煤礦防爆電器外殼設計及分析

【摘 要】煤礦企業(yè)在爆炸危險環(huán)境中電器產(chǎn)品，由于在正常工作時會產(chǎn)生電弧、火花和危險高溫，一旦環(huán)境中的可燃性混合物的濃度達到爆炸極限范圍，就會引起周圍的環(huán)境產(chǎn)生爆炸。因此，這些電氣產(chǎn)品均設計成防爆型電氣設備。本文對煤礦防爆電器外殼設計及加工工藝進行了探討。

【關鍵詞】煤礦；防爆電器；外殼設計

一、前言

通常防爆型電氣設備是通過隔爆外殼來實現(xiàn)防爆安全的。隔爆型電氣設備的防爆原理是：將電氣設備的帶電部件放在特制的外殼內，而該外殼具有將殼內電氣部件可能產(chǎn)生的火花和電弧，與殼外爆炸性混合物隔離開的作用。并且此外殼應能承受進入殼內的爆炸性混合物被殼內電氣設備的火花、電弧引爆時所產(chǎn)生的爆炸壓力，在該壓力條件下，確保外殼不被破壞；同時能防止殼內爆炸生成物向殼外爆炸性混合物傳爆，不會引起殼外爆炸性混合物燃燒和爆炸。這種特殊的外殼叫“隔爆外殼”。隔爆型電氣設備因為具有良好的隔爆和耐爆性能，而被廣泛的用于爆炸性環(huán)境工作場所。

二、煤礦防爆電器外殼性能分析

隔爆型外殼必須能承受內部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并且要阻止內部的爆炸向外殼周圍的爆炸性混合物傳播。因此，要滿足隔爆性能的要求，設計上必須具有下列特殊要求：（1）耐爆性能。要求外殼體有足夠的強度和剛度來承受內腔的爆炸壓力。因此，設計時要選擇適當?shù)牟馁|和壁厚，保證外殼不損壞，也不允許產(chǎn)生永久性變形，同時，隔爆接合面參數(shù)必須符合相關規(guī)定。（2）隔爆功能。在設計隔爆外殼時，必須嚴格按照規(guī)定，選用適當?shù)母舯雍厦娼Y構參數(shù)、電纜引入裝置的方式、觀察窗透明件的密封結構形式、接線腔的電氣間隙和爬電距離，以便有效地阻止內部爆炸壓力向外殼周圍爆炸性混合物傳播。（3）壓力重疊。當設計的隔爆外殼包含有幾個空腔時，設計時要避免小孔聯(lián)通，并且殼體內電氣元件布置要盡量緊湊，使之占用空間均勻分布，以免在試驗時產(chǎn)生壓力重疊（迭爆）現(xiàn)象。（4）聯(lián)鎖功能和警告。隔爆外殼上必須設計有聯(lián)鎖裝置，并且用一般工具不能解除其聯(lián)鎖功能，以防止在未斷開電源時開蓋，出現(xiàn)電氣事故，從而引起爆炸危險，危及人身安全和礦井安全。在某些情況下，用警告牌來代替聯(lián)鎖，也能認為保證了使用方面的安全。（5）標志。隔爆外殼上必須有清晰永久的防爆標志和安全標志。

三、煤礦防爆電器外殼設計要點

（一）外殼材料設計。防爆電器外殼對材質的基本要求是：具有抗撞擊強度，不易氧化銹蝕，導熱系數(shù)高，表面無靜電，加工性能優(yōu)越等。目前，國外一些先進國家在制造小型電器防爆外殼時所使用的材質主要是黃銅。由于我國銅資源稀缺，所以生產(chǎn)這類電器外殼所使用的材料一般有：鋁合金、鑄鐵、鑄鋼、以及工程塑料等。在國家標準GB 3836-2010中，對工程塑料的防靜電、防火花功能以及其化學成分的組成方面提出了更高要求，在防爆電器外殼制造中不提倡使用該類材料。鑄鋼、鑄鐵材料因其存在體積大、質量大易銹蝕等缺陷，小型防爆電器外殼目前很少使用。因此，以低鎂鋁合金和無鎂鋁合金作為生產(chǎn)小型防爆電器的外殼的材料是我國今后發(fā)展的方向。

