煤礦電氣設(shè)備防爆殼設(shè)計(jì)研究范文

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摘要：

本文針對(duì)一種煤礦自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的防爆殼體結(jié)構(gòu)展開(kāi)設(shè)計(jì)，在對(duì)電氣設(shè)備防爆類(lèi)型劃分的基礎(chǔ)上，提出了隔爆式自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備防爆殼體的基本設(shè)計(jì)需求，并從核心設(shè)計(jì)和其它設(shè)計(jì)兩方面展開(kāi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包含殼體基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基本形狀設(shè)計(jì)、材料選擇、厚度設(shè)計(jì)、內(nèi)徑設(shè)計(jì)、連接設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，最終完成了防爆殼體的有效設(shè)計(jì)，達(dá)到了既定需求。

關(guān)鍵詞：

電氣設(shè)備；防爆殼體；結(jié)構(gòu)；爆炸壓力

新世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)煤礦生產(chǎn)的整合和產(chǎn)業(yè)鏈條的不斷優(yōu)化，以規(guī)?；?、自動(dòng)化生產(chǎn)為基礎(chǔ)的煤礦產(chǎn)業(yè)布局已經(jīng)形成，煤礦生產(chǎn)環(huán)境日趨完善。特別是在目前安全處于首位的生產(chǎn)背景下，各類(lèi)自動(dòng)化電氣設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛。然而，煤礦環(huán)境從根本上講是一種相對(duì)危險(xiǎn)的環(huán)境，具有易燃、易爆、易塌方等典型的危險(xiǎn)特征。因此，煤礦環(huán)境中所使用的電氣設(shè)備通常需要具有防爆的特點(diǎn)。防爆電氣產(chǎn)品作為一種非常特殊的產(chǎn)品，對(duì)防爆殼體的設(shè)計(jì)要求較高，但目前的很多煤礦用防爆電氣產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)隱患廣泛存在，例如防爆設(shè)計(jì)過(guò)程中的緊固螺栓間距難以滿(mǎn)足爆炸需求，防爆殼體的原材料不符合標(biāo)準(zhǔn)，防爆殼體與產(chǎn)品接線端子間距超差等問(wèn)題，使得防爆電氣產(chǎn)品的工作壽命和使用期限大大縮短，為煤礦安全生產(chǎn)埋下隱患。鑒于此，本文針對(duì)在煤礦生產(chǎn)易爆環(huán)境下的一種自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備進(jìn)行防爆殼體的設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)此類(lèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備防爆殼體的可靠性與穩(wěn)定性。

1電氣設(shè)備的防爆類(lèi)型劃分

對(duì)煤礦生產(chǎn)而言，防爆電氣設(shè)備可采取不同的防爆方式，比較常見(jiàn)的有隔爆式、增安式、本質(zhì)安全式三類(lèi)。

1.1隔爆式防爆電氣設(shè)備

隔爆式防爆電氣設(shè)備是目前在煤礦生產(chǎn)中最常見(jiàn)的一種防爆設(shè)備，它通過(guò)為電氣設(shè)備安裝防爆外殼，使外殼能夠承受爆炸產(chǎn)生的壓力，保證殼內(nèi)的電氣設(shè)備不會(huì)受到爆炸影響。當(dāng)前在煤礦生產(chǎn)中使用的電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)設(shè)備等一般都采取隔爆式，此類(lèi)方式具有非常良好的防爆性能。

1.2增安式防爆電氣設(shè)備

增安式防爆電氣設(shè)備是利用附加手段提升電氣設(shè)備自身的安全性與穩(wěn)定性，盡可能避免電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的溫度、火花等危險(xiǎn)情況，通常的做法包括有增加電氣設(shè)備的絕緣性能、對(duì)電氣設(shè)備表面溫度升高值進(jìn)行限制等。

1.3本質(zhì)安全式防爆

電氣設(shè)備所謂本質(zhì)安全式防爆電氣設(shè)備，是一種相對(duì)被動(dòng)的防爆電氣設(shè)備，主要是對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的火化外漏進(jìn)行處理，保障火花無(wú)法將生產(chǎn)環(huán)境中的爆炸性氣體進(jìn)行點(diǎn)燃。此類(lèi)方式一般用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)、通信設(shè)備等的部署。

2自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備樣式與隔爆式防爆殼體設(shè)計(jì)需求

2.1基本樣式

本文所設(shè)計(jì)的隔爆式自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的防爆殼體，是為滿(mǎn)足礦井這種易燃易爆環(huán)境下自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備正常工作需求。該自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備通過(guò)安裝在礦井中對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡就瓿勺詣?dòng)監(jiān)測(cè)。在具體的設(shè)備安裝方式上，該自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備水平或者垂直均可以，該自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的基本樣式如圖1所示。本文的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)施隔爆防爆。

