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隔爆兼本質(zhì)安全型控制箱及水壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要
本文闡述了礦用自動(dòng)風(fēng)門系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和隔爆兼本質(zhì)安全型控制箱及水壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)。礦用自動(dòng)風(fēng)門系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)和水壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)只作為簡(jiǎn)單介紹。而重點(diǎn)在于介紹隔爆兼本質(zhì)安全型控制箱的設(shè)計(jì)，主要闡述了隔爆型電氣設(shè)備和本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的隔爆原理、隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)、隔爆外殼附件和對(duì)隔爆外殼的檢驗(yàn)。
關(guān)鍵詞: 風(fēng)門 隔爆 控制箱 水壓試驗(yàn)機(jī)
Abstract
This thesis mainly to describe the design of the system of automatic throttle
which are used in mine. And the design of explosion-proof enclosure and the experiments machine using water pressure. The former is the simple introduction. The point lies in the introduction of the design of explosion-proof enclosure. It’s mainly to talk about the principle of explosion-proof equipments and the intrinsic safety equipments used in mine.
Key words: throttle explosion-proof enclosure experiments machine
目錄
摘要
Abstract
第一章 緒論
1.1 課題的目的及意義
1.2 我國(guó)煤礦隔爆外殼的發(fā)展?fàn)顩r
1.3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
第二章 礦用自動(dòng)風(fēng)門系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)組成
2.2 門體結(jié)構(gòu)形式
2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)
2.4 控制箱
2.5 檢測(cè)及控制系統(tǒng)
2.6 系統(tǒng)的工作過程
第三章 自動(dòng)風(fēng)門隔爆兼本質(zhì)安全型控制箱的設(shè)計(jì)
3.1 隔爆型電氣設(shè)備
3.1.1 概述
3.1.2 電氣設(shè)備外殼內(nèi)的沼氣爆炸
3.1.3 隔爆原理
3.1.4 隔爆型電氣設(shè)備的隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)
3.1.5 隔爆型電氣設(shè)備的外殼附件
3.1.6 隔爆型電氣設(shè)備防爆性能的保證
3.1.7 隔爆型電氣設(shè)備的試驗(yàn)
3.2 本質(zhì)安全電路和本質(zhì)安全型電氣設(shè)備
3.2.1 本質(zhì)安全電路的基本知識(shí)
3.2.2 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的防爆原理
3.2.3 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的部件
3.2.4 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)要求
第四章 水壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)
4.1 水壓試驗(yàn)機(jī)的組成及工作原理
4.2 水壓試驗(yàn)機(jī)的工作過程
4.3 電機(jī)、水泵、管件和閥門的選型設(shè)計(jì)
結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
第一章 緒論
1.1 課題的目的及意義
本畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為礦用自動(dòng)風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)本課題的目的在于通過本課題的設(shè)計(jì)，可以使我們對(duì)礦用自動(dòng)風(fēng)門系統(tǒng)有所了解。而對(duì)自己所選的專題應(yīng)該是有全面的了解。
為使風(fēng)流在礦井內(nèi)得到合理分配和流動(dòng),需要設(shè)置一系列的裝置來引導(dǎo)風(fēng)流、遮斷風(fēng)流或控制風(fēng)流，這類裝置叫通風(fēng)構(gòu)筑物。通風(fēng)構(gòu)筑物的選擇和維護(hù)管理的好壞，在很大程度上決定了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的完善和通風(fēng)效果。因此，通風(fēng)構(gòu)筑物是礦井通風(fēng)工作中重要的一環(huán)。
符合于空氣動(dòng)力要求的通風(fēng)構(gòu)筑物是具有最小的阻力和允許非常少的漏風(fēng)。一切通風(fēng)構(gòu)筑物可分為兩類：
1）通過風(fēng)流的構(gòu)筑物——扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)峒、風(fēng)橋、反風(fēng)裝置、調(diào)節(jié)口；
2）遮斷風(fēng)流運(yùn)動(dòng)的建筑物——風(fēng)墻、風(fēng)門、井蓋、雙重風(fēng)門、風(fēng)閘、閥門、通風(fēng)井筒的井上密閉建筑物。
由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)礦用自動(dòng)風(fēng)門系統(tǒng)，因此這里只介紹一種遮斷風(fēng)流運(yùn)動(dòng)的建筑物——風(fēng)門。
風(fēng)門設(shè)在需要隔斷風(fēng)流、平時(shí)又需要行人的巷道內(nèi)。根據(jù)巷道寬度不同，風(fēng)門有一扇的和兩扇的。風(fēng)門可分為臨時(shí)風(fēng)門和永久風(fēng)門兩種。風(fēng)門門窗安在擋風(fēng)墻門垛的門框上，門扇由木質(zhì)、金屬材料或混合材料制成，按開啟方式分為普通風(fēng)門和自動(dòng)風(fēng)門。普通風(fēng)門用人力開啟，一般多用木質(zhì)構(gòu)成，門扇與門框呈斜面沿口接觸，與水平面成80～85°傾角，接觸面用可縮性襯墊，迎風(fēng)開啟。自動(dòng)風(fēng)門是借助于各種動(dòng)力開啟與關(guān)閉的一種風(fēng)門，按其開啟動(dòng)力可分為撞桿式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和水動(dòng)式等。自動(dòng)風(fēng)門靈活、可靠，可實(shí)行載波遙控與集中監(jiān)視。
