從型式試驗過程中看廠用隔爆型防爆產(chǎn)品在設(shè)計時需注意的問題

王曉波

(沈陽電氣傳動研究所(有限公司)，遼寧 沈陽 110141)

1 引言

一個時期以來，黨和政府在安全生產(chǎn)領(lǐng)域采取了一系列重大舉措，加強了安全生產(chǎn)工作，加大了監(jiān)管監(jiān)察執(zhí)法力度，并于2006年12月20日對廠用防爆建立了安全生產(chǎn)許可證制度。國家和省、市各級政府都開展了對防爆生產(chǎn)企業(yè)定期、不定期產(chǎn)品抽查。關(guān)閉了不具備安全生產(chǎn)條件的企業(yè)，使我國的防爆電器產(chǎn)品行業(yè)得到了迅速正規(guī)的發(fā)展。

目前，從國內(nèi)企業(yè)送檢產(chǎn)品中看，我國防爆電器產(chǎn)品的內(nèi)在技術(shù)含量，外觀的形象設(shè)計都大大縮小了與國際先進水平的差距。部分產(chǎn)品已經(jīng)接近或趕上國際先進水平。但是，在對國內(nèi)企業(yè)送檢樣品或抽查產(chǎn)品檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)部分企業(yè)，由于技術(shù)力量薄弱，缺乏防爆專業(yè)技術(shù)人員，在產(chǎn)品制造過程中粗制濫造、偷工減料，致使產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)許多問題，有的還比較嚴重。

下面就對在產(chǎn)品檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)的廠用隔爆型防爆產(chǎn)品出現(xiàn)的質(zhì)量問題和在產(chǎn)品設(shè)計過程中需注意的問題予以分析。

2 在設(shè)計過程中需注意的問題

2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)檢查

2.1.1 銘牌、標志牌材質(zhì)選用不符合標準要求

GB3836.1－2000 27條中規(guī)定標志牌的材質(zhì)應采用耐化學腐蝕的材料。銘牌內(nèi)容應包括制造廠名、產(chǎn)品名稱型號、“Ex”符號、防爆標志、技術(shù)參數(shù)、防爆合格證號、產(chǎn)品編號、出廠日期等內(nèi)容。

圖1是產(chǎn)品銘牌材質(zhì)選用了鋁質(zhì)材料。圖2是產(chǎn)品銘牌缺少“Ex”符號、防爆標志、防爆合格證號、產(chǎn)品編號、出廠日期等內(nèi)容，因此都不能滿足GB3836.1－2000 27條中規(guī)定的銘牌內(nèi)容要求。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，銘牌的材質(zhì)要選擇銅、不銹鋼或其他耐腐蝕的新型材料如3MPET。鉚接或粘接牢固，內(nèi)容完整。

2.1.2 外殼明顯處沒有清晰、耐久和完整的防爆標志

GB3836.1－2000 27條中規(guī)定電氣設(shè)備應在主體部分的明顯位置設(shè)置標志。標志必須考慮到在可能存在的化學腐蝕下，仍然清晰耐久。標志“Ex”、防爆型式、類別、溫度組別可用凸紋或凹紋標在外殼明顯處。一種電氣設(shè)備的不同部位使用不同的防爆型式時，則每個相應部位都應具有相應防爆型式的標志。

圖3所示外殼明顯處沒有清晰、耐久和完整的防爆標志;圖4所示的標志比較合理，每個相應部位都具有相應防爆型式的標志。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中防爆標志要設(shè)計在外殼的明顯處。鑄造殼體上要鑄造出防爆標志，鋼板焊接殼體要焊接上防爆標志。不同防爆型式的防爆外殼上要有不同的防爆標志，防爆標志的內(nèi)容要齊全如“ExdⅡBT6”、“ExeⅡT4”。

