防爆技術(shù)在氣動葫蘆產(chǎn)品上的應(yīng)用

王方利，張玉大

(1 佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯154005;2 中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津300456)

0 引言

煤礦、石油、化工等爆炸危險場所會使用到諸如氣動馬達(dá)、氣動葫蘆等非電氣設(shè)備及防爆起重機(jī)的卷筒、減速器等機(jī)械零部件，這些設(shè)備或部件因相互摩擦、撞擊會產(chǎn)生機(jī)械火花、危險溫度或靜電放電等點(diǎn)燃源，如果不對其采取限制和保護(hù)措施，就會引起周圍爆炸性環(huán)境的引燃。

2011 年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布并實(shí)施了GB 25286《爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備》系列標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)等效采用EN 13463 系列標(biāo)準(zhǔn)，包括基本方法和要求及限流外殼型“fr”、隔爆外殼型“d”、結(jié)構(gòu)安全型“c”、控制點(diǎn)燃源型“b”、液浸型“k”等五種防燃型式，對非電氣設(shè)備的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)提出了詳細(xì)要求。

本文對環(huán)鏈?zhǔn)綒鈩雍J的工作原理及結(jié)構(gòu)、潛在點(diǎn)燃源的分析、應(yīng)采取的防燃措施等方面作一定的闡述，供有關(guān)人員參考。

1 非電氣設(shè)備防爆基本要求

設(shè)備暴露在潛在爆炸性環(huán)境中或者能形成粉塵層的任何部分的最高表面溫度應(yīng)低于爆炸性氣體混合物的點(diǎn)燃溫度。

非金屬部件在最高環(huán)境溫度下，塑料材料的局部最高表面溫度至少應(yīng)比對應(yīng)20 000h 點(diǎn)的溫度指數(shù)TI 低20K。在溫度為(23±2)℃，相對濕度為(50±5)%的條件下測得的表面電阻不得超過1GΩ。

制造Ⅰ類設(shè)備外殼部件的材料，對于Ma 和Mb 級，按質(zhì)量百分比，鋁、鈦、鎂和鋯的總含量不允許大于15%，并且鈦、鎂和鋯的總含量不允許大于7.5%。制造II 類或III 類設(shè)備外殼部件的材料按質(zhì)量百分比，對于Ga、Da 級:鋁、鈦、鎂和鋯的總含量不允許大于10%，其中鈦、鎂和鋯的總含量不允許大于7.5%;對于Gb、Db 級:鎂含量不允許大于7.5%;對于Gc、Dc 級:無特別要求。

設(shè)備使用過程中會受到外部沖擊的部件需進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，沖擊點(diǎn)應(yīng)為最薄弱部位。不同部位應(yīng)承受的沖擊能量見表1。

表1 沖擊試驗(yàn)?zāi)芰勘?/p>

保持防燃型式必需的部件應(yīng)確保不會因疏忽而被移除。為此，采用的緊固件只能用工具或鑰匙幫助拆卸。

無潤滑的襯墊、密封、套筒、風(fēng)箱和隔板，在正常工作中或在預(yù)期故障條件下如果有滑動摩擦，不應(yīng)使用輕金屬。但是由彈性材料、PTFE 或類似材料、石墨和陶瓷制成的套筒適用。非金屬材料應(yīng)耐變形和抗老化，并且不會降低防爆性能。

圓周速度小于1m/s 的緩慢旋轉(zhuǎn)部件，通常不需要保護(hù)防止由摩擦產(chǎn)生的熱量和機(jī)械火花。對于有高速旋轉(zhuǎn)部件的設(shè)備，應(yīng)考慮采用隔爆外殼型“d”防燃措施。

制動器的結(jié)構(gòu)應(yīng)使其允許耗散的最大動能既不會超過最高表面溫度，也不會在任何暴露于爆炸性環(huán)境的部件處產(chǎn)生易燃火花。

2 環(huán)鏈?zhǔn)綒鈩雍J工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

環(huán)鏈?zhǔn)綒鈩雍J以0.4 ～0.6MPa 的壓縮空氣作為動力源，壓縮空氣驅(qū)動氣動馬達(dá)旋轉(zhuǎn)帶動其他相應(yīng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行從而實(shí)現(xiàn)對物體的搬運(yùn)。

氣動葫蘆總共由三部分組成:起吊機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、配氣系統(tǒng)。起吊機(jī)構(gòu)包括氣動馬達(dá)、行星減速器、吊掛總成、制動器、起重鏈條、吊鉤總成和主控閥。起吊機(jī)構(gòu)通過控制主控閥，來實(shí)現(xiàn)起吊重物的升、降，通過開閉制動器達(dá)到起升、下降定位制動。氣動葫蘆行走機(jī)構(gòu)采用氣動行走小車，由主動車輪、被動車輪、墻板組成，通過主控閥控制氣動馬達(dá)、行星減速器驅(qū)動主動車輪行走，實(shí)現(xiàn)起吊重物的水平移動。配氣系統(tǒng)是以壓縮空氣作為動力源，控制氣路操縱葫蘆的起升和行走。

