隔爆型电气设备设计要点

王方利，王贵全

(1．佳木斯防爆电机研究所，黑龙江 佳木斯 154005;2．国电康平发电有限公司，沈阳 康平110500)

隔爆型电气设备设计要点

王方利1，王贵全2

(1．佳木斯防爆电机研究所，黑龙江 佳木斯 154005;2．国电康平发电有限公司，沈阳 康平110500)

隔爆型电气设备的隔爆外壳应能承受内部爆炸压力不损坏，其隔爆接合面应能阻止内部火焰传递到外部环境。隔爆接合面的参数包括宽度、距离和间隙，其确定取决于隔爆接合面的结构型式、隔爆外壳的内部容积及设备类别三个因素。当设备内部发生爆炸时，连接接合面的紧固螺栓承受一定的爆炸压力，应不产生塑性变形，同时其紧固间距应能防止接合面承受压力时产生过大的瞬间变形。

隔爆外壳;接合面参数;爆炸压力

1 引言

隔爆型电气设备广泛应用于煤矿、石油、化工等具有爆炸危险的场所，其防爆原理为外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到外壳内部的爆炸性混合物在内部爆炸而不损坏，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸气形成的爆炸性气体环境的点燃。从中不难看出隔爆型电气设备的关键是隔爆外壳，其防止爆炸性环境引燃的措施有两种:一是通过制造具有足够强度的外壳来承受内部爆炸而不损坏，把爆炸限制在隔爆腔内，从而达到不引起外部环境点燃的目的;二是对接合面和结构间隙采取相应的结构型式及参数，即制成符合GB3836．2－2010标准规定的隔爆接合面，阻止内部爆炸产生的火焰传播到外壳周围爆炸性气体环境，防止外部环境的点燃。

隔爆接合面是通过限制接合面的宽度及间隙来达到阻燃的效果，而宽度及间隙需要通过隔爆外壳的强度来保持，所以在设计隔爆型电气设备时即要考虑外壳本身的机械强度，同时也要考虑隔爆外壳在承受内部爆炸压力时产生的瞬间变形对结构参数的影响。隔爆外壳的强度取决于外壳材料及连接外壳的紧固螺栓的机械性能，尤其是平面接合面紧固螺栓的设置会影响到设备的隔爆性能。本文将对隔爆接合面参数规定、紧固螺栓强度计算进行简单阐述，供有关人员参考。

2 隔爆接合面参数规定

隔爆接合面的参数包括宽度(L)、距离(l)、间隙(i)，其定义如下。

宽度:从隔爆外壳内部通过接合面到隔爆外壳外部的最短通路。

距离:当隔爆接合面L被组装隔爆外壳部件的紧固螺钉孔分隔时，隔爆接合面的最短通路。

间隙:电气设备外壳组装完成后，隔爆接合面相对应表面之间的距离。对于圆筒形隔爆接合面，设计间隙是两直径之差;对于平面隔爆接合面，设计间隙是两零件平面度之和。

隔爆接合面参数的确定取决于隔爆接合面的结构型式、隔爆外壳的内部容积及设备类别三个因素［1］。

2.1 非螺纹接合面

2.1.1 接合面宽度(L)

接合面宽度不应小于GB3836.2－2010表1和表2中给出的最小值。对于过盈配合装配到容积不大于2000cm3金属外壳壁上的圆筒形金属零件，如符合下列要求，其接合面宽度可缩短到5mm:

(1)在进行隔爆外壳强度试验时，结构不只是依靠过盈配合来防止零件产生位移;

(2)考虑最不利的过盈配合公差时，装配符合GB3836.1的冲击试验要求;

(3)在接合面宽度测量处，过盈配合零件的外径不超过60mm。

2.1.2 间隙(i)

如果存在间隙，接合面之间的间隙无论何处不应超过GB3836.2－2010表1和表2中给出的最大值。

接合面的平均粗糙度Ra不允许超过6.3μm。对于平面接合面，不应存在有意造成的间隙，快开的门或盖除外。

对于I类电气设备，应能直接或间接检查经常打开的门或盖的平面接合面的间隙。

2.1.3 止口接合面

在确定止口接合面宽度L时，应考虑下列情况之一:

