近几年，由于煤矿形势好转，生产矿用防爆产品的厂家大量增加，在这中间，有许多的厂家是初次生产防爆产品，由于对于防爆产品并不了解，设计出来的产品并不能满足防爆标准的要求，浪费了大量的人力物力。本文就针对这类情况，根据国家标准和力学结构的要求，提出隔爆型防爆电气产品的设计方法，供大家参考。
具有隔爆外壳的电气设备称为隔爆型电气设备，隔爆外壳即能承受内部混合爆炸性气体被引爆所产生的爆炸压力，又能防止内部爆炸火焰和高温气体通过隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性气体混合物，隔爆型电气设备的标准编号为GB3836.2。
隔爆外壳一般由若干零件组成。零件与零件的接合，就必然留下接合间隙。为了不使外壳内部发生的爆炸传到外部，对于接合面的长度、间隙和粗糙度都必须符合规定。这种能够起到隔爆作用的接合面，就叫隔爆接合面。隔爆接合面之所以能起到隔爆作用，形象地说，就是隔爆外壳把火焰罩住，隔爆外壳内发生的爆炸就不会传到外部了。科学地说，就是隔爆接合面间隙破坏了可燃性混合物燃烧和爆炸的火焰反应带，另外，火焰在间隙传播中又失去了热量，因此，火焰经过隔爆接合面间隙传播之后大大地变小变弱，温度降低，它就不能点燃隔爆外壳外部的爆炸性气体混合物了。为了保证隔爆性能，GB3836.2-2000《爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”》对隔爆面的间隙或直径差、隔爆接合面有效长度、隔爆接合面边缘至螺孔边缘的有效长度隔爆接合面的平面度、粗糙度都作了相应的规定。
一.对外壳的基本要求
（1）不传爆性能（防爆性能）
隔爆型外壳主要是根据间隙隔爆的原理设计。实际产品中外壳与门结构大致分为两种，即快开门与螺栓紧固，其接合面都有间隙存在。因此，要求隔爆接合面的间隙在标准规定的范围内，例如，对快开门结构，通常要求其间隙在
（2）结构强度（耐爆性能）
隔爆外壳的主要作用就是使内部的爆炸限制在外壳之内，因此外壳必须具有足够的结构强度，以承受爆炸时所产生的爆炸压力。
对矿用产品而言，爆炸性气体混合物的主要成分是甲烷（CH4），爆炸压力通常在0.8Mpa左右， 在设计时，通常取1MPa。
二.外壳及主要零部件的基本计算
防爆电气产品的类型较多，但常见的是开关类的产品，因此我们就对开关类的进行计算分析。就隔爆外壳形式，矿用隔爆型开关类电气设备的外壳通常可分为圆筒形和方形，下面将分别进行讨论。
1圆筒形的防爆产品的隔爆外壳
圆筒形的防爆产品的隔爆外壳的壁厚δ远小于圆筒的平均直径D，在设计计算时，当δ≤1/10D，这类圆筒叫做薄壁圆筒。
1.1外壳的设计
由于外壳的壁厚较小，在内部爆炸所产生的压力下，可以假设其好象薄膜般地进行工作，只承受拉力的作用。因此，在圆筒壁的纵向和横向截面上，只有拉应力作用，而且认为拉应力沿壁厚方向是均匀分布的。如图1所示：
图1
图2
为了计算筒壁在径向截面上的应力，可用截面法以通过圆筒直径的纵向截面将圆筒截为两部分，取下半部长为l的一段圆筒（连同其内部的气体）为研究对象，如图2所示。设圆筒纵向截面上的周应力为σ1，并将筒内的压力视为作用于圆筒的直径平面上，则由平衡方程
∑Y=0，2（σ1·δ·l）－p·D·l=0
得 σ1=
其中：σ1——直径截面上的应力；
D—— 圆筒的平均直径：
δ——壁厚。
图3
若以横截面将圆筒截开，取左边部分为研究对象，如图3所示，并设圆筒横截面上的轴向应力为σ2，则由平衡方程
ΣX=0，2σ·δ·πd－p
=0
得 σ2=
由于D＞＞δ，则由上两式可知，圆筒外壳内的内压强p远小于σ1和σ2，因而垂直于筒壁的径向应力很小，可以忽略不计。如果在筒壁上按通过直径的纵向截面和横向截面取出一个单元体，则此单元体处于平面应力状态，如图1所示。作用于其上的主应力为：
σ1=
，σ2=
，σ3=0
故须用强度理论来进行强度计算。
由于防爆外壳通常用Q235这类塑性材料制成，所以可以用切应力理论或形状改变比能理论。将单元体上各主应力代入上述各式，
得：
σeq3=
≤［σ］
σeq4=
≤［σ］
其中：P————爆炸压力，Pa
D————平均直径，m
δ————厚度，m
利用上面两式可对圆筒型薄壁外壳进行强度校合，或选择所用材料的壁厚。在实际设计时还要考虑到一定的安全系数n，钢板厚度的负公差，使用过程中的腐蚀的相关的危险因素，对计算出的壁厚再作相应的增加。
1.2端盖的设计
圆形端盖常见的有球面端盖、平面端盖和椭圆形截面端盖。其中球面形端盖在开关、起动器中用的较多，应力分析情况与圆筒形基本相同，所以直接给出公式。
图4
对（1）有
对（2）有
对（3）有
1.3圆形法兰的设计
壳法兰和盖法兰之间形成隔爆接合面，当爆炸发生时，法兰也同样受爆炸压力作用，由于GB3836中对隔爆接合面的间隙有严格要求，所以法兰必须有足够的刚度，不能产生大的弹性变形和永久性变形。另外，由于法兰比外壳壁厚得多，所以只需核算法兰刚度即可。
法兰的内圆周与壳体焊接，外周自由，所以可将其简化为内圆周固定，外圆周自由，受均布压力P作用的圆环。
图5
其挠度为
式中 α————挠度系数
E————材料的弹性模量，Pa
a————法兰外直径，m
b————法兰内直径，m
h————法兰厚度，m
P————爆炸压力，Pa
刚度条件为fmax≤[f]
[f]为许用挠度
影响许用挠度的因素有：
1. 标准规定的隔爆接合面的间隙W， m
2. 焊缝系数φ
3. 平面度B， m
4. 安全系数k
可得许用挠度为[f]≤（W/2-B）φ/k
所以有
在实际计算时，应当考虑如下因素：
1. 对受损的隔爆面修复，需适当的维修余量D
2. 腐蚀因素C1
3. 钢板负公差C2
则有
+D+C1+C2
表1 焊缝系数
|
探伤要求 |
双面对接焊 |
单面对接焊焊缝全长 | |
|
有垫板 |
无垫板 | ||
|
100% |
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