風(fēng)門是煤礦主要的通風(fēng)設(shè)施，它一方面起到調(diào)度風(fēng)流的作用，另一方面在災(zāi)變時(shí)期還起著控制災(zāi)害范圍的作用，特別是在火災(zāi)、瓦斯爆炸時(shí)期，利用各種可控制的風(fēng)門進(jìn)行風(fēng)流調(diào)度，防止災(zāi)害擴(kuò)大都起到越來越大的作用。為了適應(yīng)礦井平時(shí)及災(zāi)變時(shí)期對(duì)風(fēng)門的需求，很多單位研制和開發(fā)出各種特色的風(fēng)門，并已獲得礦井的應(yīng)用。以下介紹幾種典型的自動(dòng)風(fēng)門。
（1）光控壓風(fēng)自動(dòng)風(fēng)門
光控壓風(fēng)自動(dòng)風(fēng)門的動(dòng)力部分由汽缸、電磁閥、壓風(fēng)軟管、滑輪、鋼絲繩等組成。電磁閥不通電時(shí)，汽缸的前腔通入壓縮空氣，后腔與大氣相通?；钊麠U縮回，風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)電磁閥通電時(shí)，切換氣路，汽缸前腔與大氣連通，后腔通入壓縮空氣，活塞桿伸出，鋼絲繩通過滑輪便打開風(fēng)門。
該風(fēng)門的特點(diǎn)是自動(dòng)風(fēng)門與其它機(jī)械風(fēng)門比較，具有所占空間小，動(dòng)作靈活、可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于不能通過風(fēng)流且需行人和通車的巷道。
（2）微波監(jiān)控電動(dòng)風(fēng)門
平頂山七礦使用有微波監(jiān)控自動(dòng)風(fēng)門，它主要由控制部分和執(zhí)行部分組成。
此類風(fēng)門特點(diǎn)是風(fēng)門與傳動(dòng)裝置之間為剛性聯(lián)接，在正常情況下能真正實(shí)現(xiàn)風(fēng)門開啟自動(dòng)化和風(fēng)門間的閉鎖；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、對(duì)安裝和維護(hù)技術(shù)要求不高；可靠性好。
（3）壓力平衡式自動(dòng)風(fēng)門
中國(guó)煤博四方技術(shù)公司開發(fā)的FM-CK系列壓力平衡式自動(dòng)風(fēng)門，由壓力平衡式風(fēng)門、CK防爆兼本安型程控組合開關(guān)、霍爾行車傳感器、紅外門阻傳感器及聲光信號(hào)系統(tǒng)組成。
該風(fēng)門具有以下特點(diǎn)：電腦程控，適用于多種來往通過模式；傳感可靠，在泥中、水中均能使用；聲光信號(hào)，指示人車安全通過；兼容手動(dòng)，斷電時(shí)可由人力開啟。
1.2 我國(guó)煤礦防爆外殼的發(fā)展?fàn)顩r
建國(guó)以來，我國(guó)煤炭工業(yè)取得了世界矚目的成就，一直以較快的速度向前發(fā)展。我國(guó)煤炭業(yè)的發(fā)展主要是依靠科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展主要是提高機(jī)械化水平和礦井技術(shù)裝備水平，不斷采用新技術(shù)。不斷提高礦井的綜合生產(chǎn)能力和抗災(zāi)能力，改善煤礦的安全生產(chǎn)狀況。
通過對(duì)國(guó)外防爆外殼先進(jìn)技術(shù)的多年實(shí)踐摸索，目前，我國(guó)該類產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平已經(jīng)大大縮短了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，部分產(chǎn)品已經(jīng)接近或趕上國(guó)際先進(jìn)水平。
機(jī)械加工工藝提高。多數(shù)企業(yè)的大部分產(chǎn)品基本上都注意了防爆部位和零部件的機(jī)械加工質(zhì)量，基本能夠按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行加工，例如：隔爆面的加工精度和長(zhǎng)度、緊固螺栓的旋入長(zhǎng)度、內(nèi)外接地裝置的直徑等。
1.3本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目為礦用自動(dòng)風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)。所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容分為四個(gè)專題，即：
專題一 隔爆兼本質(zhì)安全型電氣控制箱及其水壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)
1 控制箱總方案設(shè)計(jì)
2 隔爆外殼設(shè)計(jì)
3快開門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（左右開門或上下開門）
4機(jī)械聯(lián)鎖裝置設(shè)計(jì)
5水壓試驗(yàn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
6電機(jī)、水泵選型設(shè)計(jì)
專題二 自動(dòng)控制風(fēng)門系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)
1 控制箱總體方案設(shè)計(jì)
2 本體總體方案設(shè)計(jì)
3 電氣控制回路及保護(hù)回路設(shè)計(jì)
4 電器元件及PLC選型設(shè)計(jì)
專題三 風(fēng)門結(jié)構(gòu)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1風(fēng)門結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)
2 門體、上下導(dǎo)軌、導(dǎo)向輪及張緊裝置設(shè)計(jì)
3 傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
1） 電機(jī)
2） 采用電液推桿
4 電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、電液推桿選型設(shè)計(jì)
5 摩擦傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及手搖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
專題四 先導(dǎo)式風(fēng)門結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1風(fēng)門結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)
2 行人便門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3 行人便門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
4 直線電機(jī)的選型設(shè)計(jì)
我所選的是專題一：隔爆兼本質(zhì)安全型電氣控制箱及其水壓試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有礦用自動(dòng)風(fēng)門控制箱（見圖00）、左右開門快開門機(jī)構(gòu)（見圖01）、水壓試驗(yàn)機(jī)外觀圖（見圖10）
第二章 礦用自動(dòng)風(fēng)門系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)組成
自動(dòng)風(fēng)門是借助于各種動(dòng)力開啟與關(guān)閉的一種風(fēng)門，按其開啟動(dòng)力可分為撞桿式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和水動(dòng)式等。但風(fēng)門系統(tǒng)的組成基本類似。自動(dòng)風(fēng)門靈活、可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。
自動(dòng)控制風(fēng)門系統(tǒng)組成如圖1所示，由兩道門、來車識(shí)別裝置、狀態(tài)檢測(cè)裝置、防夾車裝置，隔爆兼本安控制箱等部分組成。每道門如圖2所示，由兩扇門體、道軌組合、滑輪組合、驅(qū)動(dòng)裝置、牽引鋼絲繩、張緊裝置等組成。
