(佳木斯防爆電機(jī)研究所 ，黑龍江佳木斯 154005)

管廊用高防護(hù)等級(jí)隔爆型外殼的設(shè)計(jì)

蘇顏利

(佳木斯防爆電機(jī)研究所 ，黑龍江佳木斯 154005)

根據(jù)管廊用高防護(hù)等級(jí)隔爆型外殼的特殊要求，提出了在設(shè)計(jì)中ExdeⅡCT型電器設(shè)備外殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外殼的容積計(jì)算，外殼壁厚的計(jì)算公式及方法，通過實(shí)踐最終制造出合格的防爆產(chǎn)品。

隔爆型外殼；防護(hù)等級(jí)； 薄膜應(yīng)力；殼體厚度；殼體體積

0 引言

ExdeⅡCT6型防爆電器設(shè)備廣泛應(yīng)用于除易產(chǎn)生瓦斯的煤礦外的其他爆炸性氣體環(huán)境，其中，最典型的就是城市綜合管廊系統(tǒng)。目前城市綜合管廊在系統(tǒng)日益完善的同時(shí)其規(guī)模也有增大的趨勢(shì)。綜合管廊系統(tǒng)裝有各種電纜、燃?xì)夤?、供水管道、電力管道等，是一個(gè)多種信號(hào)與傳輸信號(hào)交匯的場(chǎng)所。為了確保管廊內(nèi)的環(huán)境安全，要求管廊內(nèi)的電器設(shè)備必須具備良好的防護(hù)特性和隔爆特性。其防護(hù)等級(jí)必須達(dá)到IP65；隔爆等級(jí)必須達(dá)到ExdeⅡCT6。因此，用于管廊場(chǎng)所的電器設(shè)備的外殼設(shè)計(jì)是制造ExdeⅡCT6型電器設(shè)備的關(guān)鍵工藝。本文詳細(xì)論述ExdeⅡCT6型電器設(shè)備外殼的設(shè)計(jì)。

1 管廊用 ExdeⅡCT型電器設(shè)備外殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 管廊用 ExdeⅡCT型電器設(shè)備外形

隔爆外殼基本上是正方形、長(zhǎng)方形或橫截面錐度不超過10%的圓筒形。為了提高外殼的防護(hù)等級(jí)，殼體與門采用圓型法蘭連接方式如圖1所示。

圖1隔爆外殼結(jié)構(gòu)示意圖

引入裝置是由帶隔爆面的接線端子和增安型外殼組成的，隔爆殼和增安殼之間的隔板上有隔爆型螺紋孔，用以安裝接線端子。增安殼上開有防爆螺紋孔，用以安裝電纜引入裝置或?qū)Ч芤胙b置。隔爆殼和增安殼的設(shè)計(jì)壓力相同。各隔爆面及隔爆間隙的尺寸詳見表1。

表1 ⅡC類外殼接合面最小寬度和最大間隙尺寸

1.2 管廊用 ExdeⅡCT型電器設(shè)備防護(hù)性能

為適應(yīng)管廊的特殊工作環(huán)境，管廊用 ExdeⅡCT型電器設(shè)備外殼的防護(hù)等級(jí)為IP65，這意味著，外殼能完全防止粉塵進(jìn)入并能抵御任何角度噴水且無影響。因此,在選擇管廊用 ExdeⅡCT型電器設(shè)備外殼間的密封件時(shí)，一定要保證其與殼體間的尺寸相匹配，使其真正起到密封的作用。外殼之間的公差配合間隙不宜過大，平面度要盡量均勻，螺紋緊固件的螺距不宜過長(zhǎng)，以防止密封件不能有效壓緊。

1.3 管廊用 ExdeⅡCT型電器設(shè)備殼體材質(zhì)

防爆變頻調(diào)速裝置的外殼必須采用金屬材料制成。由于鋅和鋅合金容易迅速降低品質(zhì)(如抗拉強(qiáng)度性能),尤其是在溫暖潮濕的空氣中,它們也被認(rèn)為最具活性,因此,隔爆外殼不應(yīng)用鋅或含鋅量高于80%的鋅合金制成?？紤]到管廊特殊的腐蝕性環(huán)境，管廊用 ExdeⅡCT型電器設(shè)備殼體材質(zhì)通常采用不銹鋼(殼體容積較大時(shí))和鋁合金(殼體容積較小時(shí))材質(zhì)，兩種材質(zhì)的采用應(yīng)力見表2。

表2 ExdeⅡCT型電器設(shè)備殼體材質(zhì)許用應(yīng)力表

2 ExdeⅡCT6型外殼的容積計(jì)算

GB 3836.2—2010附錄D規(guī)定，ExdeⅡCT型電器設(shè)備外殼，只要在每一橫截面上至少有40%的面積可使氣體的流動(dòng)不受阻礙，爆炸的擴(kuò)散不受限制，內(nèi)裝元件可隨意布置。12.5mm長(zhǎng)的空間，這些單獨(dú)的釋放區(qū)域可以合并計(jì)算。這就為計(jì)算殼體的尺寸提供了方法。如圖2所示，殼體的主視圖、俯視圖和測(cè)試圖中的陰影部分代表空腔面積。按照標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)截面的陰影部分的面積占該截面面積的40%，其余面積為殼體中電器元件的截面積。占?xì)んw面積的60%(圖中如L的長(zhǎng)度12.5mm，則此處區(qū)域可以合并計(jì)算為空間面積)。因此，只要按此規(guī)定計(jì)算出殼體每個(gè)截面上的電器元件的總截面積(圖2中非陰影部分面積的總和，占?xì)んw截面積的60%)，就能計(jì)算出殼體在此截面的面積。進(jìn)而推算出殼體每個(gè)截面的面積，并最終計(jì)算出殼體的體積。

