非標(biāo)防爆鐵箱的設(shè)計原則
所謂非標(biāo)防爆箱，即指不按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求進行加工制造的防爆箱體，目前在電力工程、礦業(yè)工程中得到了廣泛的應(yīng)用。防爆箱設(shè)計是防爆箱制造加工的前期工作，其設(shè)計質(zhì)量對防爆箱體的后期制造質(zhì)量有直接影響，箱體設(shè)計不當(dāng)，制造工藝必定會遭受影響，進而導(dǎo)致箱體質(zhì)量與性能降低。因此在防爆箱制造加工前期，務(wù)必要做好防爆箱體的設(shè)計，確保其設(shè)計可行性。下面，筆者以防爆控制箱為例，對該類型防爆箱體的設(shè)計技術(shù)作詳細分析。
一、非標(biāo)防爆箱的定義與特點
工業(yè)領(lǐng)域中，非標(biāo)防爆箱按照用途、功能不同進行分類，可細分為防爆控制箱、防爆配電箱以及防爆配電柜三類。此三類設(shè)備均可在煤礦井下作業(yè)中加以應(yīng)用。非標(biāo)防爆箱在實際應(yīng)用中主要具有以下幾大特點，即：箱體外形美觀，一般由鋼筋焊接成型，也有的由鋁合金外殼壓鑄而成；箱體本身具有*的過載與短路保護作用；箱體安裝施工時，所采用的布線方式既可是鋼管布線，也可是電纜布線；箱體應(yīng)用到實際工作中，其型號、功能要按照用戶需求進行設(shè)計。為了進一步提升防爆箱的實用價值，可以根據(jù)用戶的定制要求，在線路中加裝電涌保護器、電壓表等。
二、非標(biāo)防爆箱的隔爆原理分析
非標(biāo)防爆箱可以在煤礦井下作業(yè)中加以應(yīng)用，達到煤礦井下作業(yè)防爆效果。結(jié)合非標(biāo)防爆箱的基本特征對其隔爆原理進行分析，發(fā)現(xiàn)非標(biāo)防爆箱之所以能起到防爆隔爆作用，其原因在于：電氣設(shè)備在運行使用過程中會產(chǎn)生高溫與火花，如果設(shè)備內(nèi)部因火花影響而產(chǎn)生爆炸，爆炸混合氣體向外流竄，路徑外殼的隔爆接合面時，該接合面能防止爆炸混合物燃燒并形成火焰反應(yīng)帶。另外，防爆箱的防爆外殼還能主動承受住設(shè)備內(nèi)部所產(chǎn)生的爆炸氣體的引爆壓力，讓內(nèi)部火花因無法與外部接觸而熄滅，致使設(shè)備溫度降低，達到防爆效果。非標(biāo)防爆箱應(yīng)用到工程實踐中，即使設(shè)備內(nèi)部發(fā)生了注入短路、爆炸等故障，防爆箱也能將這些故障隔絕在箱體內(nèi)部，防止危險外泄。
三、防爆箱體的設(shè)計
防爆箱體設(shè)計的前提基礎(chǔ)建立在隔爆原理上，設(shè)計時必須結(jié)合防爆箱隔爆原理，優(yōu)化設(shè)計方案，保證防爆箱設(shè)計方案的可行性。設(shè)計過程中，防爆箱結(jié)構(gòu)以及隔爆面參數(shù)是需要熟練掌握的兩大設(shè)計重點，設(shè)計要盡量滿足防爆箱的隔爆標(biāo)準(zhǔn)要求，通過優(yōu)化設(shè)計防爆箱結(jié)構(gòu)來提高箱體的防爆效果，使其隔爆功能能得到充分發(fā)揮。另外，防爆箱設(shè)計還需做好箱體強度校核、爆炸壓力確定、箱體隔爆性能完善等工作，要將電纜布設(shè)并引入到防爆箱體中，重點控制好箱體外殼的結(jié)構(gòu)強度。
1、設(shè)計中做好箱體外殼的強度校核
防爆型控制箱有圓形的和方形的,為了加工制造方便,大部分采用方
