管廊用高防护等级隔爆型外壳的设计

(佳木斯防爆电机研究所 ，黑龙江佳木斯 154005)

管廊用高防护等级隔爆型外壳的设计

苏颜利

(佳木斯防爆电机研究所 ，黑龙江佳木斯 154005)

根据管廊用高防护等级隔爆型外壳的特殊要求，提出了在设计中ExdeⅡCT型电器设备外壳的结构特点，外壳的容积计算，外壳壁厚的计算公式及方法，通过实践最终制造出合格的防爆产品。

隔爆型外壳；防护等级； 薄膜应力；壳体厚度；壳体体积

0 引言

ExdeⅡCT6型防爆电器设备广泛应用于除易产生瓦斯的煤矿外的其他爆炸性气体环境，其中，最典型的就是城市综合管廊系统。目前城市综合管廊在系统日益完善的同时其规模也有增大的趋势。综合管廊系统装有各种电缆、燃气管、供水管道、电力管道等，是一个多种信号与传输信号交汇的场所。为了确保管廊内的环境安全，要求管廊内的电器设备必须具备良好的防护特性和隔爆特性。其防护等级必须达到IP65；隔爆等级必须达到ExdeⅡCT6。因此，用于管廊场所的电器设备的外壳设计是制造ExdeⅡCT6型电器设备的关键工艺。本文详细论述ExdeⅡCT6型电器设备外壳的设计。

1 管廊用 ExdeⅡCT型电器设备外壳的结构特点

1.1 管廊用 ExdeⅡCT型电器设备外形

隔爆外壳基本上是正方形、长方形或横截面锥度不超过10%的圆筒形。为了提高外壳的防护等级，壳体与门采用圆型法兰连接方式如图1所示。

图1隔爆外壳结构示意图

引入装置是由带隔爆面的接线端子和增安型外壳组成的，隔爆壳和增安壳之间的隔板上有隔爆型螺纹孔，用以安装接线端子。增安壳上开有防爆螺纹孔，用以安装电缆引入装置或导管引入装置。隔爆壳和增安壳的设计压力相同。各隔爆面及隔爆间隙的尺寸详见表1。

表1 ⅡC类外壳接合面最小宽度和最大间隙尺寸

1.2 管廊用 ExdeⅡCT型电器设备防护性能

为适应管廊的特殊工作环境，管廊用 ExdeⅡCT型电器设备外壳的防护等级为IP65，这意味着，外壳能完全防止粉尘进入并能抵御任何角度喷水且无影响。因此,在选择管廊用 ExdeⅡCT型电器设备外壳间的密封件时，一定要保证其与壳体间的尺寸相匹配，使其真正起到密封的作用。外壳之间的公差配合间隙不宜过大，平面度要尽量均匀，螺纹紧固件的螺距不宜过长，以防止密封件不能有效压紧。

1.3 管廊用 ExdeⅡCT型电器设备壳体材质

防爆变频调速装置的外壳必须采用金属材料制成。由于锌和锌合金容易迅速降低品质(如抗拉强度性能),尤其是在温暖潮湿的空气中,它们也被认为最具活性,因此,隔爆外壳不应用锌或含锌量高于80%的锌合金制成。考虑到管廊特殊的腐蚀性环境，管廊用 ExdeⅡCT型电器设备壳体材质通常采用不锈钢(壳体容积较大时)和铝合金(壳体容积较小时)材质，两种材质的采用应力见表2。

表2 ExdeⅡCT型电器设备壳体材质许用应力表

2 ExdeⅡCT6型外壳的容积计算

GB 3836.2—2010附录D规定，ExdeⅡCT型电器设备外壳，只要在每一横截面上至少有40%的面积可使气体的流动不受阻碍，爆炸的扩散不受限制，内装元件可随意布置。12.5mm长的空间，这些单独的释放区域可以合并计算。这就为计算壳体的尺寸提供了方法。如图2所示，壳体的主视图、俯视图和测试图中的阴影部分代表空腔面积。按照标准，每个截面的阴影部分的面积占该截面面积的40%，其余面积为壳体中电器元件的截面积。占壳体面积的60%(图中如L的长度12.5mm，则此处区域可以合并计算为空间面积)。因此，只要按此规定计算出壳体每个截面上的电器元件的总截面积(图2中非阴影部分面积的总和，占壳体截面积的60%)，就能计算出壳体在此截面的面积。进而推算出壳体每个截面的面积，并最终计算出壳体的体积。