(1)圆筒加平面部分(见图1(a))。在此情况下，无论何处间隙不应超过GB3836.2－2010表1和表2中给出的最大值。

(2)仅圆筒部分(见图1(b))。在此情况下，平面部分不必符合GB3836.2－2010表1和表2中的要求。其中:L=c+d(IIA、IIB、IIC);

图1 止口接合面

2.1.4 接合面上的孔

如果平面接合面或接合面的平面部分被用于装配隔爆外壳零件的螺纹紧固件的孔分隔，则到孔边沿的距离l应不小于下列值:

(1)当接合面宽度L小于12.5mm时，6mm;

(2)当接合面宽度L等于或大于12.5mm，但小于25mm时，8mm;

(3)当接合面宽度L等于或大于25mm时，9mm。

距离1按照2.1.4.1～2.1.4.4的规定测量。

2.1.4.1 孔在壳体外侧的平面接合面上(见图2)

l值为每个孔与壳体内侧之间的距离。

图2 平面接合面上的孔

2.1.4.2 孔在壳体内侧的平面接合面上(见图3)

1值为每个孔与壳体外侧之间的距离。

图3 平面接合面上的孔

2.1.4.3 孔在由圆筒部分和平面部分组成的止口接合面上(见图4)

图4 止口接合面上的孔(一)

距离1由下列条件确定:

(1)如果f不大于1mm，圆筒部分的间隙对于I类和IIA类电气设备不大于0.2mm，对于IIB类电气设备不大于0.15mm，对于 IIC类电气设备不大于0.1mm，则为圆筒部分的宽度a与平面部分b之和;或

(2)如果上述任一条件不符合，则仅是平面部分宽度b。

2.1.4.4 孔在只计平面接合面(见1.1.5)的止口接合面上(见图5和图6)

图5 止口接合面上的孔(二)

距离1是外壳内侧与外壳外侧的孔之间的平面部分宽度(见图6)，或当孔位于外壳内侧时是孔与外壳外侧之间的平面部分宽度(见图7)。

2.1.5 乙炔环境用平面接合面

对于规定用于含有乙炔爆炸性气体环境中IIC类电气设备只有符合下列所有条件，才允许采用平面接合面:

(a)间隙i≤0.04mm;

(b)宽度L≥9.5mm;

(c)容积≤500cm3。

图6 止口接合面上的孔(三)

2.1.6 安装衬垫的接合面

如果使用可压缩或弹性材料衬垫，例如，防止潮气或灰尘侵入，它应起辅助作用，不能将接合面隔断，在确定隔爆接合面宽度时不计入。衬垫的安装应:

(1)保持平面接合面或止口接合面的平面部分的允许间隙和宽度;

(2)在压缩前后保持圆筒形接合面或止口接合面的圆筒部分的最小接合面宽度。

2.2 螺纹接合面

螺纹接合面包括圆柱形及锥形两种。

2.2.1 圆柱形螺纹接合面

螺距≥0.7mm;螺纹形状和配合等级按照GB/T197－2003和GB/T2516－2003规定的中级或精密公差级，即配合精度不低于6H/6g;最小啮合扣数为5扣;当容积大于100cm3，最小轴向啮合深度为8mm;当容积不大于100m3时，最小轴向啮合深度为5mm。

2.2.2 锥形螺纹接合面

每个部件上的螺纹扣数不少于5扣;内外螺纹应有相同的公称尺寸;螺纹应符合ANSI/ASME B1.20.1美国标准锥管螺纹(NPT)的要求，并且拧紧密封;带凸缘或空刀的外螺纹应:有效螺纹长度不小于尺寸“L2”及凸缘端面和配合螺纹尾部间的长度不小于尺寸“L4”;内螺纹的测量应使用L1塞规在“埋入”至“2圈”处进行。

