矿用隔爆型外壳设计应注意的问题
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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。
隔爆型灯具的防爆外壳要求[摘要]隔爆型灯具要紧用于工厂、矿井等地,隔爆外壳是这种隔爆型防爆电气设备的关键部件。
文章简要介绍了隔爆型灯具防爆原理和在防爆检测时要紧检查的项目,并对隔爆型灯具在生产设计中对防爆外壳的要求作了详细介绍。
0引言防爆灯具一样按选用的光源、防爆结构形式和利用方式进行分类。
按光源分类有防爆白炽灯、防爆高压汞灯、防爆低压荧光灯、混合光源灯等;按防爆结构型式分类有隔爆型灯具、增安型灯具、无火花型灯具,也能够由其他防爆型式和上述各类防爆型式组合形成复合型和特殊型灯具;按利用方式分为固定式防爆灯具和携带式防爆灯具。
隔爆型电气设备是具有隔爆外壳的电气设备。
这种设备若是有爆炸性气体混合物进入隔爆外壳并被点燃,隔爆外壳能经受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力,并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性环境传播。
基于这种原理,隔爆型灯具主若是在产品结构上专门设有必然几何结构的隔爆接合面或隔爆螺纹,通过一个整体的隔爆外壳,来经受灯具内部可能产生的爆炸性混合物的爆炸压力并阻止向周围的爆炸性混合物传爆来达到防爆目的。
由于这种防爆类型的灯具外壳一样利用金属材料制造,散热性好,外壳强度高和耐用性好,很受用户欢迎。
随着石油、化工等产业的飞速进展,照明灯具在生产、仓储、救援中的利用愈来愈普遍,品种愈来愈多。
由于照明灯具在工作时不可幸免地产生电火花或形成灼热的表面,一旦与生产或救援现场的爆炸性气体混合物相遇,就会致使爆炸事故的发生。
下面要紧针对隔爆型灯具在防爆检测进程中对防爆外壳的要求作一简要介绍。
1对隔爆外壳的要求开发设计产品,第一应付相关国家标准全面明白得,不单单是标准的要紧条款,还要考虑标准中的细节和注解。
目前隔爆型灯具的要紧检测项目有:防爆结构检查、引入装置夹紧密封实验、扭转实验、防护实验、热剧变实验、冲击实验、绝缘介电强度实验、外壳耐压实验、内部点燃不传爆实验、温度实验等项目。
防爆灯具最大体的功能确实是使光源能在爆炸性环境中平安靠得住的利用。
隔爆型电气设备使用注意事项一、矿用隔爆型电气设备可以在煤矿井下使用,其防爆标志为ExdI。
应根据《煤矿安全规程》的有关规定和产品使用说明书中要求的工作条件,安装、使用隔爆型电气产品。
二、验收时应核对产品是否具有有效的矿用产品安全标志和产品出厂合格证,产品铭牌中反映的相关信息是否与安全标志证书中标注的内容(包括产品名称、规格型号、安全标志编号、生产单位及地址等)一致,安全标志证书中标注应取得安全标志的配套件是否具有有效安全标志,产品安全警示牌板是否齐全、清晰、完整。
三、体积大于2000cm3、外壳材质是铸铁的隔爆型电气设备,不得用于采掘工作面。
四、下井前需检查产品隔爆参数:隔爆面长度、隔爆面粗糙度、隔爆面间隙(隔爆面的间隙应在盖好盖板后或关上门后进行检查测量)、电气间隙、爬电距离(在最苛刻条件下,接线后是否还满足要求)、引入装置(橡胶圈是否符合要求)等,符合要求后方可下井投入使用。
五、凡是有内、外接地的产品,必须完好接地。
六、有保护功能的电气设备,应按产品说明书要求的参数调整保护整定值。
七、在使用前,应检验产品保护功能是否正常,动作是否灵活、闭锁是否可靠,显示是否正确,符合要求后,方可投入使用。
八、按产品使用说明书中“严禁带电开盖”或“断电××分钟后方可开盖”等警示要求操作,不得带电检修、搬迁防爆电气设备。
提升系统选用变频调速装置应注意的问题变频调速装置能实现电动机的软起动、软停车、具有减少机械冲击、减轻对电网的冲击等诸多优点,越来越多的提升机系统选用变频调速装置。
但目前变频调速装置的工作特性有二象限运行和四象限运行之分,只有四象限运行的变频调速装置能用于提升系统,否则可能带来系统隐患,因此,矿井提升机系统选用变频调速装置时,应选择具有四象限工作特性的变频器。
