隔爆型电气设备在井下使用防爆措施

隔爆型电气设备主要在煤矿井下爆炸危险工作场所使用,其使用环境场地狭窄,搬运困难,并有岩石、煤块冒落、撞击的危险,其外壳不仅要具有耐爆性,还应具有足够机械强度,才能保证设备外壳在发生内部爆炸或受到外物撞击时,外壳不发生严重变形或损坏。为此,常在煤矿井下采掘工作面工作的隔爆型电气设备的隔爆外壳必须采用钢板或铸铁构成,但其他零部件或装配后冲击不到的或容积不超过2L的电气设备,可用HT25-47灰铸铁制成。对于I类非采掘工作面用隔爆外壳也可以用HT25-47灰铸铁制成。对于容积不大于2L的外壳,也可以采用工程塑料制成,这种材料具有易成型、易切削加工,比重轻、易于制造等优点,但使用这种材料作隔爆外壳时必须注意到塑料在高温下易发生分解和变形的性质。因此,在具有大量热源和能发生大电弧的电气设备上不宜使用塑料外壳。

隔爆外壳的几何形状是多样的,大量的理论研究和实践证明:在相同容积、不同形状的隔爆外壳中,非球形外壳中的爆炸压力比球形外壳中压力低,即球形外壳的爆炸压力最大,而长方体外壳爆炸压力最小,外壳内的爆炸压力是随着容器形状的不同而改变。这是因为随着外形散热表面积的增大而降低了爆炸压力。因此,隔爆外壳以采用长方形外形为宜,这样可以提高外壳的耐爆能力。

隔爆外壳的容积也是设计隔爆外壳的关键。理论和实践都证明:在其他条件都一定的情况下,隔爆外壳的容积与外壳内的爆炸压力无关,容积对压力的影响不大。因此在设计制造隔爆外壳时就可以在满足设备技术要求的前提下,尽量减小隔爆外壳的体积,既保证了外壳的耐爆性又减小了

体积、减轻了重量,更便于在煤矿井下特殊环境中使用。

一般隔爆外壳大都是由两个或两个以上的空腔组成,且空腔间是连通的,因此在外壳内爆炸性混合物发生爆炸时将会产生压力重叠现象,也就是当一个空腔里的爆炸性混合物爆炸时,会使另一个空腔里的爆炸性混合物受到压缩,而使压力增高。如果这个空腔再爆,将会出现过压现象,形成多空腔压力重叠,隔爆外壳的耐爆性将受到威胁。因此,在设计制造隔爆外壳时应尽量避免采用多空腔结构,如果无法避免这种结构则应尽量增大各空腔间联通孔的面积。因为多空腔压力重叠的过压大小与两空腔容积比以及连通孔断面积有关。当两空腔容积比一定时,连通孔断面积越大,过压就愈小,从而增加外壳的耐爆性能。另外,外壳的长、宽、高尺寸之比也不要过大,以免造成外壳内的压力重叠现象。

隔爆型电气设备的隔爆外壳不但具有耐爆性还应具有隔爆性。隔爆外壳如何实现隔爆作用,这是研究隔爆型电气设备的关键。我们知道,由于加工、制造、使用、维修等方面的需要,无论何种形状的隔爆外壳,都不可能是一个“天衣无缝”的整体,而是由几部分和各种零件构成的。各部分以及零件之间都需要联接,而联接的缝隙势必会成为外壳内的爆炸性产物穿过的途径。如果对这些联接的间隙不作特殊规定和技术要求,那么穿过间隙的壳内爆炸产物就要引燃壳外周围爆炸性混合物,其后果不堪设想。为了阻止壳内爆炸性混合物爆炸生成物引燃壳外周围的爆炸性混合物,就必须在外壳的各接合处,也就是联接间隙采取一些特殊有效的措施,实现外壳隔爆性能。通常把互相联接的接合面称为“隔爆接合面”,简称“隔爆面”。而隔爆面之间的间隙称为“隔爆接合面间隙”,简称“隔爆间隙”。隔爆间隙的大小是隔爆外壳能否隔爆的关键。通常隔爆面是采用法兰连接的隔爆保护方式。隔爆结合面间隙有多种结构:平面形结构(开关大盖与壳体、接线盒与壳体),圆筒形结构(电动机端盖与机座、转轴与转孔),平面加圆筒形结构(煤电钻接线盒盖与接线盒),曲路(迷宫)结构(原苏联进口的开关大盖与壳体),螺纹结构,衬垫结构(照明灯罩与金属外壳),叠片结构(老式蓄电池箱上防爆结构),微孔结构(分析仪器传感器用铜基、不锈钢基粉末冶金片,不锈钢球隔爆结构、发泡不锈钢板),金属网隔爆结构(多层铜网、不锈钢网)等,如图1所示。