3 隔爆接合面紧固螺栓强度计算

(1)隔爆型设备内部爆炸性混合物发生爆炸时，使外壳的法兰受力。为了保证法兰上接合面间隙不超过规定值，紧固螺栓之间的距离(特别是平面法兰)不能太大，否则会因爆炸压力的作用使两螺栓之间的法兰产生过大的弹性变形，甚至发生塑性变形，致使局部隔爆间隙超过规定值而失去隔爆作用。紧固螺栓之间距离的选择，要对外壳的形状、几何尺寸等因数进行受力状况分析。根据多年的实践，一般认为平面法兰紧固螺栓之间的距离不应大于120mm，具有止口的连接结构紧固螺栓之间的距离可为平面法兰的1.2倍。根据接合面尺寸及螺栓间距即可确定螺栓的数量。

(2)当电气设备内部爆炸性混合物发生爆炸时，隔爆部件连接紧固螺栓承受着爆炸压力的作用，即不允许断裂也不能产生塑性变形，其承受的应力应不大于紧固螺栓的屈服应力。因此根据螺栓数量和外壳受力的情况，即可确定螺栓的屈服应力，通过选择螺栓机械性能等级，从而确定螺栓的具体规格。计算公式如下:

式中:P—设备内部爆炸时产生的压强(N/mm2)，其数值与设备类别对应如下:

I类为1.0;IIA、IIB类为1.5;IIC类为2.0;

F—承受爆炸压力的有效面积(mm2);

Z—螺栓个数。

Q0—爆炸时每个螺栓承受的拉力(N)。

此外，为了使两个接合面紧密接合，紧固螺栓还要承担两个接合面的锁紧力。所以，每一个紧固螺栓的拉力Q的计算方法是:

①平面接合面:Q=1.3Q0＜Qx;

②止口接合面:Q=1.1Q0＜Qx;

Qx—螺栓的屈服应力。

4 结束语

GB836.2－2010中对隔爆接合面的参数进行了规定，但这些规定只是最低要求，作为制造时的参考，产品的隔爆性能最终须通过外壳耐压和内部点燃不传爆试验来进行确认。按照标准规定，在做爆炸试验时，样品隔爆面间隙至少为图纸规定的最大结构间隙的90%，所以隔爆面瞬间弹性变形对试验结果影响较大。另外，温度对爆炸压力有一定影响。一般情况下，隔爆型电气设备参数是按使用环境温度为－20℃ ～+40℃的情况下确定的，如果温度超出了这个范围，就要按GB3836.2－2010外壳耐压试验中对不同温度需采用相应的试验系数来考虑高温或低温对爆炸压力的影响。

［1］ GB3836.2－2010爆炸性环境，第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备［S］．

［2］ 王文义，赵佩珊，等．防爆电气技术与应用［M］．哈尔滨:黑龙江科学技术出版社．

Design Key Points of Flame-proof Type Electric Apparatus

WANG Fang-li1，WANGGui-quan2
(1．Jiamusi Explosion-proof Electrical Machinery Research Institute，Jiamusi154005，China;2．Kangping Electric Power Generation Co．，Ltd of State Grid，Kangping 110500，China)

The flame-proof enclosure of the the flame-proof electrical appuratus should bear internal explosion pressure，which is not damaged．Its flameproof joints should prevent internal flame from passing external space．The parameters of the flameproof points include width，distance and gap．Their determination depends on three factors of the structure type of the flameproof joint，the internal content of the flameproof enclosure and equipment classification．When explosin occurs in the equipment，the drawbolts eonnecting the joints bear certain explosive pressurewhich should not produce plastic deformation．Meanwhile，their fastening distance should prevent transient distortion from the joint bearing pressure．

flameproof enclosure;joint parameter;explosive pressure

TM76

B

1004－289X(2013)03－0050－04

2013－04－07

王方利(1970－)，男，大专，主要研究方向:机制工艺与装备，从事防爆电气产品审查检验工作。