2.1.3 隔爆接合面沒有進行防腐處理且隔爆接合面上用塑粉涂覆

GB3836.1－20005.1條中規(guī)定，隔爆接合面應進行防腐處理，但通常不允許使用漆或類式材料涂覆，除非以證明該材料和涂覆工藝不會影響隔爆性能。

圖5中產(chǎn)品隔爆接合面處沒有進行防腐處理，并且在隔爆接合面處涂覆沒有經(jīng)過證明不會影響隔爆性能的塑粉材料，不符合標準要求。圖6中雖然噴塑后經(jīng)過機械加工，但是由于加工失誤導致隔爆面上依然有塑粉存在，不符合標準要求。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中隔爆面通常要經(jīng)過機械加工獲得(特殊工藝除外)，平面隔爆的隔爆面要有平面度要求。并且隔爆面要有防腐措施。現(xiàn)在常用的隔爆接合面防腐處理方法是磷化處理或在隔爆接合面處涂204－1置換型防銹油。

2.1.4 隔爆接合面寬度不符合標準要求

在檢驗過程中發(fā)現(xiàn)部分企業(yè)的產(chǎn)品，為了滿足IP防護性能，在隔爆面上安裝橡膠密封襯墊，導致隔爆面寬度不能滿足標準規(guī)定。

圖7是Ⅱ類B級產(chǎn)品，在平面隔爆面上安裝O型橡膠密封圈，使O型橡膠密封圈里、外隔爆面寬度都達不到標準規(guī)定。圖8是Ⅱ類C級產(chǎn)品，在止口隔爆面與平面隔爆面之間安裝O型橡膠密封圈，且要求隔爆面寬度是圓筒部分與平面部分之和，這樣顯然是達不到標準GB3836.2－20005.2.4條規(guī)定。

GB3836.2－20005.4.1條中規(guī)定如果采用可壓縮材料襯墊(例如用IP防護等級來防止潮氣、粉塵侵入或阻止液體滲入)，則該墊只能作為隔爆接合面的一個輔助件，而不能包括在隔爆接合面內(nèi)，襯墊之外的隔爆接合面的有效參數(shù)應滿足相應的要求。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中一定要注意隔爆接合面寬度必須是橡膠襯墊以外的寬度，而不應是橡膠襯墊里外接合面尺寸之和，更不應是橡膠里外接合面尺寸與襯墊尺寸之和。

2.1.5 內(nèi)、外接地螺釘(螺栓)的規(guī)格選擇與安裝不符合要求或沒有設(shè)計內(nèi)、外接地

GB3836.1－200015.1條中規(guī)定電氣設(shè)備應在接線空腔的電路連接件旁設(shè)置接地連接件。電氣設(shè)備的金屬外殼應設(shè)置輔助的外接地連接件。

目前，須特別注意的是，圖9所示鑄鋁合金外殼產(chǎn)品的接地連接基本上都沒有設(shè)計金屬過渡件，只是在鑄鋁合金外殼殼體上鉆孔攻絲直接擰上接地螺栓。

GB3836.1－200015.5條中規(guī)定接地連接部分含輕金屬材料時，則必須采取特殊的預防措施(例如應用鋼質(zhì)過渡件)。鋼質(zhì)過渡件是用鋼質(zhì)材料加工而成的圓柱套或螺紋套。

圓柱套是用過盈配合鉚入輕金屬材料外殼殼體上的孔內(nèi)。螺紋套是用螺紋連接方式擰入輕金屬材料外殼殼體上的螺紋孔內(nèi)(必須有防松措施)，如圖10所示。

圖10

2.1.6 引入裝置備用出線口，用堵板封堵而沒有用堵棒且未標注引入裝置標志

引入裝置備用出線口，用堵板封堵而沒有用堵棒且未標注引入裝置標志(如圖11所示)GB3836.1－200016.7條中規(guī)定，電氣設(shè)備外殼上不裝電纜或?qū)Ч芤胙b置的通孔用的封堵件，應能與設(shè)備外殼一起符合相應的防爆形式的規(guī)定。封堵件只能用工具才能拆除。