利用外壳的间隙进行隔爆的理论与金属网对火焰熄灭作用原理相仿。隔爆外壳的隔爆作用是利用外壳的法兰间隙来实现隔爆的。为什么法兰间隙能实现隔爆,现在理论研究上仍有两种观点:一种观点认为,法兰间隙对壳内爆炸生成物(火焰)有熄火作用,火焰在狭窄的法兰间隙中自动熄灭,因此法兰间隙有隔爆作用,另一种观点则认为,法兰间隙不仅能熄灭壳内火焰而且还能降低壳内爆炸生成物的温度,而这些生成物是有传爆危险的,所以法兰间隙能起到隔爆作用。总之,理论的研究和实践都证明了利用隔爆外壳的法兰间隙能起到隔爆作用。既然法兰间隙能起隔爆作用,那么间隙的大小与隔爆作用的大小又存在什么关系呢研究证明:法兰间隙越大,穿过间隙的爆炸产生物能量就越多,传爆性就越强,隔爆性能就越差。相反,法兰间隙越小,传爆性就越弱,隔爆性能就越好。

法兰隔爆面的长度也和法兰间隙的隔爆性紧密相关。隔爆面越长,传爆的可能性就愈小,隔爆面越短,传爆的可能性就越大。为了能使隔爆外壳具有最佳隔爆性,人们对外壳法兰间隙的大小与隔爆性能进行了试验研究,试验得出:最大不传爆间隙就是最大试验安全间隙,不同的爆炸性混

合物的最大试验安全间隙不同(当法兰间隙的长度为25mm)。既然法兰最大安全间隙对隔爆有如此重要的作用,那么影响最大安全间隙又有哪些因素呢研究证明,影响最大试验安全间隙的因素有:1爆炸性混合物的浓度,2隔爆法兰的长度及其表面加工粗糙度;3隔爆外壳的容积;4爆炸混合物的初始压力、温度和湿度;5点火源到隔爆间隙内缘的距离;6爆炸性混合物的流动状态等诸多因素。下面逐一研究这些因素对最大安全间隙影响的程度。

A.爆炸性混合物浓度的影响。最大安全间隙试验时使用的爆炸性混合物的浓度是最危险的浓度,当这种爆炸性混合物浓度高于或低于最危险浓度时(最大安全间隙试验中所采用的浓度),都会使试验安全间隙增大。爆炸性混合物浓度对最大试验安全间隙的影响是非线性关系变化的。

B.隔爆法兰长度的影响。法兰长度下降;安全间隙下降,法兰长度上升,试验安全间隙增大。当法兰长度从零增加到15mm时,试验安全间隙增长很快。但当法兰长度再度增大时,试验安全间隙只能增大到这种爆炸性混合物的熄火距离。如果再增大法兰面的间隙,爆炸性混合物的爆炸生成物将穿过间隙向壳外周围传播,那么外壳也就失去了隔爆作用。

C.隔爆外壳法兰表面加工粗糙度的影响。法兰表面加工粗糙度只要不影响间隙的宽度,即只要保持法兰表面平整,不会造成间隙宽度畸形,法兰表面略粗糙一些,对隔爆性能没有大的影响。一般认为,隔爆面加工粗糙度达到△3.2就能满足要求,但不能低于△3.2。在保证隔爆面平整的前提下,加工表面略粗糙些,将会降低隔爆壳内爆炸性产物在穿过隔爆间隙时的速度,这对法兰间隙的隔爆作用是有利的,但不能过分粗糙,否则将引起安全间隙下降。

D.隔爆外壳的容积对最大试验安全间隙的影响。在壳内点火源位置一定的前提下,隔爆外壳容积的改变对最大试验安全间隙影响是不大的。

E.爆炸性混合物的压力和温度对最大安全间隙的影响。爆炸性混合物压力提高,最大试验安全间隙将下降;爆炸性混合物温度的提高更易爆炸,将会使试验安全间隙下降。

F.爆炸性混合物湿度的影响。随着爆炸性混合物湿度的提高,间隙的传爆的可能性减小,最大试验安全间隙将随之增大。

G.隔爆外壳内点火源位置对试验安全间隙的影响。对于快速反应的爆炸性混合物,壳内点火源位置对试验安全间隙的影响不大。但对于反应缓慢的爆炸混合物,点火源对最大试验安全间隙有较大影响。点火源位置偏离中心,最大试验安全间隙将随之增大。