形的控制箱。對于圓形控制箱,根據(jù)公式進行強度校核: ，下表1為防爆箱體的焊縫系數(shù)。對于方形控制箱,在設(shè)計中一般用計算慣性矩的方法進行強度校核。設(shè)計時先計算出需要校核的一側(cè)箱體的慣性矩J,繼而計算出zui大應(yīng)力σ max ,當(dāng)zui大應(yīng)力≤材料許用應(yīng)力 時,設(shè)計壁厚滿足強度要求。
2、隔爆結(jié)構(gòu)要求
煤礦井下用隔爆型控制箱屬于I類設(shè)備,其隔爆結(jié)構(gòu)設(shè)計要嚴(yán)格遵守國家關(guān)于I類電氣的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求。在隔爆型控制箱的設(shè)計中關(guān)鍵是隔爆接合面的設(shè)計。隔爆接合面的表面粗糙度Ra不得超過6.3微米。隔爆接合面的zui小寬度不能低于表2規(guī)定值,zui大間隙不能超過表2的規(guī)定值。
如果操縱桿和軸超過了表2規(guī)定的zui小接合面的寬度,其接合面和寬度應(yīng)不小于操縱桿和軸的直徑,但不必大于25mm。若在正常使用中使用間隙可能因磨損而增大時,則應(yīng)采取措施如采用可更換的襯套來避免間隙無限增大,在特殊情況下,還應(yīng)增設(shè)一個在正常使用中不易磨損的封蓋?？刂葡鋬?nèi)或直接引入的接線端子部分的電氣間隙和爬電距離應(yīng)符合GB3836.3-2000的有關(guān)規(guī)定。對于螺紋接合面,螺紋精度要不低于3級,螺距大于或等于0.7mm,其zui小嚙合扣數(shù)、zui小軸向嚙合距離要滿足相關(guān)規(guī)定。隔爆螺紋接合面須有防止自行松脫的措施。
3、箱體材質(zhì)
采掘工作面用電氣設(shè)備用的隔爆型控制箱體外殼必須采用鋼板或鑄鋼制成。其他零部件或裝配后外力沖擊不到的及容積不大于2000cm3的箱體外殼,可用牌號不低于HT250的灰鑄鐵制成;非采掘工作面的電氣設(shè)備的隔爆箱體外殼可用牌號不低于HT250的灰鑄鐵制成。雖然標(biāo)準(zhǔn)中做如上規(guī)定,但是考慮到箱體的安全性能,建議非鑄造殼體采用Q345鋼板作為殼體材料,既保證了良好的強度又有較好的焊接性能。
4、電纜引入裝置
應(yīng)用于煤礦的I類控制箱的電纜引入裝置一般為壓盤式和螺紋式連接,無論哪種方式連接的引入裝置都不應(yīng)有尖銳棱角,以防損傷電纜。設(shè)計電纜引入裝置時應(yīng)采取措施防止電纜受拉或扭轉(zhuǎn)時損壞接線端子。電纜引入裝置裝配到電氣設(shè)備上時,其結(jié)構(gòu)和固定不應(yīng)損害電氣設(shè)備的防爆特性。引入裝置安裝后應(yīng)只有用工具才能拆卸下來?？蓮澢娎|進線口應(yīng)有一個至少為75度的圓弧(俗稱喇叭口),半徑至少為允許使用電纜zui大直徑的14,但不必超過3mm。
四、結(jié)束語
綜上所述，非標(biāo)防爆箱目前已經(jīng)在煤礦井下作業(yè)中有了極為廣泛的應(yīng)用，其所具有的隔爆與防爆功能使其應(yīng)用優(yōu)勢大增，受到了研究界人士的高度關(guān)注。在本篇文章中，筆者重點結(jié)合防爆箱隔爆原理，對其箱體的設(shè)計技術(shù)要點做了詳細論述，得出了結(jié)論，希望這一系列結(jié)論能為同行工作提供參考。
非標(biāo)防爆鐵箱的設(shè)計要求和原理非標(biāo)防爆鐵箱的設(shè)計要求和原理
