隔爆型電氣設備的防爆結構和安全要求
隔爆電氣設備，用符號qd。表示，是一種十分經(jīng)典的防爆電氣設備。幾十年來，人們在研制和應用防爆電氣設備時首先就采用隔爆型防爆結構。這種防爆型式的電氣設備，防爆安全性能可靠，兩且制造技術成熟，使甩壽命也比較長，十分廣泛地應用于存在各種各樣的可燃性氣體-空氣混合物的爆炸性危險場所中。但是，由予隔爆結構的原因，這種電氣設備的自身質量比較大，略顯笨重。
由隔爆型電氣設備防爆原理可知，隔爆型電氣設備的防爆結構就是指“隔爆外殼”的結構。隔爆外殼的結構主要有間隙式隔爆結構、螺紋式隔爆結構、鋸齒式隔爆結構、膠粘式隔爆結構、襯墊式隔爆結構、防護式隔爆結構和阻火元件式隔爆結構等，并且，這些外殼還必須符合適應自身結構的安全要求。
1.間隙式隔爆結構和安全要求
在隔爆型電氣設備中，應用最廣泛的隔爆結構型式，應該是間隙式隔爆結構。由組成隔爆外殼的各零件之間相互耦合形成的闖隙結構，如圖1.6所示。
從上述大家已經(jīng)知道，這種閩隙能夠防止隔爆外殼內(nèi)的爆炸生成物竄出外殼，點燃它周圍的爆炸性氣體.空氣混合物，也就是說，具有“隔離爆炸”的作用。
在這種間隙式隔爆結構中.從廣義上講，相互耦合形成的部件表面被稱為“隔爆接合面”接含面”，有時也簡稱“接合面”；相互耦合部件之間的縫隙被稱為“隔爆間隙”；有時也簡稱“間隙”人們常常用三個參數(shù)來表征這種隔爆結構：隔爆接合面寬度；隔爆間隙；隔爆接合面表面粗糙度。
(1)隔爆接合面寬度
隔爆接合面寬度是指從隔爆井殼內(nèi)部通過隔爆間隙到隔爆外殼外部的最短通道長度，通常用符號L表示，如圖所示。
除此之外，還有一種特殊的情況，在隔爆接合面上有螺栓(螺釘)孔時，此處的隔爆接合面寬度則是從隔爆外殼內(nèi)部或外部經(jīng)過部分隔爆閶豫到螺栓(螺釘)孔邊沿的最短通道長度，通常用符號￡，表示，如圖1.7所示。
圖1.7還告訴人們，當隔爆型電氣設備由兩個空腔構成時，有時候會出現(xiàn)兩個L1。
GB 3836.2—2010《爆炸性環(huán)境 第2部分：由隔爆外亮“d”保護的設備》規(guī)定：當L小于12.5mm時，L1大于等于6mm；當12.5mm小于等于L
小于25mm時，L1
大于等于8mm；當L
大于等于25mm時，L1
大于等于9mm。
隔爆接合面寬度(L，L1)，在平面式連接(圖1.7)穰露麓式連接(圖1.8)時，是很容易確定大小的；而在止口式連接(圖1.9，平面一圓筒式連接）時，卻要視不同情況而確定。
1-主空腔 2-另一空腔
圖L和L1的定義
GB 3836.2—2010（爆炸性環(huán)境第2部分：由隔爆外殼“d”保護的設備）規(guī)定，對于止口式隔爆接合面，當止口部分圓柱的倒角f小于等于1mm，并且圓筒部分的直經(jīng)差(即隔爆間隙)△小于等于0.10mm，對于I類和ⅡA級，△小于等于0.20mm；對于ⅡB級，△小于等于0.15mm；對于IIC級，△小于等于0.10mm時，隔爆接合面寬度是平面部分寬度和圓筒部分寬度的和，即L=A+b,L1=a+b；如果不能滿足上述條件，則隔爆接合面寬度只能是止口式隔爆接合面的平面部分寬度。
這里還需說明的是，對于ⅡC級止口式隔爆接合面，還必須要求A
大于等于6mm，b
大于等于0.5L。
對于止日式隔爆接合面提出的這些要求，主要是考慮瓣角聱分藩戚的小豹翻環(huán)形空腔不能對儒爆性能產(chǎn)生不利的影響。倒角f小于等于1mm和直徑差矗符合相應數(shù)值，被認為是不能產(chǎn)生這種不利影響的。
(2)隔爆間隙
隔爆接合面的間隙，即隔爆間隙，通常用符號“i”表承，對于平面式連接，是耦合的兩平面之閶的縫嗽，理論上i=0；對于圓筒式連接。是耦合的兩圓柱面之聞的直徑差，理論上i=φ1-φ2，如圖所示。
(3）隔爆接合面表面粗糙度
一般來講，對隔爆接合面的表面粗糙度要求并不很高，m6.3um就可以瀟足要求。
但是，對于轉軸或操縱桿，表面粗糙度應該為尺口3.2um或者m1.6um。表面粗糙度值也不是越小越好，太光滑的表面不剩予阻止爆炸生成物的傳播。
(4)間隙式隔爆結構的主要參數(shù)
圖1.9 止口式隔爆接合面 1-內(nèi)部空腔