2.2 門體結(jié)構(gòu)形式
門體采用輕型槽鋼焊接成骨架，用3㎜厚鋼板覆蓋做門面，骨架及門面板在制造時(shí)做防銹處理，在其中的一扇門上設(shè)有行人便門，門扇周邊采用橡膠帶密封。上導(dǎo)軌采用20號(hào)槽鋼，下導(dǎo)軌采用18公斤道軌。另外門體的高度應(yīng)與巷道的高度相適應(yīng)，人行門應(yīng)不低于1.8～2.0米。為避免列車通過時(shí)對(duì)風(fēng)門的碰撞，風(fēng)門全開時(shí)的凈寬應(yīng)為列車最大寬度再加400㎜。
2.3傳動(dòng)系統(tǒng)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用的傳動(dòng)系統(tǒng)有兩類：一類是采用電液推桿；另一類是采用電機(jī)。
2.4控制箱
控制箱是用來放控制元件的部分?？刂葡渲饕蓛刹糠纸M成，一部分是上面的接線腔，另一部分是下面的箱體。接線腔內(nèi)主要放有一些接線裝置，比如九芯接線柱，螺桿接線柱等。箱體內(nèi)放有電氣控制設(shè)備，由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用的是可編程控制器輸入輸出信號(hào)，因此箱內(nèi)還放有可編程控制器及一些其他裝置。由于該控制箱是用于煤礦井下，因此要滿足煤礦安全規(guī)程的要求。在控制箱的設(shè)計(jì)中主要用了快開門機(jī)構(gòu)和聯(lián)鎖裝置。所謂快開門機(jī)構(gòu)是指防爆電氣設(shè)備外殼上只需解除少量螺栓或不需要解除螺栓，通過簡(jiǎn)單的操作即可在短時(shí)間內(nèi)打開的門或蓋（本設(shè)計(jì)中是門）。聯(lián)鎖裝置可以防止因誤操作而產(chǎn)生的明火引爆沼氣、人身觸電和機(jī)電設(shè)備事故。聯(lián)鎖裝置的目的是為了保證操作順序，防止誤操作。對(duì)它的要求是：設(shè)備帶電時(shí)，可拆卸部分不能拆卸；可拆卸部分打開時(shí)，該設(shè)備送不上電。它還應(yīng)具有使用一般工具不能解除其聯(lián)鎖功能的結(jié)構(gòu)。另外，為防止電氣設(shè)備外殼帶電而危及人身安全，因此電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)設(shè)外接地端子，接線盒內(nèi)應(yīng)設(shè)有內(nèi)接地端子。接地端子處應(yīng)標(biāo)出接地符號(hào)。
2.5檢測(cè)及控制系統(tǒng)
據(jù)目前礦山使用的觸發(fā)信號(hào)，多以電機(jī)車架線旁加設(shè)附線，其次是光電和軌道接點(diǎn)幾種。繼電器控制系統(tǒng)，雖然附線式觸發(fā)信號(hào)簡(jiǎn)單，便宜，并多數(shù)采用二段開門雙附線也較可靠，但有局限性，即當(dāng)?shù)V車或人員通過風(fēng)門時(shí)尚需手動(dòng)。光電式觸發(fā)信號(hào)雖能當(dāng)?shù)V車或人員通過風(fēng)門時(shí)，均可自動(dòng)開閉風(fēng)門，靈敏度也高，但受到礦井塵霧、潮濕影響限制了使用，目前礦用光電管（光敏電阻）易老化，還不理想，尚需改進(jìn)。軌道觸點(diǎn)觸發(fā)器，易于損壞，受潮濕而失靈，維修量大。
以上幾種均不理想，今后發(fā)展趨勢(shì)是超聲波或激光繼電裝置，并由繼電觸發(fā)器控制系統(tǒng)過渡到無觸點(diǎn)控制或簡(jiǎn)易順序控制系統(tǒng)。
本次設(shè)計(jì)中采用的是可編程控制器控制系統(tǒng)。來車檢測(cè)靠燈光脈沖光照射傳感裝置，可編程控制器根據(jù)傳感信號(hào)控制電機(jī)的啟動(dòng)以打開風(fēng)門，開門的停止信號(hào)來自于開門限位開關(guān)；風(fēng)門的關(guān)閉靠可編程定時(shí)控制，關(guān)門的停止信號(hào)同樣來自于關(guān)門限位開關(guān)。在每道門的兩側(cè)設(shè)有光電開關(guān)，檢測(cè)關(guān)門障礙，以防關(guān)門時(shí)夾車夾人。
2.6系統(tǒng)的工作過程
整個(gè)系統(tǒng)的工作過程如下：
1.上行車輛或下行車輛通過車燈脈沖光照射申請(qǐng)開門時(shí)，系統(tǒng)均發(fā)出申請(qǐng)信號(hào)，A，B門申請(qǐng)開門信號(hào)以先到者有效，后到者保持。
2.A門（或B門）申請(qǐng)信號(hào)有效時(shí)，執(zhí)行開門操作，同時(shí)有燈光指示，門開后延時(shí)15～30秒，此期間若還有申請(qǐng)信號(hào)，再延時(shí)15秒，在檢測(cè)無障礙情況下，執(zhí)行關(guān)門操作。A門（或B門）關(guān)閉后，延時(shí)2秒，B門（或A門）執(zhí)行開門操作，同時(shí)有燈光指示，門開后延時(shí)30秒，在檢測(cè)無障礙情況下執(zhí)行關(guān)門操作。
3.當(dāng)下行車輛通過B門（或上行車輛通過A門）期間，若有上行車輛申請(qǐng)B門開門信號(hào)（或下行車輛申請(qǐng)A門開門信號(hào)）則B門（或A門）繼續(xù)延時(shí)30秒，上行車輛（或下行車輛）可進(jìn)入B門（或A門），然后再執(zhí)行后續(xù)程序。
第三章 自動(dòng)風(fēng)門隔爆兼本質(zhì)安全型控制箱的設(shè)計(jì)
1.1隔爆型電氣設(shè)備
1.1.1概述
很多礦山電氣設(shè)備都有難以密封的結(jié)合面，例如電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸、開關(guān)的操縱桿等。當(dāng)電氣設(shè)備的外殼存在間隙并且周圍沼氣濃度超限時(shí)，由于氣體的擴(kuò)散作用，設(shè)備周圍的爆炸性氣體混合物就通過設(shè)備外殼的間隙進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，電氣設(shè)備內(nèi)部的沼氣濃度會(huì)逐漸接近外殼外部的沼氣濃度。圖3-1所示為外殼周圍沼氣濃度為9.8%時(shí)沼氣滲入外殼達(dá)到的濃度與時(shí)間和法蘭結(jié)合面間隙的關(guān)系曲線。
由于電氣設(shè)備通電運(yùn)行時(shí)溫度升高和停電時(shí)溫
度降低而產(chǎn)生的“呼吸”作用以及對(duì)流作用，更加
快了爆炸性氣體向電氣設(shè)備外殼內(nèi)的擴(kuò)散。此外，
電氣設(shè)備發(fā)生故障，其內(nèi)部有機(jī)絕緣物的分解也會(huì)
產(chǎn)生大量爆炸性氣體。
因此，電氣設(shè)備內(nèi)部的爆炸性氣體的爆炸是很
難避免的，但是，當(dāng)電氣設(shè)備的外殼采用特殊的結(jié)
構(gòu)后，可以使電氣設(shè)備內(nèi)部的爆炸限制在機(jī)殼內(nèi)部，
而不致引起機(jī)殼外部的爆炸性氣體混合物爆炸，這
種作用就叫做隔爆。
本世紀(jì)初，德國(guó)科學(xué)家貝林加提出了隔爆間隙的
熱傳導(dǎo)理論，并且進(jìn)行了具有一定接合面長(zhǎng)度和間隙的外殼隔爆試驗(yàn)，通過試驗(yàn)得出結(jié)論：間隙隔爆的方法是可靠的，隔爆型電氣設(shè)備就是在此基礎(chǔ)上誕生的。
隨后，各國(guó)科學(xué)工作者對(duì)隔爆外殼的隔爆理論進(jìn)行了深入的研究，得到了隔爆接合面長(zhǎng)度與間隙的關(guān)系和隔爆外殼臨界間隙的近似表達(dá)式等研究成果。這些成果為隔爆電氣設(shè)備的安全運(yùn)行及隔爆電氣設(shè)備性能的改進(jìn)提供了理論基礎(chǔ)。