2.2防爆殼體設(shè)計(jì)需求

針對(duì)以上自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，為其設(shè)計(jì)的防爆外殼需求如下：

（1）防爆認(rèn)證：滿(mǎn)足我國(guó)防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編寫(xiě)的防爆標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，以及滿(mǎn)足歐洲國(guó)家防爆標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

（2）防爆材料：選擇滿(mǎn)足防爆標(biāo)準(zhǔn)需求材料，外涂用環(huán)氧樹(shù)脂。

（3）機(jī)械尺寸需求：外殼長(zhǎng)度介于16cm至25cm之間，外徑介于11cm與14cm之間。

（4）使用溫度：大于零下40℃，小于60℃。

（5）接口需求：至少3個(gè)接口。

（6）讀數(shù)顯示需求：不論水平還是垂直安裝方式，均可以正視通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備讀取監(jiān)測(cè)數(shù)值。

3隔爆式自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備防爆殼體具體設(shè)計(jì)

3.1核心設(shè)計(jì)

按照上述對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備防爆殼體的需求描述，并結(jié)合該設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究后得到如下初步的設(shè)計(jì)方案：

（1）殼體基本結(jié)構(gòu)。該自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備防爆殼體的最佳設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要能夠保證后續(xù)壓力產(chǎn)生時(shí)可實(shí)現(xiàn)相對(duì)均勻的分布，以及足夠小的內(nèi)部爆炸壓力，這有利于對(duì)爆炸的防御。由于該自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此設(shè)計(jì)的外殼必須包含有兩個(gè)不同功能的腔體，其一是核心元件放置的腔體，其二是線纜等連接性元件放置的腔體，兩腔體中間設(shè)置可通過(guò)防爆認(rèn)證的部件（可選擇絕緣套管）實(shí)施隔離。為便于操作人員對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和狀態(tài)查看，兩個(gè)腔體均需要設(shè)置對(duì)應(yīng)的玻璃透明罩。

（2）殼體材料的選擇。由于煤礦井下環(huán)境相對(duì)惡劣，瓦斯爆炸事故時(shí)有發(fā)生，這就要求對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的防爆殼體的設(shè)計(jì)必須要具有防爆性，具體而言是同時(shí)具有隔爆性以及耐爆性。因此，對(duì)于外殼材料的選擇，首先要以滿(mǎn)足隔爆與耐爆為基礎(chǔ)；同時(shí)，由于防爆殼體需要進(jìn)行一定的組合，因此殼體的材料必須能夠以焊接工藝進(jìn)行整合。綜上所述，本文選擇的材料為具有防爆性能的鋁鎂合金。

（3）殼體形狀設(shè)計(jì)。在電氣設(shè)備防爆外殼設(shè)計(jì)中，對(duì)于外殼形狀的設(shè)計(jì)一般是按照工作環(huán)境產(chǎn)生的爆炸壓力實(shí)現(xiàn)的。在煤礦生產(chǎn)環(huán)境中，瓦斯爆炸是最常見(jiàn)的，這種爆炸產(chǎn)生的環(huán)境溫度與壓力都較高。由于在爆炸過(guò)程中的高溫引起了壓力的增加，使得在容積固定的條件下，由Boyle-Mallet定律得到如下公式：PT=P0T0式中：T0與T分別表示爆炸前后的絕對(duì)溫度值，P0與P分別表示爆炸前后的壓力值。對(duì)外殼而言，爆炸所產(chǎn)生的壓力的大小與其體積大小并無(wú)直接的關(guān)系，而是與外殼的表面散熱面積有直接關(guān)聯(lián)。大量的實(shí)驗(yàn)表明，相同容積條件下，由爆炸所產(chǎn)生的不同形狀外殼的壓力各不相同，具體如表1所示：從表1可以看出，在圓球形、圓柱形、長(zhǎng)方形、正方形四種不同形狀容積中，圓柱形外殼的爆炸壓力最小；同時(shí)，圓柱外殼還具有受力均勻、整體緊湊等特點(diǎn)，適合作為本文自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的外殼基本形狀。