通常情況下，隔爆型電氣設備應該按照最大試驗安全間隙進行分級，以便更合理地適應各式各樣的可燃性氣體環(huán)境的需要。人們根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗，對于I類隔爆型電氣設備，確定一個防爆級別：dI；對于Ⅱ類隔爆型電氣設備，分為三個防爆級別：dII A級、dⅡB級、dII C級。
事實上，最大試驗安全間隙在實際上是不能夠使用的，那只是一個在一定的試驗條件下得到的極限數(shù)值。人們?yōu)榱藢嶋H應用，對最大試驗安全間隙采取一個安全系數(shù)，便得到了實際應用的隔爆間隙值。
1)I類和ⅡA級、ⅡB級隔爆外殼適用于I類外殼和ⅡA級、邱級外殼隔爆接合面的最小寬度和最大間隙，如表1.3所示。
表1.3 I類外殼和lI A級、ⅡB級外殼啊爆接合面的量小寬度和量大閥隙④
接合面 類型 | 接合面最小寬度L/mm | 最大間隙i/mm |
容積V/cm3V小于等于100 | 容積V/cm 100?V小于等于500 | 容積V/cm3500?V小于等于2000 | 容積w/cm3V大于2000 |
I | ⅡA | ⅡB | I | ⅡA | ⅡB | I | ⅡA | ⅡB | l | ⅡA | ⅡB |
平面式、圓筒式或止口式接合面 | 6 | 0.3 | 0.30 | 0.20 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
9.5 | 0.35 | 0.30 | 0.20 | 0.35 | 0.30 | 0.20 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | - | - | - |
| 12.5 | 0.4 | 0.30 | 0.20 | 0.40 | 0.30 | 0.20 | 0.40 | 0.30 | 0.20 | 0.40 | 0.20 | 0.15 |
25 | 0.5 | 0.4 | 0.20 | 0.50 | 0.40 | 0.20 | 0.50 | 0.40 | 0.20 | 0.50 | 0.40 | 0.20 |
旋轉電機軸承蓋圓筒式接合面 | 滑動軸承 | 6 | 0.30 | 0.30 | 0.20 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
9.5 | 0.35 | 0.30 | 0.20 | 0.35 | 0.30 | 0.20 | - | - | - | - | - | - |
12.5 | 0.40 | 0.35 | 0.25 | 0.40 | 0.30 | 0.20 | 0..40 | 0.30 | 0.20 | 0.40 | 0.20 | - |
25 | 0.50 | 0.40 | 0.30 | 0.50 | 0.40 | 0.30 | 0.25 | 0.50 | 0.25 | 0.50 | 0.40 | 0.20 |
40 | 0.60 | 0.50 | 0.40 | 0.60 | 0.50 | 0.30 | 0.60 | 0.50 | 0.30 | 0.60 | 0.50 | 0.25 |
| 6 | 0.45 | 0.45 | 0.30 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
9.5 | 0.50 | 0.45 | 0.50 | 0.40 | 0.25 | - | - | - | - | - | - | - |
12.5 | 0.60 | 0.50 | 0.40 | 0.60 | 0.45 | 0.30 | 0.60 | 0.30 | 0.30 | 0.60 | 0.30 | 0.20 |
25 | 0.75 | 0.60 | 0.45 | 0.75 | 0.60 | 0.40 | 0.75 | 0.60 | 0.40 | 0.75 | 0.60 | 0.30 |
40 | 0.80 | 0.75 | 0.60 | 0.80 | 0.75 | 0.45 | 0.80 | 0.75 | 0.45 | 0.80 | 0.75 | 0.40 |
2)II C級誦爆外殼
適用于ⅡC級外殼隔爆接合面的最小寬度和最大間隙，如表1.4所示。
表1.4 ⅡC級外殼隔爆接合面的量小寬度和最大間隙
接合面類型 | 接合面最小寬度L/mm | 最大間隙i/mm |
容積V/cm3 V小于等于100 | 容積V/cm3 100?V小于等于500 | 容積V/cm3 500?V小于等于2000 | 容積V/cm3 V大于2000 |