目前常用的馬達(dá)為葉片式氣動馬達(dá)，主要由定子、轉(zhuǎn)子、葉片、制動器及殼體構(gòu)成。在定子上有進(jìn)、排氣用的配氣槽孔，轉(zhuǎn)子上銑有長槽，槽內(nèi)裝有葉片，轉(zhuǎn)子與定子偏心安裝使沿徑向滑動的葉片與殼體內(nèi)腔構(gòu)成氣動馬達(dá)工作腔室。壓縮空氣從輸入口進(jìn)入，作用在工作室兩側(cè)的葉片上，由于轉(zhuǎn)子偏心安裝，氣壓作用在兩側(cè)葉片上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩差，使轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)偏心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，工作室容積發(fā)生變化，在相鄰工作室的葉片上產(chǎn)生壓力差，利用該壓力差推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。做功后的氣體從輸出口排出。若改變壓縮空氣輸入方向，即可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。制動器位于轉(zhuǎn)子兩側(cè)，供氣時磨擦片脫開，馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn);停氣時磨擦片靠彈簧壓力與轉(zhuǎn)子緊密接觸實(shí)現(xiàn)制動，馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

由于氣動馬達(dá)體積小，配套用的減速器目前主要采用一級行星齒輪減速器。減速器由行星輪、太陽輪和外齒圈構(gòu)成，具有體積小、承載力大、工作平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。動力由太陽輪輸入，通過與行星輪嚙合傳動至外齒圈帶動棘輪旋轉(zhuǎn)，環(huán)鏈通過外殼十字槽口定位與棘輪嚙合，帶動吊鉤運(yùn)動。葫蘆行走機(jī)構(gòu)懸掛在工字鋼上，一般為雙側(cè)車輪行走。

3 潛在點(diǎn)燃源的分析及防爆措施

根據(jù)非電氣設(shè)備防爆基本要求及環(huán)鏈?zhǔn)綒鈩雍J的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外殼因有壓縮空氣流動，自然冷卻，不會產(chǎn)生危險溫度。其潛在點(diǎn)燃源產(chǎn)生的原因主要為機(jī)械摩擦和碰撞。具體部件包括:外殼、馬達(dá)葉片、制動器、減速器、行走車輪、吊鉤。防爆措施如下。

3.1 外殼采用HT250 鑄鐵或ZL104 鋁合金(I 類除外)鑄造，滿足材料元素含量要求。外殼設(shè)計為圓筒形結(jié)構(gòu)，提高外殼抗沖擊能力。

一般消聲器為塑料材質(zhì)，但很難達(dá)到表面電阻要求，應(yīng)采用銅或不銹鋼材料制造。

3.2 馬達(dá)工作時作為動力源的壓縮空氣應(yīng)取自安全場所的潔凈空氣或惰性氣體，這樣可保證馬達(dá)腔內(nèi)為非爆炸性環(huán)境。但排氣口在爆炸性環(huán)境，如果內(nèi)部摩擦產(chǎn)生火花會從出口被帶到爆炸性環(huán)境，形成引燃危險。鑒于此情況，馬達(dá)葉片及制動摩擦片均應(yīng)采用布膠板、合成樹脂等耐磨無火花材料制成，并設(shè)置甩油潤滑器對其進(jìn)行潤滑，同時應(yīng)在設(shè)備說明書中對油脂填充時間進(jìn)行規(guī)定。

3.3 行星齒輪減速器的太陽輪轉(zhuǎn)速很高，其圓周線速度大于1m/s，可采用鈹青銅或鋁青銅等高強(qiáng)度無火花材料制造。但考慮到銅合金成本較高，也可用鋼材制造。整個減速器箱內(nèi)應(yīng)填滿潤滑油脂并在設(shè)備說明書中對油脂更換時間進(jìn)行規(guī)定。

3.4 行走車輪通過與工字鋼表面產(chǎn)生的摩擦力實(shí)現(xiàn)葫蘆的行走動作，其輪轂?zāi)Σ翞榭焖俳佑|摩擦，圓周線速度限制在1m/s 即可滿足要求。其輪緣不應(yīng)與工字鋼有滑動摩擦，設(shè)計及安裝時應(yīng)保證輪緣與工字鋼有一定的間隙。

3.5 吊鉤作為起重的重要部件，會經(jīng)常與物體接觸，故障狀態(tài)下可能與物體發(fā)生機(jī)械碰撞，產(chǎn)生機(jī)械火花形成爆炸危險。可采取表面鍍銅，包覆不銹鋼或橡膠材料等措施。

4 結(jié)語

氣動葫蘆等非電氣設(shè)備具有無電火花，高頻率，無級變速的特點(diǎn)，深受石油、化工、礦山等行業(yè)青睞。隨著非電氣設(shè)備被廣泛地應(yīng)用在易燃、易爆、高粉塵的作業(yè)場所，在爆炸性危險環(huán)境中，除了電氣設(shè)備產(chǎn)生的火花、高溫等危險點(diǎn)燃源外，由非電氣設(shè)備產(chǎn)生的熱表面、明火、灼熱氣體/液體、機(jī)械火花、絕熱壓縮、振動波、化學(xué)反應(yīng)放熱、鋁熱反應(yīng)、粉塵自燃、電弧和靜電放電等同樣是不可忽視的點(diǎn)燃源。所以，在爆炸性危險環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備或電氣設(shè)備的機(jī)械部件的設(shè)計、制造、安裝、使用過程中應(yīng)與電氣設(shè)備一樣引起足夠的重視，這樣才能保證工業(yè)現(xiàn)場的安全運(yùn)行。

［1］ GB 25285.1—2010 爆炸性環(huán)境爆炸預(yù)防和防護(hù)第1 部分:基本原則和方法.

［2］ GB 25286.1—2010 爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備 第1部分:基本方法和要求.

［3］ 蔣建.工業(yè)防爆實(shí)用技術(shù)手冊.遼寧:科學(xué)技術(shù)出版社，1996.7.