我國(guó)對(duì)隔爆外殼的安全間隙也進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和研究，并在此基礎(chǔ)上制訂了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。為了確保防爆電氣設(shè)備的性能安全可靠，機(jī)械工業(yè)部和煤炭工業(yè)部1965年聯(lián)合頒發(fā)了《礦用防爆電氣設(shè)備制造檢驗(yàn)規(guī)程》；1976年機(jī)械工業(yè)部、煤炭工業(yè)部、石油化學(xué)工業(yè)部聯(lián)合修訂防爆規(guī)程；1977年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局頒布了《防爆電氣設(shè)備制造檢驗(yàn)規(guī)程》（GB1336-77）；1983年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局又頒布了《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB3836.1-83（通用要求）、GB3836.2-83（隔爆型電氣設(shè)備）等五項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；1987年又連續(xù)頒布了GB3836.5-87…等四項(xiàng)防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。
隔爆型電氣設(shè)備的共同特征是：將正常工作或事故狀態(tài)下可能產(chǎn)生火花的部分放在一個(gè)或分放在幾個(gè)外殼中。這種外殼除了將其內(nèi)部的火花、電弧與周圍環(huán)境中的爆炸性氣體隔開外，殼內(nèi)各零件間的連接具有一定的結(jié)構(gòu)尺寸，它還應(yīng)具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。當(dāng)進(jìn)入殼內(nèi)的爆炸性氣體混合物被殼內(nèi)的火花、電弧引爆時(shí)外殼不致被炸壞，也不致使爆炸產(chǎn)物通過聯(lián)接縫隙引爆周圍環(huán)境中的爆炸性氣體混合物。這種能夠承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部爆炸向外殼周圍爆炸性混合物傳播的電氣設(shè)備外殼叫“隔爆外殼”。具有外殼的電氣設(shè)備叫“隔爆型電氣設(shè)備”，其標(biāo)志為“d”。
由于制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的原因，隔爆外殼不可能是“天衣無縫”的一個(gè)整體，而是有許多零件組成的。零件間聯(lián)接的縫隙會(huì)給殼內(nèi)的爆炸產(chǎn)物引燃?xì)ね獾谋ㄐ曰旌衔锾峁┩ǖ?，并且爆炸產(chǎn)物總是沿著最短的路徑通過這些縫隙。這些縫隙也叫“火焰通道”。為了防止殼內(nèi)的爆炸引起設(shè)備周圍環(huán)境爆炸性混合物的爆炸，火焰通道必須符合一定的結(jié)構(gòu)尺寸，叫做“隔爆參數(shù)”。符合隔爆參數(shù)要求的隔爆外殼各部件相對(duì)表面配合在一起的接合面叫隔爆接合面。有的隔爆接合面經(jīng)過多次試驗(yàn)得出了保證安全的參數(shù)范圍，對(duì)此在GB3836.2中作了明確的規(guī)定。還有一些因素對(duì)其保證安全的參數(shù)了解還不夠，則必須通過防爆試驗(yàn)來證明其安全性。
隔爆型電氣設(shè)備的發(fā)明和防爆理論的完善促進(jìn)了煤礦生產(chǎn)電氣化的進(jìn)程。在具有沼氣、煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井中，隔爆型電氣設(shè)備的數(shù)量可達(dá)礦井電氣設(shè)備的75%以上。因此弄清其防爆原理，學(xué)會(huì)正確使用和維護(hù)隔爆型電氣設(shè)備，對(duì)于搞好煤礦安全生產(chǎn)具有重大意義。
1.1.2電氣設(shè)備外殼內(nèi)的沼氣爆炸
爆炸性氣體混合物在爆炸時(shí)產(chǎn)生大量氣體和熱量，這些氣體受熱后體積迅速膨脹形成壓力波，壓力波對(duì)其傳播路徑上的一切障礙都將產(chǎn)生壓力。由于隔爆型電氣設(shè)備內(nèi)部的沼氣爆炸是不可避免的，因此我們有必要了解電氣設(shè)備外殼內(nèi)的沼氣爆炸有什么特點(diǎn)。
一、沼氣爆炸產(chǎn)生的高溫和高壓
沼氣只有與空氣按一定比例混合后，才具有爆炸性，其反應(yīng)過程如下：
點(diǎn)燃
CH+2（O+4N） 2H
上式左邊的是初始混合物，右邊的為反應(yīng)生成物和反應(yīng)放出的熱量Q?；旌衔镏械模∣+4N）為空氣的近似組成。上式說明，為了使1mol的沼氣完全反應(yīng)，需要2mol的氧氣和8mol的氮?dú)?。這樣沼氣在空氣混合物中的濃度為
CH
實(shí)際上，由于空氣中氧氣所占的比例略大于20%，所以沼氣空氣混合物完全反應(yīng)的比例約為9.8%。偏離這個(gè)比例，也能發(fā)生反應(yīng)。這個(gè)偏離界限就是爆炸界限，其上限為16%，下限為5%。
沼氣與空氣混合物爆炸時(shí)產(chǎn)生的高溫和高壓可根據(jù)反應(yīng)方程和波義爾-馬略特定律粗略地計(jì)算出來。當(dāng)沼氣的濃度為9.5%時(shí)，痄腮密閉絕熱的情況下溫度可達(dá)2100～2200℃，壓力可達(dá)840kPa左右。
以上數(shù)據(jù)是在絕熱狀態(tài)下密封容器內(nèi)爆炸取得的。由于爆炸發(fā)生時(shí)通過外殼散發(fā)掉一部分熱量，所以實(shí)際測(cè)得的溫度和壓力均低于理論計(jì)算值。例如9.5%左右的沼氣空氣混合物，在常壓下引爆后測(cè)得的溫度為1850℃，爆炸壓力為740kPa。爆炸壓力測(cè)定系統(tǒng)如圖3-2所示，壓力波形如圖3-3所示。
當(dāng)沼氣的濃度小于9.8%時(shí)，混合物中的沼氣得到充分燃燒，剩余氧氣未參加反應(yīng)；當(dāng)沼氣的濃度大于9.8%時(shí)，因混合物缺少氧氣，沼氣不能完全燃燒。因此這兩種情況下產(chǎn)生的壓力均小于最大值。
二、 影響外殼內(nèi)壓力的因素
外殼內(nèi)爆炸壓力的大小是決定外殼材料、結(jié)構(gòu)和形狀的重要因素，因此必須了解影
響爆炸壓力的因素。
在爆炸性混合物的濃度、初始?jí)毫?、初始溫度等相同的條件下，影響外殼內(nèi)爆炸壓力的主要因素有外殼的間隙、外殼的容積和外殼的形狀。
1、 外殼間隙的影響
電氣設(shè)備的外殼存在間隙，所以當(dāng)外殼內(nèi)沼氣爆炸時(shí)，燃燒表面對(duì)新鮮混合物的壓
縮使新鮮混合物通過間隙而被部分地釋放掉了，因此使容器中的爆炸壓力下降。在容積相同時(shí)，間隙越大產(chǎn)生的壓力越小。圖3-5所示為濃度為9.5%左右的沼氣-空氣混合物引爆時(shí)爆炸壓力與間隙的關(guān)系。為了使電氣設(shè)備的外殼能夠隔爆，通常希望間隙越小越好，因此外殼必須能承受較大的壓力，另外，當(dāng)隔爆外殼上使用襯墊時(shí)，由于襯墊的存在使得間隙的泄壓作用消失，所以對(duì)其外殼的強(qiáng)度要求就更高。
2、 容積的影響
由于混合物爆炸時(shí)總是通過外殼壁產(chǎn)生熱量的損失，因此爆炸產(chǎn)生的壓力和容積是
有聯(lián)系的。一般用外殼內(nèi)表面積S（即熱損失面積）與容積V（爆炸混合物的體積）之比表示散熱的效果。對(duì)于球形容器（圖3-6）：
（式3-1）
式中 D——球形容器的直徑，㎜。
式3-1表明，容積小時(shí)單位體積散熱面積相對(duì)較大，因此爆炸壓力相對(duì)較低。容積大時(shí)，損失掉的熱量與總的爆炸熱量相比不算大，因此容積對(duì)壓力的影響不大。圖3-7表明爆炸壓力與外殼容積的關(guān)系。
圖3-7中的關(guān)系僅適用于容積小于
64L的情況。對(duì)于較大的容積，在爆炸
時(shí)由于引爆點(diǎn)的不同以及在各方向上爆
炸速度不同回造成較大的壓力分布不平
均。如在內(nèi)徑為340㎜，容積245L的圓
筒形容器中，點(diǎn)火側(cè)的壓力為350kPa，
而在相對(duì)側(cè)，測(cè)得的爆炸壓力達(dá)900 kPa。
混合物爆炸時(shí)，會(huì)從外殼的間隙中漏氣而降低壓力。當(dāng)間隙一定時(shí)，爆炸壓力和容積的大小也有聯(lián)系。可以用漏氣面S和容積V的比表示泄壓效果。對(duì)于圖3-6所示的球形容器：
（3-2）
式中 D——球形容器的內(nèi)直徑，㎜；
d——間隙高度，㎜。
式3-2表明外殼容積越小，單位體積所具有的漏氣面積越大，爆炸時(shí)壓力就越低。若容積較大，就較小，漏氣較少，則壓力就較大，