平面式接合面 | 6 | 0.10 | - | - | - |
9.5 |
| 0.10 | - | - |
15.8 | 0.10 | 0.10 | 0.40 | - |
25 | 0.10 | 0.10 | 0.40 | 0.04 |
止口式接合面 | A大于等于6mm, b大于等于0.5L, L大于等于A+b, f小于等于1mm | 12.5 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | - |
25 | 0.18 | 0.18 | 0.18 | 0.18 |
40 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
圓筒式接合面，止口式接臺面 | 6 | 0.10 | - | - | - |
9.5 | 0.15 | 0.15 | - | - |
12.5 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | - |
25 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 |
40 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
旋轉電機軸承蓋圓筒式接合面(滾動軸承)
| 6 | 0.15 | - | - | - |
9.5 | 0.15 | 0.15 | - | - |
12.5 | 0.25 | 0.2S | 0.25 | - |
25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
40 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 |
3)操縱扦或小轉軸
在操縱桿或小轉軸的情況下,圓筒式隔爆結構的參數(shù)(最小寬度和最大間隙)應該符合上述表1.3和表1.4的規(guī)定。但是，如果操縱桿或小轉軸的直徑大于表1.3和表1.4中規(guī)定的接合兩的最小寬度，那么，此時接合面的寬度應該不小于操縱桿或小轉軸的直徑，但也不必大于25mm。
4)旋轉電機
對于旋轉電機，當轉軸通過隔爆外殼殼整時，那里應該設置隔爆型軸承蓋。在確定帶有油封槽的軸承蓋的隔爆接合面寬度時，接合面寬度不應該包括油封檀的寬度，而且也不應該被油封槽分開。
軸承蓋的隔爆接合面寬度(不包括油封槽寬度在內(nèi))應該符合表1.3和表1.4中規(guī)定的要求。但是，在滑動軸承的情況下，隔爆型軸承蓋的接合面寬度，當轉軸直徑不大于25mm時，不應該小于轉軸的直徑；當轉軸直徑大于25mm時，不應該小于25mm(對于ⅡC級旋轉電機，不允許使甩滑動軸承)。
軸承蓋和轉軸配合的直徑差(即隔爆間隙)不應該大于表1.3和表1.4中的規(guī)定值。
除上述規(guī)定外，轉軸與軸承蓋配合的最小徑向間隙k(圖1.10)也是一個很重的參數(shù)。
不管是I類隔爆型電機，還是ⅡA級和ⅡB級隔爆型電機，抑或是ⅡC級隔爆型電機，這個k值都不應該小于0.05mm。
在滾動軸承的情況下，轉軸與軸承蓋配合的最大徑向間隙 m不應該大于表1.3和表1.4中規(guī)定的轉軸與軸承蓋之間允許的最大間隙值的2/3。
在滑動軸承的情況下，軸承蓋與轉軸配合的隔爆接合面應該用無火花材料(例如鉛黃銅)覆蓋，覆蓋層厚度至少等于k值。
2.螺紋式隔爆結構和安全要求
圖1.10 k和m的定義
螺紋式隔爆結構(圖1.11)是一種連接十分方便的結構，因而，常常被人們采用。對于這種隔爆結構，當螺紋為圓柱形時，通常用4個參數(shù)來表征：螺距、配合精度、最少嚙合扣數(shù)和最小軸向嚙合長度；當螺紋為錐形時，通常用3個參數(shù)來表征：螺距、耦合面上螺紋扣數(shù)和嚙合扣數(shù)。具體參數(shù)和參數(shù)值如表1.5和表1.6所示。
表1.5螺紋式隔爆結構參數(shù)(圓柱形螺紋)1
接合面參數(shù) | 參數(shù)值 |
螺距P/mm | P大于等于0.70 |
配合精度 | 中級 |
最少粘合扣數(shù)K | K大于等于5 |
外殼容積y/cm3為右值時最小軸向嚙合長度L/mm | V小于等于100 | L大于等于5 |