图2防爆壳体截面示意图

3 ExdeⅡCT6型外壳壁厚的计算

在确定了壳体的体积和材质后即可按如下计算方法确定壳体的壁厚。

3.1 无加强矩形防爆壳体壁厚计算

在结构尺寸和壁厚相同情况下，矩形截面容器与圆柱壳体容器相比，承载能力要差很多。平板理论不适用于矩形截面压力容器壁面的设计，设计时要考虑一对相邻边的力矩和应力的影响，如图3所示。

图3矩形防爆壳体截面受力分布

在C点的薄膜应力

(1)

式中，σm—薄膜应力,MPa；r—BC处过度圆弧半径，mm(如图3所示，r为BC点过度圆弧半径，当采用平板焊接方式时r=0)；L—壳体的应力臂，mm(如图3所示)；P—设计压力，MPa；δ—壳体壁厚，mm。

在D点

σmD=σmC

(2)

在B点

(3)

在A点

σmA=σmB

(4)

则图3中所示壳体壁厚δ1和δ2可用式(5)和式(6)计算

(5)

(6)

式中，[σ]—材质的许用应力，计算详见表2；φ—焊缝系数，如果壳体侧面没有轴向和环向焊缝时φ=1。

3.2 圆柱型防爆壳体壁厚计算

3.2.1 圆柱壳体壁厚计算

隔爆壳体在高温下工作时，其壳体壁厚计算

(7)

式中，p—设计压力，MPa；Di—圆柱壳体的内径，mm；[δ]t—设计温度t时的许用应力，MPa;t—壳体内工作温度，℃。

3.3.2 圆柱型防爆壳体标准封头壁厚计算

(8)

若封头在高温下工作时，式(8)中的许用应力取材料设计温度的许用应力值。

3.3 焊缝系数取值

3.3.1 钢制壳体的焊缝系数φ值取法

钢制壳体的焊缝系数φ值取法见表3。

表3 钢制壳体的焊缝系数值

3.3.2 钢制壳体的焊缝系数φ值取法

表4 铝制壳体的焊缝系数值

4 结语

ExdeⅡCT6类高防护等级隔爆壳适用的工作场所，潮湿、多尘并混有爆炸性气体，壳体内部由于呼吸作用会进入周围的爆炸性气体混合物，当设备产生电火花及危险高温时，将引燃壳内的爆炸性气体混合物，形成巨大的爆破力和冲击波，一方面隔爆外壳能够承受内部的爆炸压力而不破损；另一方面隔爆外壳的接合面应能阻止爆炸火焰向壳外传播并引燃周围的爆炸性气体混合物，因此ExdeⅡCT6类高防护等级隔爆壳必须具有耐爆性及隔爆性和良好的防护性能。这样才能使变频调速设备存放在含有爆炸性气体环境中。

[1] 应一，魏桂梅.正压型防爆电机的相关试验.防爆电机，2011.2.

[2] 栾如，肖富凯.一种新型防爆型电动机的结构.防爆电机，2012.1.

[3] 宋占松，李冰晶.防爆型三相异步电动机技术标准占旧版的差异分析.防爆电机，2013.1.

[4] 李克生，赵纯禹.防爆变频调整装置隔爆外壳结构的设计.防爆电机，2014.3.

DesignofHigh-ProtectionDegreeFlame-ProofEnclosureforPipeGalleryApplication

SuYanli

(Jiamusi Explosion-Proof Electric Machine Institute, Jiamusi 154002, China)

Based on the special requirements of high-protection degree flame-proof enclosure for pipe gallery application, this paper presents structural characteristics, volume calculation as well as wall thickness calculation formula and method of ExdeIICT electrical apparatus enclosure in design. The qualified explosion-proof products are finally produced based on practice.

Flame-proof enclosure；protection degree；film stress；enclosure thickness；enclosure volume

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.10

TM357

B

1008-7281(2017)05-0031-004

苏颜利男1987年生；毕业于佳木斯大学电气工程及其自动化专业，现从事电气检验工作.

2017-02-17