实验应该在正常温度与正常压力下进行，实验环境应该密闭的，并且具有一定容积，还需要处于绝热状态下。
假设隔爆电气设备在充满9.5%浓度甲烷气体的环境中进行实验，其爆炸瞬间的温度t将会达到2100~2200℃，而爆炸前的温度一般在15~17℃左右。
根据玻义耳-马略特定律，求得爆炸后的瞬间爆炸压力为：公式（1）在这个公式中，和分别指爆炸前的压力与绝对温度，一般为1*105Pa，为（273+）℃；T则是爆炸后的绝对温度（273+t）℃。
在隔爆外壳设计中分析爆炸压力，主要目的在于发生内部爆炸时可以避免壳体发生较大的变形或出现严重的损害。
防爆电器的设计选型与设计制作要求【摘要】通常防爆电器经常在具有一定爆炸危险性的环境中使用，这些环境释放的源种类繁多，难以分析判断其爆炸性危险因素。
要保证电器的使用安全，就必须加强对防爆电器的设计，做好防爆电器的设计选型和设计制作工作。
从根本上优化防爆电器，使其更具市场竞争力。
【关键词】防爆电器；设计选型；设计制作由于防爆电器的使用环境具有一定的爆炸危险，因此，必须采用一定的安全措施，让防爆电器除了完成普通电器的电气功能外，还能检测和控制爆炸危险区的安全用电，通讯等。
在日常生活中常见的防爆电器类型有：本质安全型，隔爆型，增安型等，防爆电器主要分为煤矿防爆电器和工厂防爆电器两类。
一、防爆电气产品的设计总思路（一）防爆电气设备应用的环境要求。
①具有易燃易爆蒸汽/气体的爆炸性危险作业环境。
②具有可燃性粉尘的爆炸危险作业环境。
③可燃性粉尘和易燃易爆蒸汽/气体同时存在的危险作业环境，如固态煤炭成品车间及其称重，涂覆，包装，运输等装置中。
并且，随着煤炭企业的不断发展，危险性作业环境将越来越普遍，这就要求煤炭企业高度重视防爆电器设备在企业生产过程中的使用。
同时，设计部分也应进一步对防爆电器进行研究。
④在前三种情况的基础上还存在其他特殊条件（如腐蚀性介质，低温，高温高湿，振动，砂尘雨水等）的环境中也必须用到防爆电器产品。
（二）防爆电器设备的选型。
根据企业中工作环境的爆炸危险性的不同，将蒸汽/气体危险场所划分为：0区、1区、2区。
划分的依据为爆炸危险源的释放程度。
一般而言，0区限于排放口较小的区域或煤炭装置内。
防爆电器一般使用在1、2区，特别是在具有沙尘雨水和腐蚀的2区中，必须使用防爆功能较强的防爆电器设备。
在具有爆炸危险性的工作场所中，经常存在盐雾，化学腐蚀等其他因素，这些因素不仅使设备电器的机械功能和电气性能被严重破坏，同时还使设备的防爆功能受到严重破坏。
因此，在进行防爆电器的选用时，必须确定其抵御能力和安全性。
配电开关控制设备的防爆壳体设计摘要：为了从根本上解决传统防爆壳体功能单一，防爆性能低、线路安全性低等问题，现设计一款功能完善、实用性强的配电开关控制设备的防爆壳体。
首先，介绍了设备工作原理。
其次，从储存罐模块设计、灭火机构模块设计、固定机构模块设计三个方面入手，完成对设备功能模块的科学化设计。
最后，研究了设备的应用效果。
结果表明：本文所设计的配电开关控制设备的防爆壳体运行正常、可靠、稳定，各个功能模块实现满足设计相关要求。
希望通过这次研究，为技术人员提供有效的借鉴和参考。
关键词：配电开关；控制设备；防爆壳体；设计目前，一些配电开关控制设备在使用中，为了避免内部的线路短路燃烧发生的爆照周边的人造成伤害，一般会采用防爆壳体对配电开关控制设备进行限制，传统防爆壳体功能单一，仅仅只能起到防爆的作用，但是，由于线路短路燃烧形成的火却不能进行熄灭，线路燃烧的产生的烟对人和环境都会造成一定的影响。
而新型配电开关控制设备防爆壳体的设计和应用可以很好地解决以上问题，通过设计和应用该设备，可以实现对线路的有效保护，从而更好地保障工作人员的人身安全。
所以，如何科学地设计和应用配电开关控制设备的防爆壳体是技术人员必须思考和解决的问题。
1设备工作原理设计防爆壳体的背部固定连接控制箱，控制箱内侧底部固定连接有支撑板，支撑板的上表面左侧设置有储存罐，储存罐上设置有灭火机构，支撑板的上表面右侧通过弹力机构连接有转动杆；该设备在使用时，利用短路燃烧形成的火把塑料块烧断[1]，进而会触发压力弹簧向下拉动油绳，油绳会拉动滚轮的转动，滚轮会带动转动杆的转动，转动杆转动过程中，转动杆上的触发杆会发生转动，触发杆会击打阀门把手一下，阀门把手转动后，储存罐中的二氧化碳会喷出且快速经过输出管到达防爆壳体的内部，可以快速地将火扑灭。