GB3836.1－2000D4條中規(guī)定，引入裝置的螺紋入口處應標出螺紋尺寸。引入裝置密封圈可適用多種電纜，應表示出允許使用電纜的最小、最大直徑。當密封圈與金屬墊圈一起使用時，同樣可在金屬墊圈上進行標志。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中產(chǎn)品的備用出線口要有封堵件封堵，引入裝置要有標志標出。

2.1.7 透明件的安裝不符合標準要求

透明件的安裝(如圖12所示)沒有使用金屬或金屬包覆襯墊;沒有用有足夠熱穩(wěn)定性的膠粘材料膠粘;沒有使用壓框或壓板保證外殼強度。而是采用沒有足夠熱穩(wěn)定性和粘接強度的普通的玻璃膠膠粘。

GB3836.1－2000 1 2.1條中規(guī)定，與安全性有關(guān)的膠粘材料，在運行條件下要有足夠的熱穩(wěn)定性，以適應電氣設(shè)備的最高溫度。GB3836.2－20005.5.1條中規(guī)定采用膠粘或密封材料時，其設(shè)計的外殼強度不得取決于粘接強度。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，推薦使用環(huán)氧樹脂等具有良好熱穩(wěn)定性膠粘材料，并且膠粘后要有壓框或壓板壓住透明件以保證外殼強度。

2.2 工頻耐壓試驗

三聚氰胺接線端子絕緣損壞;貫穿端子澆封時導線間電氣間隙不符合標準要求;為節(jié)省外殼材料導致外殼接線空腔過小，使導線連接電氣間隙不符合標準要求;造成工頻耐壓試驗不合格。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，三聚氰胺接線端子與隔爆腔隔板上的孔之間的配合，一定是間隙配合，不能設(shè)計為過渡配合，更不能設(shè)計為過盈配合，以免裝配時三聚氰胺接線端子絕緣損壞。

貫穿端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計。多芯防爆貫穿端子澆封搪錫處，各導線之間應有支架支撐。導線要盡量對稱擺設(shè)。貫穿導線的相互間隔，以及與填充腔內(nèi)壁的間隔，原則上為導線外徑的1/2以上(最小為2mm)。

外殼接線空腔的設(shè)計應使導線按規(guī)定連接后，爬電距離和電氣間隙符合相應防爆型式標準的規(guī)定。

2.3 沖擊試驗

圖13所示鑄鋁合金外殼、工程塑料外殼因材質(zhì)問題或殼體壁厚過薄導致沖擊試驗損壞。圖14所示透明件沒有鋼化處理或壁厚過薄導致沖擊試驗損壞。

現(xiàn)在，隨著玻璃行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和進步，用于隔爆型防爆熒光燈上的玻璃管的質(zhì)量已經(jīng)取得了很大提高。過去玻璃管的制作工藝由于是人工吹制，導致玻璃管壁厚中部比兩端薄，在進行沖擊試驗和外殼耐壓試驗時，合格率是比較低的。現(xiàn)在的玻璃管的制作工藝是機械拉制成型，壁厚均勻。經(jīng)試驗在2J的沖擊能量下合格率在80%以上。但是在4J的沖擊能量下合格率還是很低的。因此建議在產(chǎn)品設(shè)計過程中隔爆型防爆熒光燈的保護網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸應＜50mm×50mm。以提高產(chǎn)品的安全性能。

2.4 溫度測定

(1)電器產(chǎn)品連接導線、接線端子與額定工作電流不匹配。

按產(chǎn)品溫度測定試驗連接導線規(guī)格要求，試驗電流范圍在85～115A，導線截面積應為35mm2;試驗電流范圍在50～65A，導線截面積應為16mm2;試驗電流范圍在25～32A，導線截面積應為6mm2。(圖15)產(chǎn)品主開關(guān)額定工作電流100A/3P，分開關(guān)額定工作電流1－60A/3P、1－32A/3P;使用導線截面積主開關(guān)16mm2，分開關(guān) 10mm2、4mm2。導致最高表面溫度過高，使產(chǎn)品達不到應有的溫度組別。