圖2防爆殼體截面示意圖

3 ExdeⅡCT6型外殼壁厚的計(jì)算

在確定了殼體的體積和材質(zhì)后即可按如下計(jì)算方法確定殼體的壁厚。

3.1 無加強(qiáng)矩形防爆殼體壁厚計(jì)算

在結(jié)構(gòu)尺寸和壁厚相同情況下，矩形截面容器與圓柱殼體容器相比，承載能力要差很多。平板理論不適用于矩形截面壓力容器壁面的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮一對(duì)相鄰邊的力矩和應(yīng)力的影響，如圖3所示。

圖3矩形防爆殼體截面受力分布

在C點(diǎn)的薄膜應(yīng)力

(1)

式中，σm—薄膜應(yīng)力,MPa；r—BC處過度圓弧半徑，mm(如圖3所示，r為BC點(diǎn)過度圓弧半徑，當(dāng)采用平板焊接方式時(shí)r=0)；L—?dú)んw的應(yīng)力臂，mm(如圖3所示)；P—設(shè)計(jì)壓力，MPa；δ—?dú)んw壁厚，mm。

在D點(diǎn)

σmD=σmC

(2)

在B點(diǎn)

(3)

在A點(diǎn)

σmA=σmB

(4)

則圖3中所示殼體壁厚δ1和δ2可用式(5)和式(6)計(jì)算

(5)

(6)

式中，[σ]—材質(zhì)的許用應(yīng)力，計(jì)算詳見表2；φ—焊縫系數(shù)，如果殼體側(cè)面沒有軸向和環(huán)向焊縫時(shí)φ=1。

3.2 圓柱型防爆殼體壁厚計(jì)算

3.2.1 圓柱殼體壁厚計(jì)算

隔爆殼體在高溫下工作時(shí)，其殼體壁厚計(jì)算

(7)

式中，p—設(shè)計(jì)壓力，MPa；Di—圓柱殼體的內(nèi)徑，mm；[δ]t—設(shè)計(jì)溫度t時(shí)的許用應(yīng)力，MPa;t—?dú)んw內(nèi)工作溫度，℃。

3.3.2 圓柱型防爆殼體標(biāo)準(zhǔn)封頭壁厚計(jì)算

(8)

若封頭在高溫下工作時(shí)，式(8)中的許用應(yīng)力取材料設(shè)計(jì)溫度的許用應(yīng)力值。

3.3 焊縫系數(shù)取值

3.3.1 鋼制殼體的焊縫系數(shù)φ值取法

鋼制殼體的焊縫系數(shù)φ值取法見表3。

表3 鋼制殼體的焊縫系數(shù)值

3.3.2 鋼制殼體的焊縫系數(shù)φ值取法

表4 鋁制殼體的焊縫系數(shù)值

4 結(jié)語

ExdeⅡCT6類高防護(hù)等級(jí)隔爆殼適用的工作場(chǎng)所，潮濕、多塵并混有爆炸性氣體，殼體內(nèi)部由于呼吸作用會(huì)進(jìn)入周圍的爆炸性氣體混合物，當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生電火花及危險(xiǎn)高溫時(shí)，將引燃?xì)?nèi)的爆炸性氣體混合物，形成巨大的爆破力和沖擊波，一方面隔爆外殼能夠承受內(nèi)部的爆炸壓力而不破損；另一方面隔爆外殼的接合面應(yīng)能阻止爆炸火焰向殼外傳播并引燃周圍的爆炸性氣體混合物，因此ExdeⅡCT6類高防護(hù)等級(jí)隔爆殼必須具有耐爆性及隔爆性和良好的防護(hù)性能。這樣才能使變頻調(diào)速設(shè)備存放在含有爆炸性氣體環(huán)境中。

[1] 應(yīng)一，魏桂梅.正壓型防爆電機(jī)的相關(guān)試驗(yàn).防爆電機(jī)，2011.2.

[2] 欒如，肖富凱.一種新型防爆型電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu).防爆電機(jī)，2012.1.

[3] 宋占松，李冰晶.防爆型三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)占舊版的差異分析.防爆電機(jī)，2013.1.

[4] 李克生，趙純禹.防爆變頻調(diào)整裝置隔爆外殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).防爆電機(jī)，2014.3.

DesignofHigh-ProtectionDegreeFlame-ProofEnclosureforPipeGalleryApplication

SuYanli

(Jiamusi Explosion-Proof Electric Machine Institute, Jiamusi 154002, China)

Based on the special requirements of high-protection degree flame-proof enclosure for pipe gallery application, this paper presents structural characteristics, volume calculation as well as wall thickness calculation formula and method of ExdeIICT electrical apparatus enclosure in design. The qualified explosion-proof products are finally produced based on practice.

Flame-proof enclosure；protection degree；film stress；enclosure thickness；enclosure volume

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.10

TM357

B

1008-7281(2017)05-0031-004

蘇顏利男1987年生；畢業(yè)于佳木斯大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事電氣檢驗(yàn)工作.

2017-02-17