總之，由于容積較小時(shí)單位體積的散熱和漏氣都比較多，所以其內(nèi)部壓力較低。這種現(xiàn)象在外殼容積0.5L以下時(shí)尤為顯著。
3、 外殼形狀的影響
在容積相同、外殼形狀不同的條件下，由于爆炸時(shí)產(chǎn)生的熱量相同，而散熱面積不同，所以產(chǎn)生的壓力也不同。在其它
條件都相同的條件下，不同形狀的容器內(nèi)爆炸壓力的差異如表3-1所示。
由表可知，圓球形的爆炸壓力最大，長(zhǎng)方形的爆炸壓力較小。這是因?yàn)榍蛐稳萜鞯纳崦娣e最小，而長(zhǎng)方形的容器表面積較大。
三、隔爆外殼的壓力重疊
沼氣與空氣的混合物在隔爆外殼內(nèi)爆炸，如果外殼內(nèi)為多空腔結(jié)構(gòu)，還將產(chǎn)生爆炸
壓力重疊現(xiàn)象。壓力重疊是個(gè)復(fù)雜的物理過程。
如圖3-8所示，A、B兩個(gè)空腔之間以孔連通，A腔容積遠(yuǎn)大于B腔容積。A、B腔內(nèi)均充以爆炸性混合物，并在A腔點(diǎn)火引爆。起爆后，壓力波的傳播速度快（約330m/s），而爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷s3.39 m/s左右）。所以A腔起爆后壓力波首先傳到B腔，使B腔內(nèi)爆炸性混合物的壓力升高，然后火焰?zhèn)鞯紹腔，使B腔內(nèi)被壓縮的氣體引爆。這時(shí)B腔內(nèi)產(chǎn)生的壓力是原來壓力的幾倍，甚至幾十倍，這種現(xiàn)象叫壓力重疊。
事實(shí)上，在同一容器內(nèi)，由于容器內(nèi)的結(jié)構(gòu)原因影響爆炸火焰的正常傳播時(shí)就會(huì)出現(xiàn)壓力重疊現(xiàn)象。例如某平行六面體的外殼，空殼時(shí)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐爆試驗(yàn)，三次試驗(yàn)后外殼完好無恙。六面體外殼內(nèi)裝入電氣元件后，將完整的空腔分割成三部分，各部分之間是狹長(zhǎng)的縫隙。當(dāng)在某一端點(diǎn)火試驗(yàn)時(shí)，壓力為470 kPa，而點(diǎn)火對(duì)面?zhèn)鹊谋▔毫_(dá)2700 kPa，外殼遭到嚴(yán)重破壞。
1.1.3隔爆原理
所謂隔爆，就是當(dāng)電氣設(shè)備外殼內(nèi)部發(fā)生爆炸時(shí)，火焰經(jīng)各接合面噴出，而不使殼外面的爆炸性混合物爆炸。隔爆外殼的間隙隔爆機(jī)理與金屬網(wǎng)對(duì)火焰的熄滅作用相仿。法蘭間隙能起隔爆作用的機(jī)理現(xiàn)仍有兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為隔爆是由于法蘭間隙的熄火作用；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為隔爆是由于法蘭間隙的熄火作用和法蘭間隙對(duì)爆炸產(chǎn)物的冷卻共同作用的結(jié)果。從這一試驗(yàn)來看，后一種觀點(diǎn)的理由更充分些。
一、間隙熄火作用
爆炸性氣體混合物火焰在狹小間隙中熄滅的理論是建立在觀道中火焰?zhèn)鞑ソ缦薜膶?shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上的。對(duì)于不同的爆炸性氣體混合物，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的臨界熄火直徑值d。當(dāng)管子的直徑超過臨界值時(shí)，這種爆炸性氣體混合物的火焰即可沿著這個(gè)管道傳播，否則火焰熄滅。在管子中心火焰溫度最高，為T，沿火焰表面的溫度為T，即氣體燃燒所需最低溫度。在火焰外一定距離到管壁之間氣體的溫度為T，所以這個(gè)區(qū)域的氣體不燃燒，這是因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)生的熱量被管壁及未燃燒氣體吸收所致。隨著火焰的傳播，火焰前方的氣體相繼開始燃燒，而靠近管壁的區(qū)域y的氣體始終不燃燒，這個(gè)區(qū)域叫做“死區(qū)”。當(dāng)管子的直徑減小時(shí)，死區(qū)逐漸向中間靠攏，火焰面進(jìn)一步彎曲。若管徑再減小一點(diǎn)，火焰的傳播就不可能了，這個(gè)直徑即稱臨界直徑d
式中 氣體混合物熱擴(kuò)散率，3.6×10㎡/s;
u-火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?.39m/s;
E-活化能，對(duì)于沼氣E=146600J/mol;
R-氣體常數(shù)，4.37J/mol·K;
e-自然常數(shù)，2.718；
T-最大燃燒溫度，對(duì)于沼氣T=2100K。
在管道熄弧的基礎(chǔ)上，蘇聯(lián)學(xué)者B.C.克拉夫琴科教授提出了平面間隙結(jié)構(gòu)的臨界間隙S表達(dá)式：
（3－4）
可見，臨界間隙未臨界管徑的一半。
火焰在間隙中熄滅是因?yàn)闊崃拷?jīng)過氣體傳給結(jié)構(gòu)間隙的表面的結(jié)果。所以公式3－3和3－4與構(gòu)成間隙的材料無關(guān)，而僅與氣體混合物的種類有關(guān)。對(duì)于火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵郎囟榷驾^高的氣體混合物，其臨界直徑和間隙較低，例如氫氣，其臨界間隙約為沼氣的1/10。
公式3－3和3－4還表明了管子和狹窄間隙對(duì)火焰有影響的各個(gè)參數(shù)之間的定性關(guān)系。根據(jù)分層燃燒火焰?zhèn)鞑l件導(dǎo)出的公式未考慮實(shí)際隔爆外殼中出現(xiàn)的一系列因素（爆炸過程中壓力的變化、爆炸生成物噴出的紊流性質(zhì)、間隙出口處壓力的降低等）。因此從公式中得出得數(shù)據(jù)和實(shí)際是有差別的。例如，按公式3－4計(jì)算沼氣－空氣混合物的臨界間隙為2㎜，而按試驗(yàn)數(shù)據(jù)，寬25㎜平面法蘭外殼的最大試驗(yàn)安全間隙為1.14㎜。
二、間隙的冷卻作用
當(dāng)接合面間隙小于臨界間隙時(shí)，殼內(nèi)的爆炸火焰經(jīng)過間隙即被熄滅，但是如果穿出間隙的爆炸產(chǎn)物的溫度達(dá)到引燃爆炸性氣體混合物所需要的高溫時(shí)仍然能夠引起外殼周圍的爆炸性氣體混合物爆炸。例如一氧化氮爆炸時(shí)，其火焰不可能穿過0.8mm的間隙，但它卻使容器外的沼氣-空氣混合物引爆。這說明，間隙對(duì)爆炸產(chǎn)物的冷卻作用與外殼的隔爆性能有直接關(guān)系。
點(diǎn)燃爆炸性混合物的必要條件是
在有限的燃燒生成物中要有足夠的能
量。當(dāng)法蘭間隙中的火焰通道足夠長(zhǎng)
時(shí)，由于間隙的冷卻作用，穿過間隙
的火焰得到充分的冷卻，其溫度降低
到點(diǎn)燃外殼外部的爆炸性混合物所需
的最低溫度以下，所以不會(huì)傳爆。試
驗(yàn)表明，從外殼中噴出的爆炸產(chǎn)物溫
度高于1020℃以上時(shí)才能點(diǎn)燃沼氣-空
氣混合物。如圖3-10a所示，在接合
面長(zhǎng)度L=25㎜的鋼制平面法蘭的球形
外殼內(nèi)，點(diǎn)燃沼氣濃度為8.5%的爆炸
性混合物進(jìn)行試驗(yàn)。在正對(duì)著點(diǎn)燃點(diǎn)
的間隙內(nèi)外測(cè)得的溫度與時(shí)間的關(guān)系
如圖3-10b所示。
從圖中可以看出：外殼內(nèi)部的最高溫度為1630℃，平均溫度為1440 ℃；殼外的最高溫度為950℃，而平均溫度為700℃，均低于1020℃。這證明隔爆間隙還有一個(gè)重要作用就是對(duì)爆炸產(chǎn)物進(jìn)行冷卻。
下面具體分析一下間隙中爆炸產(chǎn)物被冷卻的程度，可燃性氣體通過間隙時(shí)的冷卻程度可利用熱損失Q與爆炸時(shí)產(chǎn)生的熱量Q之比Q/ Q來衡量。
如圖3-11所示，取出對(duì)著點(diǎn)燃點(diǎn)的接合面周長(zhǎng)上的一小段d(爆炸時(shí)在這一段上噴出的氣體較多，有代表意義)。爆炸生成物從接合面d段上噴出的數(shù)量為：
（3-5）
式中 ——爆炸生成物從接合面d段上噴出的數(shù)量，m；
V——外殼的凈容積，m；
P——法蘭接合面的周長(zhǎng)，m;
d——法蘭接合面單元長(zhǎng)度，m.