(2)燈具，特別是大功率投光燈(如圖16所示)，由于產(chǎn)品光源腔容積較小，散熱片表面積小達不到散熱效果，反光罩反光效果差，光源距透明件近等原因，使相同光源、功率的產(chǎn)品溫度測定試驗時測出溫度組別不同。

在電氣產(chǎn)品設(shè)計過程中，電氣元器件的功率發(fā)熱器件盡可能貼近外殼殼壁布置。外殼凈容積應考慮電氣元器件的功率大小。功率大外殼凈容積應大一些，以便于散熱。要避免“只要把電氣元器件裝入外殼內(nèi)，導線能連接上就可以”的設(shè)計理念。要充分考慮散熱問題和電氣元器件電弧灼燒殼壁的問題。一般情況下主開關(guān)、接觸器盡可能布置在外殼中部，以防止電弧灼燒殼壁。而且觸頭不應該在隔爆接合面的平面上，以防止電弧引起傳爆。

燈具產(chǎn)品的設(shè)計也同樣要考慮散熱問題，并且燈具產(chǎn)品的散熱問題相對比電氣產(chǎn)品的散熱問題更為重要。因為他還關(guān)系到透明件能否承受熱劇變試驗。

在燈具產(chǎn)品設(shè)計過程中，殼壁外側(cè)應設(shè)計有一定散熱面積的散熱片，特別是大功率投光燈。現(xiàn)在，在產(chǎn)品檢驗過程中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)小功率隔爆型防爆燈都設(shè)計有散熱片，但是大功率投光燈卻很少設(shè)計有散熱片。

在試驗過程中發(fā)現(xiàn)散熱片的增加對提高產(chǎn)品的溫度組別起到很大作用。同樣提高反光罩質(zhì)量、相對增大殼體凈容積也可以提高產(chǎn)品的溫度組別。設(shè)計時應綜合考慮。

2.5 熱劇變試驗

透明件在熱劇變試驗時損壞(如圖16所示)。在燈具產(chǎn)品設(shè)計過程中，光源與透明件距離應相對大一些，這樣可以降低透明件的溫升，同時透明件的選擇也相當重要，透明件應選擇正規(guī)、有資質(zhì)的廠家且經(jīng)過鋼化處理的產(chǎn)品。

2.6 密封圈的引入裝置夾緊、密封試驗

壓緊螺母式電纜引入裝置采用塑料壓緊螺母，由于塑料壓緊螺母材質(zhì)問題，在引入裝置夾緊、密封試驗中，施加扭矩時螺紋脫扣導致無法壓緊密封圈。密封圈厚度過薄，在引入裝置夾緊、密封試驗中不能壓緊芯棒或電纜(如圖17所示)。雖然GB3836.2－2000D1.1.2條中規(guī)定:如果電纜引入裝置只使用一種規(guī)定的橡膠密封圈，該密封圈最小的非壓縮軸向長度應為5mm，但是，由于密封圈材料等問題，密封圈厚度過薄，很難滿足密封圈引入裝置夾緊、密封試驗的要求。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中建議壓緊螺母式電纜引入裝置，壓緊螺母采用鋼、鑄鋁等金屬材質(zhì)。密封圈厚度不小于20mm，以保證產(chǎn)品防爆性能，并滿足密封圈引入裝置夾緊、密封試驗的要求。在實際使用中，如果是規(guī)定鋼管布線，可以配塑料壓緊螺母或不配壓緊螺母(不包括增安型塑料外殼，但是要保證工程塑料材質(zhì)，以滿足密封圈引入裝置夾緊試驗的要求和外殼防護等級達到IP54)。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，電纜引入裝置直接引入隔爆型設(shè)備時，使用的是致密和圓形的熱塑性、熱固性或彈性的電纜，具有擠壓成的襯層和不吸水填料，可按(圖18)選擇引入裝置、密封圈。