V>100 | L大于等于8 |
表1.6螺紋式隔爆結構參數(shù)(錐形螺紋)
接合面參數(shù) | 參數(shù)值 |
螺距P/mm | P大于等于0.9 |
耦合面上螺紋扣數(shù)K | K大于等于5 |
嚙合扣數(shù)Ke | Ke |
此外，螺紋式隔爆結構必須配置防松措施，預防螺紋在設備運行過程中發(fā)生松動。側如，對予需要打開的情況，可以使用緊定螺釘固定，而且被緊定螺釘分開的部分不得相加計算；對予不需要打開的情況，可以在螺紋接合部位“沖點”或“點焊”封固，或采用其飽等效的措施止動。
圖1.11 翻柱形螺紋式隔爆結構
1-蓋子；2-隔爆外殼殼壁
3.鋸齒式隔爆結構和安全要求
鋸齒式隔爆結構(圖1.12)是一種相互耦合的兩零件的表面上具有“鋸齒”的結構型式，類似予螺紋式隔爆結構。這種隔爆結構的參數(shù)不必符合表1.5和表1.6的數(shù)值規(guī)定，但是應該符合以節(jié)要求：
?、僦辽倬哂型暾?扣嚙合鋸齒。
?、诼菥嗟扔诨虼笥?.25mm。
?、垩佬徒堑扔?00±5 0。
4.膠粘式隔爆結構和安全要求
膠粘式隔爆結構(圖1.13)是一種特殊的隔爆結構。有時電氣設備外殼零部件之間的接合并不是很規(guī)整的，但是又必須進行隔爆結構的處理，于是，人們就用膠粘劑將不規(guī)整的間隙或縫隙粘接起來。
當隔爆型電氣設備外殼的容積V在下列范圍時，膠粘式接合面的最小膠粘寬度(L)不應小于：
圖1.12鋸齒式隔爆結構
在這種結構中使用的膠粘劑應該具有較好的粘接力和抗老化性能，而且，膠粘劑固化后不得龜裂或出現(xiàn)裂紋。
此外，膠粘式隔爆結構的機械強度不得僅僅依靠膠粘劑的強度來實現(xiàn)，還必須有相應的其他措施來保證。
5.襯墊式隔爆結構和安全要求
襯墊式隔爆結構(圖1.14)，也稱作密封式隔爆結構，是一種襯墊進行密封的隔爆結構。在這里，襯墊應該用金屬或金屬包覆的可壓縮的不燃性材料制成。所使用的金屬應該是一種所謂的“軟”金屬，如鉛、銅、鋁等。軟金屬在外力的作用下可以填充相互耦合的隔爆接合面之闋鵑縫礎。
襯墊式隔爆結構
在有些情況下，村墊式隔爆結構是一種可供選擇的隔爆結構；它使用襯墊作為這種隔爆結構的主要零搏。這種隔爆結構在通常情況下，應該滿足下列要求：
?、僖r墊厚度不應該小于2mm。
?、诮雍厦鎸挾?L)不應該小于：
當外殼容積不大于100cm3時，6mm。
當外殼容積大于100cm3時，9.5mm。
有時襯墊的接合面寬度也可以小于平面式隔爆接合面寬度(L，L1)，但是不得小于9.5mm。
此外，在這種隔爆結構中，襯墊應該被牢固地固定在一個耦合面上。
6.防護式隔爆結構和安全要求
防護式隔爆結構(圖1.15)是一種能夠保持隔爆外殼具有一定防護等級(IP)的隔爆結構。有時隔爆型電氣設備需要具有較高的防外物的能力，防止固體異物(例如各種粉塵)和水(例如濕氣)進入設備內(nèi)，妨害設備的正常運行，于是，人們在隔爆接合面上配置襯墊，提高它的防護等級。
在這種隔爆結構中，襯墊不起隔爆作用，只是一種密封措施，可以采用硫化橡膠材料制成。
圖1.15防護式隔爆結構 1-蓋子；2-隔爆防護式密封襯墊；3-隔爆外殼殼壁
襯墊安裝在隔爆接合面的一個固定的耦合面上的溝槽內(nèi)，另一個耦合面將它壓緊，便構成了這種隔爆結構。隔爆接合面可以被樹墊分開，但是在計算隔爆接合面寬度時不得將分開的兩部分相加計算。
襯墊可以是平面式的，也可以是0形圈式的。
當隔爆接合面是矩形形狀時常常采用平蕊式襯墊。在計算溝槽深度(H)和襯墊厚度(h)時，可以使用下列公式：
B=b/α
H=αh
式中B——溝槽寬度(mm)；
b—一襯墊寬度(mm);
α—一樹墊寬度與溝槽寬度之比，通常取α＝0.9~0.8.
當隔爆接合面是圓環(huán)型狀時，通常情況下采用o形圈式襯墊。在確定溝槽尺寸（即寬度B和深度H）時，可以使用下列公式：
B=d
H=0.8d
式中d——o形圈密封條的直徑(即所謂的“線徑”)(mm)。
在式(1·1)和式(1.2)中，表面上沒有看到間隙對相關數(shù)《值的影響，但是事實上間隙已經(jīng)包含在內(nèi)。因為，在公式推導過程中，考慮到硫化橡膠襯墊適當?shù)馗叱鰷喜燮矫?，在耦合平兩的壓縮下發(fā)生變形，填充了溝槽的相等的空隙空間，警是，此時間隙趨近于0。由此可見，高出溝槽平面的樹墊部分起到密封作用，壓縮后趨近于0的間隙起到隔爆作用。