式3-5是假設(shè)外殼內(nèi)爆炸生成物全部噴出外殼而得出的。
在以下的試驗(yàn)中全部采用濃度為8.5%的沼氣——空氣混合物。沼氣的燃燒值為892.6kJ/mol，所以容積為 的沼氣與空氣混合物完全燃燒放出的熱量為：
（J）
氣流通過法蘭接合面d段間隙時(shí)，由于法蘭的熱傳導(dǎo)作用，產(chǎn)生餓熱損失可按下式計(jì)算：
（3-6）
式中 C——?dú)怏w的定壓比熱容；
——外殼內(nèi)氣體進(jìn)入間隙時(shí)的平均溫度；
——?dú)怏w出口時(shí)的平均溫度。
由式3-5和3-6可得：
對(duì)于不同的間隙值，爆炸后外殼內(nèi)外的溫度與熱損失情況如表3-2所示。
表3-2 爆炸后外殼內(nèi)外的溫度與熱損失的關(guān)系
間隙S 平 均 溫 度 相對(duì)熱損失 每厘米接合面間隙的熱損失
（㎜） Q（KJ）
0.2 1662 355 58.2 153.7
0.3 1526 525 44.6 117.7
0.5 1440 786 24.6 78.3
1.5 1360 1078 13.2 31.7
通過以上分析計(jì)算可以看出：隨著間隙的加大，熱損失降低，隔爆外殼間隙處的出口溫度增加，逐漸失去隔爆作用。
三、最大試驗(yàn)間隙
關(guān)于隔爆間隙的理論目前還不很完善從理論上得到的數(shù)據(jù)和實(shí)際試驗(yàn)得到的還有些差
異。因此目前生產(chǎn)的隔爆型電氣設(shè)備所采用的結(jié)構(gòu)參數(shù)仍然是以上試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)為依據(jù)。
整個(gè)試驗(yàn)裝置在承受1.5Mpa壓力的情況下，保證被試間隙不致有明顯的變化。在圓柱形爆炸試驗(yàn)槽b內(nèi)放有球形的被試腔a。被試腔上的k和l組成相互平行的長(zhǎng)為25mm的法蘭間隙，l與千分尺相連。調(diào)整c可以得到所需要的被試驗(yàn)法蘭間隙。
在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件下，向被試腔和試驗(yàn)槽內(nèi)通入爆炸性氣體——空氣混合物。當(dāng)被試腔內(nèi)爆炸性氣體或蒸氣與空氣的混合物被點(diǎn)燃后，通過長(zhǎng)度為25mm的標(biāo)準(zhǔn)法蘭接合面不能點(diǎn)燃試驗(yàn)殼外爆炸性氣體混合物的最大試驗(yàn)間隙即為最大試驗(yàn)安全間隙。
各種不同氣體的最大試驗(yàn)間隙都須經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)才能確定下來。
四、 影響最大試驗(yàn)安全間隙的因素
最大試驗(yàn)安全間隙是制訂隔爆外殼中隔爆接合面安全間隙的基礎(chǔ)，明了其影響因素
對(duì)隔爆外殼的安全使用極為重要。
影響最大試驗(yàn)安全間隙的主要因素有：隔爆法蘭的長(zhǎng)度和爆炸性氣體混合物的濃度等。
隔爆法蘭長(zhǎng)度L對(duì)最大試驗(yàn)安全間隙W的影響如
圖3-13所示。隨著法蘭長(zhǎng)度的增加，爆炸產(chǎn)物穿過
間隙時(shí)的能量損失相對(duì)增加，所以使得試驗(yàn)安全間
隙增大。當(dāng)法蘭長(zhǎng)度進(jìn)一步增大時(shí)，試驗(yàn)安全間隙
只能增大到這種混合物的熄火距離。因?yàn)殚g隙進(jìn)一
步增大，火焰將沿著間隙直接傳播。
爆炸性氣體混合物的濃度對(duì)于最大試驗(yàn)安全間隙
的影響如圖3-14所示，在確定最大試驗(yàn)安全間隙的
標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)中所使用的爆炸性氣體混合物總是采用最危
險(xiǎn)的濃度。對(duì)于沼氣——空氣混合物，
這個(gè)危險(xiǎn)濃度為8.2%。當(dāng)沼氣濃度高于
或低于這個(gè)濃度時(shí)，都會(huì)使試驗(yàn)間隙增大。
此外爆炸性氣體混合物的初始?jí)毫Α?
初始溫度和試驗(yàn)外殼的容積對(duì)最大試驗(yàn)安
全間隙也都有影響。
需要說明的是隔爆接合面加工的粗糙度，
對(duì)于隔爆性能的影響不大，表面粗糙度只要
不影響間隙的寬度，即在整個(gè)法蘭平面內(nèi)的
不平度不會(huì)造成隔爆間隙寬度畸形，表面略
微粗糙點(diǎn)對(duì)隔爆性能不會(huì)有大的影響。當(dāng)然過分粗糙將會(huì)使最大安全間隙下降。試驗(yàn)表明，當(dāng)加工粗糙度為25 下降到粗糙度12.5 和粗糙度6.3 時(shí)，最大試驗(yàn)安全間隙略有增加，而加工粗糙度在 6.3以下時(shí)，最大試驗(yàn)安全間隙基本一樣。粗糙度的高低對(duì)接合面的防繡有較大關(guān)系，粗糙度低一些有利于防繡處理。
1.1.4 隔爆型電氣設(shè)備的隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)
在第三節(jié)中已經(jīng)講過最大試驗(yàn)安全間隙的確定方法，并在圖3-13中給出了幾種氣體混合物的最大試驗(yàn)安全間隙和法蘭接合面長(zhǎng)度之間的關(guān)系，I類和II類A、B、C三個(gè)級(jí)別的隔爆型電氣設(shè)備的隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)即是在上述最大試驗(yàn)安全間隙的基礎(chǔ)上取一定的安全系數(shù)后確定的，本節(jié)所述隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)均屬I類。對(duì)于II類A、B、C三個(gè)等級(jí)的隔爆參數(shù)可參看GB3836.2-83第一篇中有關(guān)條款。
國(guó)標(biāo)GB3836.2-83對(duì)目前煤礦電氣設(shè)備常用的三種典型的隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，這三種隔爆結(jié)構(gòu)是：（1）平面、圓筒隔爆結(jié)構(gòu)；（2）螺紋隔爆結(jié)構(gòu)；（3）疊片式隔爆結(jié)構(gòu)。對(duì)于其它隔爆結(jié)構(gòu)，如微孔結(jié)構(gòu)（分析儀器的探頭）、泄壓結(jié)構(gòu)（干式變壓器外殼的泄壓裝置）等因技術(shù)尚不成熟所以暫未在規(guī)程中規(guī)定。
一、 平面、圓筒隔爆結(jié)構(gòu)
這種隔爆結(jié)構(gòu)在隔爆型電氣設(shè)備中使用最普遍。按隔爆接合面的形狀又可分為平面
隔爆接合面、圓筒隔爆接合面和止口隔爆接合面，如圖
3-15至3-17所示。平面隔爆接合面的相對(duì)表面為平面；
圓筒隔爆接合面的相對(duì)表面為圓筒形；止口隔爆接合面
的相對(duì)表面包括平面和圓筒接合面。
平面、圓筒隔爆結(jié)構(gòu)的參數(shù)包括接合面的長(zhǎng)度、接
合面的間隙和接合面的粗糙度。
1.接合面的長(zhǎng)度L
從隔爆外殼內(nèi)部通過隔爆接合面到隔爆外殼外部的最短通路的長(zhǎng)度，即為隔爆接合面的長(zhǎng)度L。接合面的長(zhǎng)度由隔爆外殼的容積決定，一般有6.0、12.5、25、40mm等幾種尺寸。應(yīng)該注意的是止口式隔爆接合面的長(zhǎng)度計(jì)算應(yīng)按圖3-16中的說明進(jìn)行。當(dāng)接合面上螺栓通孔時(shí)，爆炸火焰可以從螺栓孔中逸出。所以，隔爆參數(shù)中對(duì)于從螺栓通孔邊緣至隔爆接合面邊緣的長(zhǎng)度也作了要求，其長(zhǎng)度的測(cè)量如圖3-15所示，也應(yīng)遵循“最短通路”的計(jì)算原則。
2.接合面的間隙W