2.7 外殼耐壓試驗

(1)在外殼耐壓試驗中，由于鑄造鋁合金隔爆殼體的隔爆腔外殼厚度，相對于隔爆腔容積太薄，且沒有設(shè)置筋板及鑄造鋁合金隔爆殼體圓角過渡處，為了外形美觀設(shè)計，圓角過小導致應力集中，致使箱體損壞(如圖19所示)。

圖18

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，鑄造鋁合金隔爆殼體的隔爆腔壁厚度尺寸可以通過理論計算獲得。一般情況下鑄件尺寸越大，則要求它的壁厚相應增大，但是鑄件的機械強度不是隨著壁厚的增大而的增加，因此在設(shè)計時不應單獨以增加壁厚作為提高強度的唯一辦法?？梢圆扇≡O(shè)置筋板，選擇合理的截面形狀等方法。隔爆腔殼體壁的轉(zhuǎn)角處容易產(chǎn)生應力、縮孔和縮松，因此轉(zhuǎn)角部位應設(shè)計成圓角。一般情況下內(nèi)圓角R≥5mm。

(2)隔爆殼體的螺紋隔爆接合面內(nèi)螺紋殼體壁厚太薄，軸向嚙合長度短，使隔爆螺紋接合面強度下降，造成內(nèi)螺紋隔爆殼體出現(xiàn)裂紋、脫扣、損壞(見圖20)。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中螺紋式隔爆結(jié)構(gòu)是一種連接十分方便的結(jié)構(gòu)。當螺紋為圓柱形時，通常用螺距、配合精度、最少嚙合扣數(shù)和最小軸向嚙合長度4個參數(shù)來表示。GB3836.2－20005.3條中規(guī)定，對于ⅡA、ⅡB外殼螺紋接合面的最小嚙合扣數(shù)為5扣，當容積大于100cm3時，最小嚙合軸向長度為8mm;當容積不大于100cm3時，最小嚙合軸向長度為8mm。對于ⅡC類隔爆外殼螺紋接合面應符合標準規(guī)定。但是，在實際設(shè)計過程中，還要考慮螺紋的機械強度問題，不能只是滿足嚙合扣數(shù)為5扣，嚙合軸向長度為8mm的要求。螺紋隔爆殼體減去螺紋牙型高度的厚度最少應為3mm。對于大螺紋的螺紋接合面的嚙合扣數(shù)、嚙合軸向長度和螺距都應相應增加。在產(chǎn)品加工過程中一定要嚴格控制螺紋接合面的配合精度6H/6g，以保證螺紋接合面牙型的有效嚙合。

(3)鋼板焊接外殼沒有里外雙面焊接，只是在外側(cè)單面焊接，且為了外形美觀焊接后又將焊肉磨平，降低了鋼板外殼焊縫強度，導致外殼耐壓試驗時隔爆外殼殼體損壞(如圖21所示)。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，鋼板焊接外殼一定要里外雙面焊接，焊后去焊渣。不得有夾渣、縮孔等缺陷，一定要保證焊肉完整，以確保焊接后隔爆殼體的強度。

(4)透明件壁厚薄，沒有進行鋼化處理，導致外殼耐壓試驗時損壞(如圖22所示)。

產(chǎn)品設(shè)計過程中，在透明件選型時要選擇正規(guī)、有資質(zhì)的廠家且經(jīng)過鋼化處理的產(chǎn)品。

(5)壓力重疊

兩個隔爆腔之間設(shè)計有隔板，隔板上開有小孔(如圖23所示)這樣使內(nèi)部爆炸時造成壓力重疊現(xiàn)象，導致隔爆外殼損壞。

這個試驗樣品是一個“T”型結(jié)構(gòu)，隔爆腔之間被開有小孔的隔板分開，試驗在常壓下進行。點火源的位置如圖(如圖24所示)。試驗證明，這種結(jié)構(gòu)是十分不合理的結(jié)構(gòu)，一是結(jié)構(gòu)形狀不合理;二是又被隔板分成兩個隔爆腔，產(chǎn)生壓力重疊現(xiàn)象。壓力重疊現(xiàn)象會使隔爆外殼內(nèi)部某個部位的壓力比標準條件下的爆炸壓力高出幾倍，按照正常條件設(shè)計的隔爆外殼就有可能損壞。