为方便矿山用户合理选用变频调速装置,安标国家中心对已获得安全标志具备四象限工作特性的变频调速装置在安全标志网站上进行了明确标注,供矿山用户选用参考,在变频调速装置安全标志证书中也将注明其工作特性。
矿井隔爆型电气设备的技术要求与操作维护[摘要]隔爆型电气设备是把电气元件都装入隔爆、外壳内的这种外壳由具有相应强度的钢板或铸铁作成,它能把其内部的火花、电弧与混合爆炸物隔开。
本文主要阐述了矿井隔爆型电气设备对隔爆外壳的技术要求、隔爆型电气设备的操作与维护等技术问题。
【关键词】隔爆型电气设备;技术要求;操作维护隔爆型电气设备是把电气元件都装入隔爆、外壳内的这种外壳由具有相应强度的钢板或铸铁作成,它能把其内部的火花、电弧与混合爆炸物隔开。
隔爆是电气设备外壳内引发爆炸时不会造成设备外爆炸物的爆炸。
间隙能具有隔爆作用,是因为间隙的熄火作用加上间隙对爆炸产物的冷却作用。
1、对隔爆外壳的技术要求隔爆外壳是可承受内部爆炸压力,并可阻止内部爆炸向外壳周围传播的电气设备外壳。
隔爆外壳具有耐爆性和隔离性。
它的要求是:1.1有足够的机械强度隔爆外壳要具有足够的机械强度,外壳的强度要经过水压试验,符合相关规定的要求。
1.2合理的隔爆接合面参数上面的数据是按小功率火花引爆试验测定,在外壳内部出现短路时,容易把外壳烧穿,可能有被熔化的灼热金属颗粒喷出,而造成壳外混合物的燃烧爆炸,所以,隔爆电气设备要杜绝内部短路的发生。
1.3其他技术要求(1)为了避免压力重叠爆炸,要防止采用连腔防爆外壳。
在不能避免时,两腔连通孔的总面积必须大于750m2。
若孔洞是长方形的,短边要大于4mm,以求两腔同时爆炸。
隔爆电气设备上贯穿接线盒和主腔的连接螺栓要牢固,不可丢失螺栓。
(2)隔爆外壳与盖子要用埋头螺栓紧固,并不可穿透外壳。
螺栓周围及底部的厚度都要大于螺栓直径的30%,至少为3mm。
螺栓要用套管扳手才能拧开。
容积较大的外壳盖,可以不用螺栓固定,制成卡门旋转式的盖子,接触面间隙要小于0.5mm。
(3)在正常运行时出现的电火花或电弧的隔爆型电气设备要设联锁装置,确保在电源接通时壳盖不能打开;壳盖打开后,电源不能接通。
2、隔爆型电气设备的操作与维护2.1隔爆型电气设备的操作(1)环境条件要求一是隔爆型电气设备在矿井下使用时,安装地点周围要围岩坚固、环境干燥,不然,要利用钢板或水泥板等物遮挡,避免外物撞击和滴水、淋水浸入设备内部。
矿用隔爆型外壳设计应注意的问题
矿用隔爆型外壳零部件的设计是否合理,公差标注得是否恰当,都要满足文献[1]和文献[3]的要求。
设计者常常会遗漏掉一些参数,致使图纸设计不合格,笔者愿就这方面遇到的问题以BQZ-200隔爆型真空磁力启动器为例谈谈自己的看法。
矿用隔爆型的隔爆壳体和端盖虽然形状各异、开启方式不一,但都包括接线腔、主腔和支撑架三大部分。
按作用分类如下,标有“Δ”符号的为要阐述的部分。
1 接线腔隔爆接合面的设计
1.1 腔体法兰与上盖
在设计接线腔上盖与腔体法兰的隔爆接合面时,标注的尺寸应把经加工和组装后尺寸的不一致性考虑在内,以提高成品率,并达到文献[1]所规定的数值。
接线腔隔爆面参数如表1所示。
表1 标准规定参数与图纸应标注参数的比较mm
项目上盖端面法兰端面
间隙
W
净容
积
/cm3 L L1
平面
度
厚度L L1
平面
度
厚度
GB3836.2
-83
≥25≥9≥25≥9≤0.5>100图纸标
注尺寸
>25≥100.08>12>25100.08>120.3>100例1:表1中,当外壳净容积V>100cm3,隔爆面长度L为25mm时,接合面的间隙W≤0.5mm。
而图纸上标注的数值应小于0.5mm,否则在加工时如产生正误差,则大于0.5mm,这就是考虑到了加工的分散性,给其加工留有余量,以减少废品。
如将间隙W标注为0.3mm,再经下式计算得出:
W计算=上盖平面度0.08+法兰平面度0.08+隔爆面粗糙度0.063×2=0.286mm。
0.286mm接近0.3mm值,又满足小于0.5mm的要求。
例2:如图1和表1中螺栓通孔边缘至隔爆接合面的最小有效长度L1不小于9mm,而在图纸上则应标注为10mm,就是基于上述道理。
