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隔爆型電氣設(shè)備主要用于石油化工或煤礦等危險(xiǎn)環(huán)境中作業(yè)，這類(lèi)設(shè)備借助其隔爆外殼來(lái)確保其作業(yè)安全，其隔爆外殼具有不傳爆性與耐爆性，在隔爆結(jié)構(gòu)上具有特殊的參數(shù)要求。例如，隔爆外殼雖然存在接縫，但是為了確保具有足夠的隔爆性能，隔爆外殼在接縫間隙上應(yīng)小于可燃性氣體在實(shí)驗(yàn)中的最大安全間隙，若可燃性氣體在進(jìn)入隔爆設(shè)備外殼之后遭遇電火花，被點(diǎn)燃后產(chǎn)生的爆炸火焰將會(huì)被嚴(yán)密限制在隔爆外殼之中，而不會(huì)與外殼外部環(huán)境中的可燃物混合，使外部環(huán)境發(fā)生爆炸?？梢哉f(shuō)，隔爆外殼既能保證外部環(huán)境的安全，也能保證設(shè)備本身的安全，因此隔爆外殼的設(shè)計(jì)十分重要。

一、分析爆炸壓力

所謂爆炸壓力，是指氣體生成物在產(chǎn)生的那一瞬間所產(chǎn)生的壓力，為了獲得理論值，實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在正常溫度與正常壓力下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)環(huán)境應(yīng)該密閉的，并且具有一定容積，還需要處于絕熱狀態(tài)下。假設(shè)隔爆電氣設(shè)備在充滿(mǎn)9.5%濃度甲烷氣體的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其爆炸瞬間的溫度t將會(huì)達(dá)到2100~2200℃，而爆炸前的溫度一般在15~17℃左右。根據(jù)玻意耳-馬略特定律，求得爆炸后的瞬間爆炸壓力為：

在這個(gè)公式中，P0和T0分別指爆炸前的壓力與絕對(duì)溫度，一般為1*105Pa，(273+)℃;T則是爆炸后的絕對(duì)溫度(273+t)℃。

在隔爆外殼設(shè)計(jì)中分析爆炸壓力，主要目的在于發(fā)生內(nèi)部爆炸時(shí)可以避免殼體發(fā)生較大的變形或出現(xiàn)嚴(yán)重的損害?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果可以對(duì)殼體設(shè)計(jì)進(jìn)行一系列的優(yōu)化，如：加強(qiáng)材質(zhì)強(qiáng)度、提高殼體耐爆性、增加殼體容積與散熱面積，等等。

二、對(duì)殼體材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3836.2-2021中對(duì)爆炸性環(huán)境下隔爆外殼的材質(zhì)設(shè)計(jì)要求，裝載在采煤機(jī)、輸送機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等機(jī)械設(shè)備上的電氣設(shè)備均應(yīng)使用鑄鋼或鋼板來(lái)制作外殼，其余零件裝配的位置務(wù)必保證外力無(wú)法對(duì)其造成沖擊。若外殼容積不足2000cm3，則其制作材料應(yīng)為灰鑄鐵材質(zhì)，且牌號(hào)必須高于HT250，或是使用非金屬材料，但是不可以在除出線口之外的非金屬外殼其他部分使用螺紋釘進(jìn)行固定。部分隔爆設(shè)備的外殼需要加入適量的鋅，為確保其具有足夠的抗拉強(qiáng)度，不會(huì)在溫暖潮濕的環(huán)境中失去活性，應(yīng)盡量少用鋅與鋅合金，若一定要使用鋅合金，合金中鋅的含量必須低于80%，以免其在特殊環(huán)境中迅速降低品質(zhì)。

隔爆外殼需要同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度、彎曲性能以及力學(xué)性能三重要求，在使用鋼材進(jìn)行殼體組成件的制造時(shí)，務(wù)必做到焊接性能良好。由鋼材制成的殼體需要做到表面平整，若殼體表面存在裂縫、夾渣、疤痕、分層、氣泡等缺陷，那么這種殼體便是不合格的，若是防爆結(jié)合面出現(xiàn)上述問(wèn)題，則有可能是局部加熱不均勻造成的，在設(shè)計(jì)和加工時(shí)必須要避免這類(lèi)事件的發(fā)生。

此外，通過(guò)對(duì)殼體金屬表面進(jìn)行磷化處理來(lái)提高其強(qiáng)度。具體操作是將經(jīng)過(guò)初步加工的隔爆殼體放入磷酸鹽溶液中進(jìn)行冷磷化處理，殼體表面將會(huì)形成一層薄薄的磷化膜，這層保護(hù)膜既可以使涂料附著力、減摩潤(rùn)滑力與殼體防腐能力增加，又不會(huì)降低殼體的強(qiáng)度與硬度，可謂是有百利而無(wú)一害。

三、對(duì)外形尺寸、結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前隔爆設(shè)備外形通常選擇長(zhǎng)方體，如此可以在相同體積下具有最小的爆炸壓力。外觀和布局中應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)，確定好尺寸大小之后再行結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，以免內(nèi)部格局影響外部尺寸，不得不花費(fèi)多余的時(shí)間精力進(jìn)行再次修改。

按照功能需求，應(yīng)該對(duì)隔爆設(shè)備的內(nèi)部器件進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，其優(yōu)化順序應(yīng)為：

①接線腔、主控腔、隔離腔和隔爆腔;

②腔體與腔體的相對(duì)位置、聯(lián)通方式以及隔板位置與隔板形式?；诟舯O(shè)備對(duì)于爬電距離、電磁電容性、散熱距離以及電氣間隙的相關(guān)設(shè)計(jì)要求，將相關(guān)器件按照規(guī)定進(jìn)行固定。安裝時(shí)需要保證器件容易更換與安裝，工具與維修者的手可以進(jìn)入足夠的深度。

此外，還應(yīng)考慮到外殼的壁厚，按照一般標(biāo)準(zhǔn)，15mm壁厚即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但是對(duì)于個(gè)別特殊情況，可以將壁厚增加至20mm。

四、關(guān)于隔離閉鎖結(jié)構(gòu)與電纜引入的優(yōu)化設(shè)計(jì)

按照GB/T 3836.1-2021中關(guān)于各設(shè)備的通用要求，若設(shè)備設(shè)置有隔離開(kāi)關(guān)，則必須為隔離開(kāi)關(guān)與門(mén)安裝閉鎖裝置，以確保門(mén)只有在隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后才能開(kāi)啟。在設(shè)計(jì)時(shí)，隔離閉鎖結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足如下幾條原則：靈活、可靠、簡(jiǎn)便、功能實(shí)用。

電纜可直接引入，也可間接引入，前者直接將電纜引入外殼內(nèi)部，后者使用接線器將電纜引入接線腔。由于電壓不同，在為不足1140V的電纜接線時(shí)應(yīng)遵照國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4002-2013進(jìn)行操作，若額定電壓超過(guò)3300V，則要按照GB/T 4109-2022與GB/T 22079-2019等國(guó)標(biāo)進(jìn)行操作。