（二）緊固件。對保證防爆型式或用于防止觸及裸露帶電零件所必須的緊固件，只允許用工具才能松開或拆除。固定含輕金屬的外殼，其使用的緊固螺釘允許用輕金屬或塑料材質制成，只要緊固件材料適用于外殼材料和滿足防火要求即可。當采用可拆卸螺釘或螺栓緊固隔爆外殼的任何部件時，這些螺釘或螺栓孔不應穿透外殼壁。螺栓孔周圍的金屬厚度應不小于孔徑的三分之一，且至少為3mm。

（三）連接件和接線空腔。電氣設備應有連接件與外部電路相連，但電氣設備在制造中有永久引入電纜者除外。電纜的自由端應做適當保護。接線空腔和出線口應留有足夠空間和適宜的尺寸，使之滿足在工作現(xiàn)場進行安裝維護時的導線連接要求。接線空腔應使用符合系統(tǒng)工作條件要求的防爆型式。接線空腔的設計，應滿足使導線按規(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。

（四）接地連接件。電氣設備應在接線空腔內的電路連接件旁邊，設置肉眼可清晰分辨識別的接地連接件。電氣設備的金屬外殼應設置輔助功能的外接地連接件，外接地連接件與內部電路接地連接件之間，應有可靠的電氣連接。移動式電氣設備可不設外接地連接件，但應使用具有接地芯線或等效接地芯線的電纜。不必接地的電氣設備或不必附加接地的電氣設備，則可不設內接地和外接地連接件。

（五）電纜和導管引入裝置。電纜和導管引入裝置裝配到電氣設備上時，它們的結構和固定都不應損害電氣設備的防爆特性。當選用引入裝置時，設備預留接口應適合電纜引入裝置制造廠規(guī)定的全部電纜尺寸范圍。電纜引入裝置應有夾緊裝置，用以防止電纜在現(xiàn)場安裝和使用過程中的轉動傳遞到連接件。導管的引入，可以通過螺紋旋到設備預制的螺紋孔中或利用緊固件，將其緊固在光孔中。

四、煤礦防爆電器外殼加工工藝

不同防爆電器外殼有著不同的加工工藝，以最常用的鋁合金材料外殼而言，通常加工工藝有金屬型鑄造以及壓力鑄造等方式。

（一）壓力鑄造是一種在壓鑄機柱塞的高壓作用下，使合金溶液高速進入金屬型模具型腔、充型并凝固冷卻的快速鑄造方法。壓力鑄造的優(yōu)點是：鑄件的尺寸精度和表面粗糙度高，組織致密，晶粒較細，機械性能好。但壓力鑄造也存在明顯的缺點：不適宜生產(chǎn)結構形狀復雜的鑄件，設備投資大，對于小批量或中批量生產(chǎn)不適用。此外，由于壓鑄速度高，內部組織中易存在氣孔和針孔。而根據(jù)我國國家標準要求，防爆結合面必須進行車削加工。根據(jù)實踐經(jīng)驗，采用壓鑄方式生產(chǎn)制造的防爆外殼，其防爆結合面經(jīng)車削加工后出現(xiàn)針孔、氣孔等缺陷的比例較大。

（二）金屬型澆鑄是介于砂型鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法，其優(yōu)點是設備投資小，鑄造精度較高，能夠很好的細化鑄造晶粒。但存在以下缺點：傳統(tǒng)的鋼模鑄造不易生產(chǎn)結構復雜的鑄件，澆鑄系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)效果不如砂型，對澆鑄溫度比較敏感，要求有較高的操作技能，從而降低了生產(chǎn)效率。因此，人們一直在努力探索、研究，以金屬芯型代替砂型，內外純鋼模結構的鑄造形式，既提高鑄造效率，又確保鑄件的品質。

總之，防爆電器是一種特殊的電氣產(chǎn)品，任何防爆電器產(chǎn)品的失效，都有可能造成人身及財產(chǎn)方面的重大損失。因此，針對防爆電器產(chǎn)品的設計必須嚴格參照產(chǎn)品設計標準并作為防爆電氣產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、檢驗的重要依據(jù)。

參考文獻：

[1]李雙會，關于隔爆外殼形狀和尺寸統(tǒng)一標準的建議，煤炭科學技術，2007（3）

[2]晏才松.正壓外殼型防爆異步電機中防護等級的實現(xiàn)，電氣防爆，2008（3）

作者信息：孟志強，（1975.12-），男，河北武安人，冀中能源國際物流集團有限公司高級工程師，大學本科。研究方向：礦山機電。