隔爆接合面的相對(duì)表面間距離，即為接合面的間隙。對(duì)于圓筒隔爆接合面，則為徑向間隙（直徑差）。間隙W和接合面的長(zhǎng)度
L有關(guān)系。
靜止部分隔爆接合面（圖3-15、3-16）、
操縱桿與孔隔爆接合面（圖3-17a）以及隔
爆絕緣套管隔爆接合面的最大間隙或直徑差
W和隔爆接合面的最小有效長(zhǎng)L、螺絲通孔
邊緣至隔爆接合面邊緣的最小有效長(zhǎng)度L、
轉(zhuǎn)軸與軸孔隔爆接合面最大直徑差W和最
小有效長(zhǎng)度L（圖3-17b）須符合表3-3
的規(guī)定。但快動(dòng)式門或蓋的隔爆接合面
的最小有效長(zhǎng)度L須不小于25.0mm。
帶有滾動(dòng)軸承的圓筒結(jié)構(gòu)，最大單
邊間隙須不大于表3-3規(guī)定的W的三分之
二。由于使用滾動(dòng)軸承，盡管表3-3中的W
值較L相同的靜止接合面大，但全部間隙W
值分配為兩部分，任意一部分的值均不會(huì)超
過基礎(chǔ)間隙值，故它的安全系數(shù)并未降低。
考慮到軸承間隙，零件公差及運(yùn)轉(zhuǎn)中軸承的磨損等因素可能造成的軸與軸孔的偏心，因此留有三分之一的平均單邊間隙的偏心量，這條規(guī)定還可以防止單邊間隙過小造成軸與軸孔的磨損。
表3-3 煤礦井下電氣設(shè)備隔爆外殼的結(jié)構(gòu)參數(shù)
接合面 L L W（㎜） 接合面 L L W（㎜）
外殼凈容積（l） 外殼凈容積（l）
型 式 （㎜）（㎜） V≤0.1 0.1＜V 型 式 （㎜） （㎜ ）V≤0.1 0.1＜V
平面式 6.0 6.0 0.30 - 帶有滾動(dòng) 6.0 - 0.40 0.40
止動(dòng) 12.5 8.0 0.40 0.40 軸承的圓 12.5 - 0.50 0.50
或圓筒 25.0 9.0 0.50 0.50 筒結(jié)構(gòu) 25.6 - 0.60 0.60
式 40.0 13.0 - 0.60 40.0 - - 0.80
操縱桿直徑d和隔爆接合面長(zhǎng)度L要符合表3-4的規(guī)定
表3-4 操縱桿直徑d和隔爆接合面長(zhǎng)度L的尺寸關(guān)系
操縱桿直徑d（㎜） 隔爆接合面長(zhǎng)度L（㎜）
d≤6.0 L≥6.0
6.0＜d≤25.0 L≥d
25.0＜d L≥25.0
表3-3規(guī)定的結(jié)構(gòu)參數(shù)值都是上限，正常出廠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)間隙都小于上述值（以平面接合面為例，其間隙一般小于0.1mm）。從隔爆的角度出發(fā)，間隙越小越安全。
在確定最大試驗(yàn)安全間隙的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法中隔爆間隙是平面對(duì)平面，表3-3中的圓筒間隙結(jié)構(gòu)尺寸是引用平面間隙試驗(yàn)結(jié)果得出的，而且經(jīng)試驗(yàn)這種引用是合適的。
隔爆接合面的粗糙度應(yīng)不高于6.3，操縱桿須不高于3.2。
二、 螺紋隔爆結(jié)構(gòu)
在維修中不經(jīng)常拆卸的部分可以使用螺紋隔爆結(jié)構(gòu)。從氫氣、乙炔-空氣混合物的爆炸試驗(yàn)結(jié)果看，螺紋隔爆結(jié)構(gòu)是最好的靜止隔爆結(jié)構(gòu)。螺紋隔爆結(jié)構(gòu)如圖3-18所示。例如在礦用隔爆型移動(dòng)變電站的高、低壓接線盒中，套管與接線座、接線座與出線盒法蘭之間均為螺紋隔爆結(jié)構(gòu)。又如德國(guó)起重用隔爆型錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的后端蓋與定子外殼的配合亦為螺紋隔爆結(jié)構(gòu)。
采用螺紋隔爆結(jié)構(gòu)時(shí)，必須保證同種零件間的互換性，還必須符合下列規(guī)定。
（1） 螺紋精度須不低于3級(jí)，螺距須不小于0.7㎜；
（2） 螺紋的最少嚙合扣數(shù)、最小擰入深度，須符合表3-5的規(guī)定；
（3） 螺紋結(jié)構(gòu)須有防止自行松動(dòng)的措施。
表3-5 螺紋嚙合扣數(shù)與擰入深度的關(guān)系
外殼凈容積 擰入深度 最少嚙合扣數(shù)
（l） （㎜） I，II，II II
V≤0.1 5.0 6 試驗(yàn)安全扣數(shù)的2
0.1＜V≤2 9.5 6 倍，但不少于6扣
2＜V 12.5 6
三、 疊片隔爆結(jié)構(gòu)
疊片應(yīng)用耐腐蝕材料制成的通氣部件組成并須有防止偶然機(jī)械損傷的措施。
疊片結(jié)構(gòu)如圖3-19所示。疊片部件的片間間隙寬度G須不大于0.5㎜，疊片排氣方向
的長(zhǎng)度L須不小于50㎜，另一邊的長(zhǎng)度h須不大于70㎜，厚度須不小于1.0㎜，如圖3-20所示。由于疊片隔爆結(jié)構(gòu)有較大的開口比，即開口斷面積與外殼凈容積之比，因此可以大大降低內(nèi)部爆炸產(chǎn)生的壓力，即大大降低了外殼所需的強(qiáng)度并使殼體重量減輕。
疊片小箱阻止火焰?zhèn)鞑サ淖饔煤头ㄌm隔爆作用大體上是一樣的，可以使火焰在狹
窄的縫隙處熄滅并得到冷卻，從而消除點(diǎn)燃周圍可燃性混合物的危險(xiǎn)。這種隔爆結(jié)構(gòu)多用在隔爆蓄電池箱上。它不僅能對(duì)沼氣-空氣混合物的爆炸起隔爆作用，對(duì)于箱內(nèi)的氫氣爆炸也能起到預(yù)防作用。這是因?yàn)闅錃獾谋ㄏ孪奘?.0%，在疊片箱中，蓄電池正常運(yùn)行中產(chǎn)生的氫氣可以通過疊片間間隙逸出，氫氣要積聚到這個(gè)濃度是困難的。另一方面氫氣的最大試驗(yàn)安全間隙與氫氣濃度的關(guān)系為U型曲線，4.0%氫氣-空氣混合物的最大試驗(yàn)安全間隙大于0.5㎜。所以，在氫氣下限濃度發(fā)生爆炸時(shí)仍能保證實(shí)現(xiàn)隔爆。
1.1.5 隔爆型電氣設(shè)備的外殼附件
一、引入與接線裝置
GB3836.2規(guī)定只有在正常運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生電弧、火花或危險(xiǎn)溫度并且額定功率不大于250W，且電流不大于5A的I類電氣設(shè)備（或額定功率不大于1000W的II類電氣設(shè)備）才允許電纜直接引入。除此之外，所有隔爆電氣設(shè)備必須通過接線盒或插銷與電纜或?qū)Ь€進(jìn)行電氣連接。
引入與接線裝置由進(jìn)線裝置、接線端子和外殼等零部件組成。進(jìn)線裝置一般是用橡膠密封圈密封的，在發(fā)生瓦斯爆炸時(shí)很容易燒壞，是電氣設(shè)備上的薄弱環(huán)節(jié)。電氣設(shè)備外殼內(nèi)部的部件經(jīng)常處于動(dòng)作狀態(tài)，容易產(chǎn)生電火花，有點(diǎn)燃可燃性混合物的危險(xiǎn)。因此，一定要將容易產(chǎn)生火花的部分與不易產(chǎn)生火花的部分隔開，以避免或減少燃燒或爆炸燒壞密封圈的危險(xiǎn)性。為此，接線裝置必須做成獨(dú)立的隔爆空腔，通過接線端子將電纜引入外殼內(nèi)部。這樣，萬一隔爆外殼內(nèi)部發(fā)生爆炸也不會(huì)因引入裝置不可靠而造成傳爆事故。
井下隔爆電氣設(shè)備的密封圈式引入裝置有以下兩個(gè)作用。
（1） 通過接線端子將電纜固定或壓緊，防止井下搬遷電氣設(shè)備時(shí)不慎將接線電纜
拔脫，使電纜與接線柱連接處產(chǎn)生火花或弧光短路的危險(xiǎn)；
（2） 可以通過壓緊裝置將橡膠墊圈壓緊，并使這些墊圈內(nèi)結(jié)構(gòu)以及對(duì)密封圈配合
起到隔爆作用。
密封圈式的引入裝置大體上可分為壓緊螺母式和壓盤式，其結(jié)構(gòu)以及對(duì)密封圈的要求不在細(xì)述。
