防爆技术在气动葫芦产品上的应用

王方利，张玉大

(1 佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯154005;2 中海油安全技术服务有限公司，天津300456)

0 引言

煤矿、石油、化工等爆炸危险场所会使用到诸如气动马达、气动葫芦等非电气设备及防爆起重机的卷筒、减速器等机械零部件，这些设备或部件因相互摩擦、撞击会产生机械火花、危险温度或静电放电等点燃源，如果不对其采取限制和保护措施，就会引起周围爆炸性环境的引燃。

2011 年国家质量监督检验检疫总局颁布并实施了GB 25286《爆炸性环境用非电气设备》系列标准，该标准等效采用EN 13463 系列标准，包括基本方法和要求及限流外壳型“fr”、隔爆外壳型“d”、结构安全型“c”、控制点燃源型“b”、液浸型“k”等五种防燃型式，对非电气设备的设计、结构、试验提出了详细要求。

本文对环链式气动葫芦的工作原理及结构、潜在点燃源的分析、应采取的防燃措施等方面作一定的阐述，供有关人员参考。

1 非电气设备防爆基本要求

设备暴露在潜在爆炸性环境中或者能形成粉尘层的任何部分的最高表面温度应低于爆炸性气体混合物的点燃温度。

非金属部件在最高环境温度下，塑料材料的局部最高表面温度至少应比对应20 000h 点的温度指数TI 低20K。在温度为(23±2)℃，相对湿度为(50±5)%的条件下测得的表面电阻不得超过1GΩ。

制造Ⅰ类设备外壳部件的材料，对于Ma 和Mb 级，按质量百分比，铝、钛、镁和锆的总含量不允许大于15%，并且钛、镁和锆的总含量不允许大于7.5%。制造II 类或III 类设备外壳部件的材料按质量百分比，对于Ga、Da 级:铝、钛、镁和锆的总含量不允许大于10%，其中钛、镁和锆的总含量不允许大于7.5%;对于Gb、Db 级:镁含量不允许大于7.5%;对于Gc、Dc 级:无特别要求。

设备使用过程中会受到外部冲击的部件需进行冲击试验，冲击点应为最薄弱部位。不同部位应承受的冲击能量见表1。

表1 冲击试验能量表

保持防燃型式必需的部件应确保不会因疏忽而被移除。为此，采用的紧固件只能用工具或钥匙帮助拆卸。

无润滑的衬垫、密封、套筒、风箱和隔板，在正常工作中或在预期故障条件下如果有滑动摩擦，不应使用轻金属。但是由弹性材料、PTFE 或类似材料、石墨和陶瓷制成的套筒适用。非金属材料应耐变形和抗老化，并且不会降低防爆性能。

圆周速度小于1m/s 的缓慢旋转部件，通常不需要保护防止由摩擦产生的热量和机械火花。对于有高速旋转部件的设备，应考虑采用隔爆外壳型“d”防燃措施。

制动器的结构应使其允许耗散的最大动能既不会超过最高表面温度，也不会在任何暴露于爆炸性环境的部件处产生易燃火花。

2 环链式气动葫芦工作原理及结构特点

环链式气动葫芦以0.4 ～0.6MPa 的压缩空气作为动力源，压缩空气驱动气动马达旋转带动其他相应机构的运行从而实现对物体的搬运。

气动葫芦总共由三部分组成:起吊机构、行走机构、配气系统。起吊机构包括气动马达、行星减速器、吊挂总成、制动器、起重链条、吊钩总成和主控阀。起吊机构通过控制主控阀，来实现起吊重物的升、降，通过开闭制动器达到起升、下降定位制动。气动葫芦行走机构采用气动行走小车，由主动车轮、被动车轮、墙板组成，通过主控阀控制气动马达、行星减速器驱动主动车轮行走，实现起吊重物的水平移动。配气系统是以压缩空气作为动力源，控制气路操纵葫芦的起升和行走。