（4）殼體厚度設(shè)計(jì)。對(duì)于自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備而言，防爆殼體并非是密封的，它不但需要提供外部的接口，而且也存在形狀的對(duì)接縫，這使得實(shí)際的爆炸壓力會(huì)受到更多因素的干擾，間隙越大，接口越多，殼體所承受的爆炸壓力就越小。根據(jù)部分專(zhuān)家對(duì)防爆國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的等效轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，可得到針對(duì)圓柱外殼中對(duì)于壁厚的基本計(jì)算公式：δ≥pDi2[σ]tφ-p式中：δ為圓柱體外殼的壁厚；p為實(shí)際的壓力；Di為圓柱體的內(nèi)徑；[σ]t為固定溫度條件下的外殼允許應(yīng)力；φ為焊接系數(shù)。對(duì)于防爆外殼壁厚的設(shè)計(jì)，除了考慮經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題之外，還需要考慮外殼的強(qiáng)度儲(chǔ)備。根據(jù)本文所選擇的鋁鎂合金外殼，可對(duì)其強(qiáng)度展開(kāi)計(jì)算，同時(shí)將安全系數(shù)作為外殼允許應(yīng)力的計(jì)算基礎(chǔ)。據(jù)此筆者根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，得到此次防爆外殼壁厚的計(jì)算結(jié)果如下：δ=（4×10.784）/（2×45×1-4）=0.51cm

（5）內(nèi)徑設(shè)計(jì)。本文所設(shè)計(jì)的圓柱體狀的自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備防爆殼體，還需要考慮殼體內(nèi)徑的尺寸設(shè)計(jì)與計(jì)算，內(nèi)徑大小通常需要從緊湊性、連接性、安裝性三方面考慮。本文所選擇的自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備尺寸約為3.5英寸，內(nèi)徑需要保證電氣設(shè)備與外殼的緊湊契合；同時(shí)為了滿(mǎn)足罩體與電氣設(shè)備的連接，可采取內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)；綜上因素，本文選擇內(nèi)徑大小為107.8mm的內(nèi)螺紋規(guī)格，這一數(shù)值是在充分考慮了機(jī)加工工藝的余量基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。

3.2其它設(shè)計(jì)

（1）防爆殼體機(jī)械規(guī)格。根據(jù)前文對(duì)防爆殼體的初步設(shè)計(jì)，可進(jìn)一步明確該防爆殼體的基本機(jī)械規(guī)格如下：殼體外徑：12cm殼體內(nèi)徑：1.08cm殼體壁厚：0.51cm殼體長(zhǎng)度：2.6cm殼體寬度：1.7cm玻璃罩厚度：0.12cm殼體重量：4kg本防爆殼體的設(shè)計(jì)展示如圖2所示：通過(guò)上述三維展示圖，可以發(fā)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的防爆殼體實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)不同腔體的連接，其中一個(gè)腔體帶有玻璃視蓋，另一個(gè)為非玻璃盲蓋，并借助螺紋形式實(shí)現(xiàn)相互連接，從而保障了腔體內(nèi)部和外部的隔爆。

（2）防爆殼體具體連接結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的防爆殼體，兩個(gè)不同腔體之間的線路連接采取了穿墻隔蘭的方式，從而實(shí)現(xiàn)不同腔體獨(dú)自防爆的效果。圖3所示為防爆殼體中對(duì)于自動(dòng)監(jiān)測(cè)的傳輸裝置與測(cè)量裝置的連接方式。測(cè)量裝置部分利用2個(gè)M8螺釘置于傳輸裝置的下方，而傳輸裝置則采用在左邊3個(gè)外部接口實(shí)現(xiàn)與外部電路的連接。

4結(jié)束語(yǔ)

本文從機(jī)械工程的視角，對(duì)煤礦易爆環(huán)境下的自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的防爆殼體進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)的防爆殼體結(jié)構(gòu)能夠有效滿(mǎn)足自動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的防爆使用，為以后的該領(lǐng)域的類(lèi)似產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了更穩(wěn)定、可靠的理論依據(jù)，這對(duì)于進(jìn)一步提升煤礦井下電氣設(shè)備的防爆性能具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王典國(guó).常用防爆電氣設(shè)備的修理與檢驗(yàn)的技術(shù)要點(diǎn)[J].通訊世界，2016（17）.

[2]李治洲.礦用隔爆型電氣產(chǎn)品殼體設(shè)計(jì)分析[J].煤礦機(jī)械，2014（07）.

[3]高良君.煤礦井下隔爆型防爆電器隔爆接合面的常溫磷化現(xiàn)場(chǎng)檢修工藝的初步探討[J].中國(guó)科技投資，2012（27）.

[4]譚孝輝.基于PLC的煤礦井下電氣設(shè)備隔爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2013（09）.

[5]劉丹.淺談隔爆型電氣設(shè)備上的玻璃透明件[J].電氣開(kāi)關(guān)，2015（03）.

[6]張雷.煤礦用隔爆型電氣設(shè)備外殼及部件設(shè)計(jì)[J].電氣開(kāi)關(guān)，2014（03）.

作者:張海燕 單位:東方機(jī)電有限公司