這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計時是可以避免的，只要把隔板上的小孔設(shè)計成隔爆結(jié)構(gòu)就可以了。

在有一些情況下，設(shè)計時已經(jīng)選擇了很合理的隔爆外殼形狀，但是，由于隔爆外殼內(nèi)部元器件的形狀和布置無法改變，試驗時出現(xiàn)壓力重疊現(xiàn)象。這種情況設(shè)計時必須增加隔爆外殼的機械強度。

通常情況下，隔爆外殼應采用長方體結(jié)構(gòu)或圓柱體結(jié)構(gòu)。長方體的寬度與長度之比，圓柱體的直徑與長度之比應是2/3。如果隔爆外殼需要隔板分開時，分開后的各獨立的隔爆腔，也應該符合這一要求。各獨立的隔爆腔之間應該以隔爆結(jié)構(gòu)箱連通。

(6)鋼板焊接外殼沒有經(jīng)過去應力處理去除焊接應力，開蓋后隔爆面變型導致隔爆面不平度超差，不能滿足隔爆間隙要求。為滿足隔爆間隙要求增加了螺栓預緊力，外殼耐壓試驗時螺栓拉斷。

在產(chǎn)品制造過程中，焊接時焊件受到不均勻的局部加熱和冷卻，產(chǎn)生焊件變形和焊件應力，導致在以后的加工、使用過程中出現(xiàn)變形或開裂現(xiàn)象。所以，隔爆外殼焊接后必須進行去應力處理。焊件應力的消除方法通常采用①整體退火;②自然失效;③振動法。

2.8 內(nèi)部點燃不傳爆試驗

(1)鑄造鋁合金隔爆外殼隔爆面厚度太薄(如圖25所示)，導致強度不能滿足殼體內(nèi)部試驗爆炸壓力的要求，內(nèi)部點燃不傳爆試驗時傳爆。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，隔爆外殼隔爆面厚度設(shè)計要考慮強度問題，一般情況下隔爆面厚度應不小于8mm。也可以通過理論計算獲得。

(2)螺紋緊固件、緊固隔爆外殼殼體和蓋，由于緊固螺栓之間距離大(如圖26所示)，導致強度不能滿足殼體內(nèi)部試驗爆炸壓力的要求，內(nèi)部點燃不傳爆試驗時傳爆。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中隔爆外殼殼體與蓋之間的螺紋緊固件的距離不應太大，太大就要加大螺栓尺寸，加大螺栓尺寸就要加大隔爆面寬度，導致材料浪費。一般情況下隔爆外殼殼體與蓋之間的螺紋緊固件的距離應在90～120mm之間。

3 結(jié)束語

本文介紹了在檢驗過程中，部分防爆電氣產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，送檢樣品或抽查產(chǎn)品中出現(xiàn)的質(zhì)量問題及解決辦法。希望對防爆電氣產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)中的設(shè)計人員有所幫助，使我國的防爆電氣產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性能有所提高。

［1］ GB3836.1－2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分:通用要求［S］.

［2］ GB3836.2－2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第2部分:隔爆型‘d’［S］.

［3］ GB3836.15－2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第15部分:危險場所電氣安裝(煤礦除外)［S］.

［4］ 劉鴻文.材料力學［M］.北京:高等教育出版社.

［5］ 徐灝.機械設(shè)計手冊第一卷［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1994.