目前常用的马达为叶片式气动马达，主要由定子、转子、叶片、制动器及壳体构成。在定子上有进、排气用的配气槽孔，转子上铣有长槽，槽内装有叶片，转子与定子偏心安装使沿径向滑动的叶片与壳体内腔构成气动马达工作腔室。压缩空气从输入口进入，作用在工作室两侧的叶片上，由于转子偏心安装，气压作用在两侧叶片上产生的转矩差，使转子按逆时针方向旋转。当偏心转子转动时，工作室容积发生变化，在相邻工作室的叶片上产生压力差，利用该压力差推动转子转动。做功后的气体从输出口排出。若改变压缩空气输入方向，即可改变转子的转向。制动器位于转子两侧，供气时磨擦片脱开，马达运转;停气时磨擦片靠弹簧压力与转子紧密接触实现制动，马达停止运转。

由于气动马达体积小，配套用的减速器目前主要采用一级行星齿轮减速器。减速器由行星轮、太阳轮和外齿圈构成，具有体积小、承载力大、工作平稳的优点。动力由太阳轮输入，通过与行星轮啮合传动至外齿圈带动棘轮旋转，环链通过外壳十字槽口定位与棘轮啮合，带动吊钩运动。葫芦行走机构悬挂在工字钢上，一般为双侧车轮行走。

3 潜在点燃源的分析及防爆措施

根据非电气设备防爆基本要求及环链式气动葫芦的结构特点，外壳因有压缩空气流动，自然冷却，不会产生危险温度。其潜在点燃源产生的原因主要为机械摩擦和碰撞。具体部件包括:外壳、马达叶片、制动器、减速器、行走车轮、吊钩。防爆措施如下。

3.1 外壳采用HT250 铸铁或ZL104 铝合金(I 类除外)铸造，满足材料元素含量要求。外壳设计为圆筒形结构，提高外壳抗冲击能力。

一般消声器为塑料材质，但很难达到表面电阻要求，应采用铜或不锈钢材料制造。

3.2 马达工作时作为动力源的压缩空气应取自安全场所的洁净空气或惰性气体，这样可保证马达腔内为非爆炸性环境。但排气口在爆炸性环境，如果内部摩擦产生火花会从出口被带到爆炸性环境，形成引燃危险。鉴于此情况，马达叶片及制动摩擦片均应采用布胶板、合成树脂等耐磨无火花材料制成，并设置甩油润滑器对其进行润滑，同时应在设备说明书中对油脂填充时间进行规定。

3.3 行星齿轮减速器的太阳轮转速很高，其圆周线速度大于1m/s，可采用铍青铜或铝青铜等高强度无火花材料制造。但考虑到铜合金成本较高，也可用钢材制造。整个减速器箱内应填满润滑油脂并在设备说明书中对油脂更换时间进行规定。

3.4 行走车轮通过与工字钢表面产生的摩擦力实现葫芦的行走动作，其轮毂摩擦为快速接触摩擦，圆周线速度限制在1m/s 即可满足要求。其轮缘不应与工字钢有滑动摩擦，设计及安装时应保证轮缘与工字钢有一定的间隙。

3.5 吊钩作为起重的重要部件，会经常与物体接触，故障状态下可能与物体发生机械碰撞，产生机械火花形成爆炸危险。可采取表面镀铜，包覆不锈钢或橡胶材料等措施。

4 结语

气动葫芦等非电气设备具有无电火花，高频率，无级变速的特点，深受石油、化工、矿山等行业青睐。随着非电气设备被广泛地应用在易燃、易爆、高粉尘的作业场所，在爆炸性危险环境中，除了电气设备产生的火花、高温等危险点燃源外，由非电气设备产生的热表面、明火、灼热气体/液体、机械火花、绝热压缩、振动波、化学反应放热、铝热反应、粉尘自燃、电弧和静电放电等同样是不可忽视的点燃源。所以，在爆炸性危险环境中使用的非电气设备或电气设备的机械部件的设计、制造、安装、使用过程中应与电气设备一样引起足够的重视，这样才能保证工业现场的安全运行。

［1］ GB 25285.1—2010 爆炸性环境爆炸预防和防护第1 部分:基本原则和方法.

［2］ GB 25286.1—2010 爆炸性环境用非电气设备 第1部分:基本方法和要求.

［3］ 蒋建.工业防爆实用技术手册.辽宁:科学技术出版社，1996.7.