图1 接线腔隔爆接合面
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D0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D0为φ68mm的钢管,这时对联通节内径的加工误差很关键,当D0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。
表2 GB3836.2-83中对联通节内径D0与密封圈外径D的配合要求mm
D D0-D
≤20≤1.0
20<
≤1.5
D≤60
>60≤2.0
联通节的尺寸如在下限时,则密封圈放不进去。
联通节内径D0与密封圈外径D的配合应符合文献[1]。
因此,联通节内径公差尺寸如为φ68+0.740时,则满足以上的要求。
对引入装置中的堵板、垫圈和密封圈都有相应的尺寸要求,可参看文献[2]中的有关规定。
3 操纵机构中的尺寸关系
在操纵机构设计中,对启动和停止按钮杆和换相开关扳把轴都要镶嵌铜套。
一是由于频繁使用而使隔爆间隙增大时便于修复和更换;二是防止在井下潮湿环境中生锈保证轴和杆件活动自如。
它们之间除有合理的公差配合外,还有的有间隙要求。
参见图3和表3、表4。
图3 操纵机构
1—按钮套;2—按钮轴;3—按钮铜套;4—换向轴;5—换向手柄;6—换向
铜套;7—底座
表3 操作机构底座孔与铜套外径的公差配合mm
项目扳把部分
起动和停止按钮部
分
合理公差不合理公差
合理公
差
不合理公差
底座孔径铜套外
径
3.1 操纵机构底座孔与铜套外径的尺寸关系
在设计时应注意底座孔与铜套外径的关系,两者是过盈配合,以使铜套不因扳把轴的转动或按钮杆的进出而随之活动。
表4 铜套内径与扳把轴径和按钮轴径的公差配合mm
项目扳把部分起动和停止按钮部分
合理公差不合理公差合理公差不合理公差
铜套内径
扳把轴径
起动按钮杆径
停止按钮杆径
铜套内径与上
栏各轴、杆之间
的间隙
W<0.5 W>0.5 W<0.5 W>0.5
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,不符合过盈配合要求。
应按文献[3]过盈配合中的H7/n6配合,按钮部分同理。
3.2 铜套内径与扳把轴径和按钮杆径间的尺寸关系
扳把轴和两个按钮杆是经常进行操作的部分,铜套易于磨损,故设计时应使其能在自如活动的条件下,尽量减小铜套内径与轴和杆之间的间隙,以
延长铜套的使用寿命。
并且其间隙不能超过有关隔爆间隙的要求,以W≤0.3mm 为宜。
这样既考虑到加工工艺难度也满足了隔爆间隙的要求。
合理公差分别列于表3中,其最大隔爆间隙W=0.27mm,大大小于文献[1]中所规定的W≤0.5mm值。
表3中不合理公差栏中的尺寸由于公差选择的不合理,致使隔爆间隙达0.51mm,超过了规定值。
4 主腔隔爆接合面间隙的设计
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。
5 观察窗的设计
在设计观察窗时,需要注意两个地方的尺寸:一是透明件压板的固定螺栓和不透螺孔紧固后还须留有大于2倍防松垫圈厚度的螺纹余量,如图5所示A 处尺寸应满足文献[1]中11.2的这一要求。
二是紧固用螺孔不得穿通外壳壁,螺孔周围及底部的厚度不小于螺孔直径的1/3,至少为3.0mm。
如图5所示的B处尺寸。
这是文献[1]中11.3的要求。
图5 观察窗
1—窗框;2—透明件;3—衬垫;4—压板
6 外壳支撑架的设计
设计外壳支撑架时,对支撑架两根支撑轨两端的弯曲角度往往不予重视,有的直接弯成略小于90°的角状。
由于煤矿井下地面不平,在拖动时需费很大力气,因而两端应设计成与地面倾角大致等于45°的弧状为宜,如图6所示。
图6 支撑轨
在支撑轨的两端还应钻直径不小于14mm的圆孔,以便运输、吊装或搬运时穿上钢丝拖动。
参考文献
1 GB3836.2-83爆炸性气体环境用防爆电气设备隔爆电气设备“d”
2 JB4262-92防爆电器用橡套电缆引入装置
3 GB1801-79~GB1804-79公差与配合。