接線盒是電氣設(shè)備的重要組成部分。
按照GB3836.1規(guī)定，隔爆型電氣設(shè)備的
接線盒可以是隔爆型的，也可以是增安型、
本質(zhì)安全型或其他防爆類型。礦用電氣設(shè)
備在接線盒空腔和主空腔之間須采用隔爆
結(jié)構(gòu)或膠封結(jié)構(gòu)。如果接線盒空腔與主空
腔之間采用隔爆結(jié)構(gòu)（如圖3-21所示）時(shí)，
隔爆接合面的結(jié)構(gòu)參數(shù)須按大空腔凈容積確定。
接線盒內(nèi)電氣間隙和爬電距離應(yīng)符合要求。
由于接線盒內(nèi)接線端子多是未經(jīng)絕緣的帶電零件，
任何灰塵的堆積、水蒸氣的附著、接線質(zhì)量的不良都會(huì)使帶電零件之間或帶電零件對(duì)地之間的絕緣性降低，導(dǎo)致發(fā)生漏電或短路等電氣事故，這是十分危險(xiǎn)的。因此除了要保證規(guī)定的電氣間隙和爬電距離外，在接線時(shí)必須嚴(yán)格遵守有關(guān)的規(guī)程規(guī)定。
二、插銷
電壓低于1140V的插銷裝置，須備有防止驟然拔脫的徐動(dòng)裝置；電壓不低于1140V的插銷裝置須采用帶有電氣聯(lián)鎖的裝置。插銷拔開后，插頭和插座內(nèi)不允許有裸露的帶電部分。插座入口處還需設(shè)置便于開啟的防護(hù)蓋。
I類隔爆插銷在斷電瞬間外殼隔爆面的有效長(zhǎng)度應(yīng)不小于25㎜，最大直徑差W不得大于0.6㎜，如果外殼的凈容積小于或等于0.5l時(shí)，在斷電瞬間其隔爆面有效長(zhǎng)度不應(yīng)小于15㎜，其直徑差W不得大于0.5㎜。
插銷的接地端子須制成專用插頭和插座，不允許以外殼接地代替。接地插頭須比主插頭先接觸。
同一型號(hào)的插頭和插座在結(jié)構(gòu)上應(yīng)能互換，但互換時(shí)應(yīng)檢查隔爆參數(shù)是否符合要求。
三、透明件
透明件主要是照明燈具的透明罩、儀表窗口和指示燈罩。照明燈具的透明罩有鐘形、長(zhǎng)管形和平板形，儀表窗口多為平板形。透明件應(yīng)
采用玻璃或其它抗機(jī)械、熱、化學(xué)作用的材料制成，
并能經(jīng)受規(guī)定的試驗(yàn)。燈具的透明件可與外殼直接
膠封。煤礦用電氣設(shè)備的透明件與外殼直接膠封時(shí)，
其外露面積須不大于25㎜。觀察窗的透明件采用
密封結(jié)構(gòu)時(shí)，密封墊的厚度須不小于2㎜。嵌入的
部分寬度a（見圖3-22），當(dāng)外殼容積不大于0.1l時(shí)，
須不小于6㎜；當(dāng)外殼凈容積大于0.1l時(shí)，須不小
于10㎜。
由于上述的膠封與密封接合方式不存在隔爆接合面，因此一定要保證其接合的可靠性。
四、襯墊
為了解決脆性材料（玻璃、塑料等）制成
的餓隔爆外殼零件與金屬零件的安全接合，為
了防潮和防塵，在許多隔爆電氣設(shè)備中使用襯
墊元件。
在維修中需要打開的外殼部件上采用襯
墊作為密封措施時(shí)，密封襯墊不能作為隔爆
部件，即在密封襯墊之外仍應(yīng)有符合規(guī)定的
隔爆接合面（如圖3-23），但透明件的襯墊
除外。
在維修中不經(jīng)常打開的部件采用襯墊時(shí)，
允許將襯墊作為隔爆措施，襯墊須符合以下
要求。
（1） 襯墊須采用足夠強(qiáng)度的餓金屬或金
屬包覆的不燃性材料制成。
（2） 襯墊的厚度須不小于2㎜。襯墊的寬度，當(dāng)外殼凈容積不大于0.1l時(shí)不小
于6㎜；凈容積大于0.1l時(shí)須不小于8㎜。
（3）安裝后的襯墊須保證不會(huì)脫落，并在外殼內(nèi)產(chǎn)生爆炸壓力時(shí)也不能被擠出。
1.1.6 隔爆型電氣設(shè)備的防爆性能的保證
隔爆型電氣設(shè)備的防爆性能是由外殼的耐爆性和隔爆性共同保證的。
一、 耐爆性能的保證
在電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生可燃性氣體混合物爆炸的情況下，隔爆型電氣設(shè)備的外殼和隔
爆接合面會(huì)受到危險(xiǎn)壓力的沖擊作用，當(dāng)外殼的結(jié)構(gòu)不合理時(shí)還會(huì)發(fā)生壓力重疊，使外殼受到高于正常爆炸壓力幾倍到幾十倍的異常高壓。因此，隔爆型電氣設(shè)備外殼應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和合理的結(jié)構(gòu)，使之能夠承受內(nèi)部爆炸的壓力，并且能保持原有的隔爆性能。
1、 外殼的材質(zhì)
（1） 煤礦采掘工作面用電氣設(shè)備外殼須采用鋼板或鑄鋼制成。非采掘工作面用的
電氣設(shè)備外殼可用牌號(hào)不低于HT25-47灰鑄鐵制成。這是因?yàn)椴删蚬ぷ髅嬗秒姎庠O(shè)備工作條件較差，設(shè)備移動(dòng)頻繁，隔爆外殼容易在搬運(yùn)時(shí)或工作中受到碰撞或巖石的砸碰，故要求材料強(qiáng)度好，堅(jiān)韌而不脆，一般灰口鑄鐵是不合乎要求的。
（2） 手持式或支架式電鉆、攜帶式儀器的外殼可用輕合金制成；容積不大于2l
的外殼可用塑料制成；凈容積不大于0.01l的外殼可采用陶瓷材料制成。但使用這些材料時(shí)應(yīng)符合GB3836.1（通用要求）的規(guī)定。
2、 隔爆接合面的強(qiáng)度
隔爆接合面的強(qiáng)度也直接關(guān)系到外殼的隔爆性。因?yàn)橥鈿?nèi)部沼氣爆炸的高溫、高
壓火焰要通過接合面間隙噴出殼外，如果強(qiáng)度不符合要求，則在高溫、高壓下接合面將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形從而改變了接合間隙，影響外殼的隔爆性，為了防止間隙可能增大的現(xiàn)象，必須保證隔爆接合面有一定的強(qiáng)度。另外，考慮到煤礦井下電氣設(shè)備工作條件惡劣，隔爆接合面很容易發(fā)生銹蝕和損傷，有時(shí)需要采用機(jī)械加工才能修復(fù)，因此隔爆接合面的厚度應(yīng)留有加工裕量。在設(shè)計(jì)隔爆部件時(shí)，對(duì)于平面式的隔爆接合面，其厚度應(yīng)增加15%，最小應(yīng)為1㎜。
3、 壓力重疊的預(yù)防
為了使外殼能夠承受內(nèi)部爆炸產(chǎn)生的壓力，除了要選擇合適的外殼材料外，外殼的
結(jié)構(gòu)也應(yīng)合理，尤其應(yīng)注意防止壓力重疊現(xiàn)象的出現(xiàn)。根據(jù)試驗(yàn)，壓力重疊的大小與兩空腔的凈容積之比和聯(lián)通孔的斷面積大小有關(guān)。為預(yù)防壓力重疊現(xiàn)象，可采取以下措施。
（1） 避免將外殼制成以小孔連通的多空腔。在無法避免時(shí)應(yīng)盡量增大連通孔的橫
截面積，并增大外殼的強(qiáng)度。
（2） 殼內(nèi)電氣元件的安裝應(yīng)避免將整個(gè)空腔分割成幾個(gè)小空腔。
（3） 外殼的縱向尺寸和橫向尺寸不宜相差太大。
（4） 對(duì)于容積較大的外殼可使用防爆的泄壓的裝置，使外殼內(nèi)過高的壓力得到消
除。
二、 隔爆性能的保證
1、 隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)符合要求
隔爆接合面的長(zhǎng)度和間隙直接關(guān)系著隔爆外殼的隔爆性能，無論使用還是修理都應(yīng)
遵守相應(yīng)規(guī)定。在平面對(duì)平面的接合中，當(dāng)接合面長(zhǎng)度確定后只要接合面的厚度設(shè)計(jì)的適當(dāng)，在爆炸壓力作用下，接合面的瞬間和殘余變形都不致影響隔爆接合間隙W。為了精確地保證W值，主要應(yīng)嚴(yán)格控制隔爆接合面的不平度。這樣既可避免單邊間隙過大，又可防止單邊間隙過小，避免發(fā)生互磨（圓筒型活動(dòng)接合面中）。此外，隔爆接合面的粗糙度也應(yīng)符合要