1代表防爆壳体；2代表控制箱；3代表支撑板；4代表储存罐；5代表转动杆；6代表输出管；7代表球形阀；8代表阀门把手；9代表压力弹簧；10代表油绳；11代表滚轮；12代表固定环；13代表固定杆；14代表触发杆；15代表塑料块图1配电开关控制设备的防爆壳体结构图2设备功能设计为了达到快速扑火救火的目的，降低人员伤亡概率，技术人员要严格按照如图2所示的设备功能模块设计示意图，对储存罐模块设计、灭火机构模块设计、固定机构模块三大模块进行科学化设计。
防爆电器丛书隔爆外壳的设计刘让编著二零零七年八月浙江乐清隔爆外壳的设计刘让编著一概述防爆产品的外壳设计，特别是隔爆型外壳的设计已有许多方法，本文想从理论基础说起，尽量避免繁琐的高等数学的计算，并简化计算以达到实用性强、易掌握的目的。
使防爆产品的质量有更大的提高。
本文主要针对从事防爆产品设计和防爆外壳工艺的技术人员，并具有中专学历以上的人员学习，隔爆外壳的设计包括两个方面的内容：1.隔爆参数的设计；2.外壳强度的设计。
外壳的隔爆参数主要是指隔爆结合面的形式、隔爆面间隙和结合面的宽度以及结合面的粗糙度等，这些参照GB3836的有关内容正确选择就可以。
近年来，随着技术的发展，方壳和快开门结构使用越来越多，外壳主腔使用螺钉紧固逐渐减少(但在厂用防爆产品中仍用的较多)，矿用产品螺钉紧固方式大多用于接线箱和一些小产品中，因此新的结合面紧固方式也是外壳设计的主要部分。
外壳的强度设计，是如何用最少的材料设计出强度足够的隔爆外壳，这也是许多专家研究的课题，至今尚未见到一种成熟而又精确的计算方法，设计中采用经验数据较多，有的通过试验来验证，浪费材料和裕度过大是常见的。
二外壳设计的理论基础1 虎克定律公式△PL LEA杆受拉力纵向伸长△L=L1－L (图1)单位长度杆的纵向伸长(线应变)： ε=L L∆ P 轴向力 A 杆的横截面 E 弹性模量 MPa EA 杆的抗拉(压)刚度这样虎克定律的另一表达式 ε=E σ σ=PA杆中的正应力(拉为正，压为负) 2 低碳钢试件的拉伸图 （1）标准试样(图2) L 工作段在这一长度内任何横截面上的应力均相同 L=10d 或 L=5d L=11.3.或L=5.65（2）低碳钢试样的拉伸图 (图3)Ⅰ弹性阶段△PLLEA 。
Ⅱ屈服阶段试件长度急剧变化，但负载变动小。
Ⅲ强化阶段要继续伸长，所需要克服试件中不断增长的抗力，材料在塑性变形中不断发生强化所致，这阶段塑性变形。
Ⅳ局部变形阶段试件伸长到一定程度后，负载读数反而逐渐降低，出现”颈缩”现象，横截面急剧减小，负载读数降低，一直到试件拉断。
1.2接线腔上盖与腔体法兰的尺寸接线腔上盖与腔体法兰的外围尺寸以相等为好。
有些图纸把上盖尺寸做得比腔体法兰大1～2mm，理由是可以保护腔体法兰不受损伤。
其实这样遇到较大的碰撞时，易使连接螺栓受到剪切力作用，重者螺栓断裂，轻者螺纹损伤，给以后的拆卸工作造成困难。
2引入装置中联通节的设计在设计引入装置时，对联通节的内径D和密封圈外径D的尺寸要注意两者之间的配合，如图2所示。
应先根据电缆的外径来选择密封圈，再依密封圈外径确定联通节内径。
图2引入装置1—金属垫圈；2—密封圈；3—钢质堵板；4─联通节；5—压盘如选用的密封圈外径D为φ680－0.74mm，而联通节选用内径D为φ68mm的钢管，这时对联通节内径的加工误差很关键,当D标注为φ68±1.5mm时，在上限时为φ69.5mm，而密封圈外径D在下限时为φ67.26mm,两者直径差为2.24mm，间隙有些过大。
超过了表2中标准的规定值。
合理公差不合理公差以表2中所列的扳把部分为例，底座孔的不合理公差尺寸为mm，铜套外径不合理的公差尺寸为mm，两者显然为间隙配合，不符合过端盖隔爆接合面间隙的设计至关重要，如果绘出如图4所示的尺寸，不做深入分析时，认为尺寸合理，其隔爆间隙不超出文献［1］中的要求：mm，mm，W≤0.4mm。
图4主腔隔爆接合面现计算分析如下：最大间隙=(8+0.17)－（8－0.22）=0.39mm。
此值小于0.4mm，但经推敲不但没有考虑端盖两个法兰的平面度，而且A、B处尺寸设计也不够合理。
如法兰的平面度取9级为0.1mm时，A、B处尺寸不修改，则：最大间隙=（8＋0.17）－（8－0.22）＋（2×0.1）=0.59mm，该值既大于0.4mm，也大于GB3836.2-83中W≤0.5mm的规定，如将A、B处尺寸改为8+0.14+0.05mm，B处尺寸改为8-0.05-0.12，平面度公差仍为9级，则最大间隙为（8＋0.14）－（8－0.12）＋（2×0.1）=0.46mm此值虽满足国标中的要求，但由于加工的不一致性，还有些偏大，如把平面度公差改为8级0.06mm时，产成品端盖两法兰之间的间隙才比较可靠，此时则为（8＋0.14）－（8－0.12）＋(2×0.06)=0.38mm再有要注意的地方是：端盖法兰设计时，应把有啮口的法兰焊在端盖上,这样有利于保护隔爆面不被碰撞和减少变形。
（上接第193页）了煤泥跑粗现象，基本实现了清水洗煤。
4.2改造后的效益经过半年多的实践证明，改造后的煤泥水系统运行稳定可靠，取得了客观的经济效益：粗煤泥得到有效回收，循环水水质得到有效改善，不仅保证了洗选产品质量，同时多回收的粗煤泥增加了可观的经济效益。
根据统计，粗煤泥回收系统改造后，粗煤泥产率提高了0.3%，按照每月平均入洗12万吨原煤，煤泥与筛末销售差价按220元计算，月创效益72.9万元。
聚丙烯酰胺用量每小时减少6.5kg，每天生产20小时，每月按30天计算，聚丙烯酰胺单价为15384.62元/吨，月节约资金6万元。
5结语经过优化后的煤泥水系统更加合理，保证了粗、细煤泥的有效回收，降低了循环水浓度保证了洗水闭路循环，杜绝了煤泥水外排的现象，带来了可观的环境和经济效益。
参考文献:[1]谢广元，张明旭，等.选矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.[2]高建川.屯兰选煤厂煤泥水系统的技术改造[J].选煤技术，2002（5）:21-23.[3]张顺杰.无烟煤选煤厂煤泥水系统技术改造实践[J].选煤技术，2003（4）:15-17.[4]赵德春.改造选煤工艺降低煤泥水浓度[J].选煤技术，2002（3）:35-36.作者简介:王琼霞(1987-),女,湖北荆州人,研究方向:选煤技术及选煤工艺优化改造。
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。
煤矿防爆电器外壳设计及加工工艺分析【摘要】煤矿企业在爆炸危险环境中电器产品，由于在正常工作时会产生电弧、火花和危险高温，一旦环境中的可燃性混合物的浓度达到爆炸极限范围，就会引起周围的环境产生爆炸。
因此，这些电气产品均设计成防爆型电气设备。
本文对煤矿防爆电器外壳设计及加工工艺进行了探讨。
【关键词】煤矿；防爆电器；外壳设计一、前言通常防爆型电气设备是通过隔爆外壳来实现防爆安全的。
隔爆型电气设备的防爆原理是：将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，而该外壳具有将壳内电气部件可能产生的火花和电弧，与壳外爆炸性混合物隔离开的作用。
并且此外壳应能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，在该压力条件下，确保外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。
这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。
隔爆型电气设备因为具有良好的隔爆和耐爆性能，而被广泛的用于爆炸性环境工作场所。
隔爆外壳要承受1MPa试验压力，所以必须具有足够的强度和刚性，这就使得科学合理的设计该类外壳在安全生产中是至关重要的。
隔爆外壳设计必须符合一般电气设备的要求：（1）外壳要美观大方，结构要紧凑，重量尽可能轻，工艺性良好。
（2）布置电气元件和机械零部件时要有足够的空间，且布局合理，以便于安装、调试、使用和维护。
（3）具备一定的防护等级，要有通风、散热、防尘、防水和防蚀等措施。
（4）设置接地，并有明显的接地标志。
（5）对于重量较大的外壳，还应考虑搬运的要求，即加装吊钩或吊耳。
二、煤矿防爆电器外壳性能分析隔爆型外壳必须能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并且要阻止内部的爆炸向外壳周围的爆炸性混合物传播。
因此，要满足隔爆性能的要求，设计上必须具有下列特殊要求：（1）耐爆性能。
要求外壳体有足够的强度和刚度来承受内腔的爆炸压力。
因此，设计时要选择适当的材质和壁厚，保证外壳不损坏，也不允许产生永久性变形，同时，隔爆接合面参数必须符合相关规定。
