管廊用高防護等級隔爆型外殼的設計

(佳木斯防爆電機研究所 ，黑龍江佳木斯 154005)

管廊用高防護等級隔爆型外殼的設計

蘇顏利

(佳木斯防爆電機研究所 ，黑龍江佳木斯 154005)

根據管廊用高防護等級隔爆型外殼的特殊要求，提出了在設計中ExdeⅡCT型電器設備外殼的結構特點，外殼的容積計算，外殼壁厚的計算公式及方法，通過實踐最終制造出合格的防爆產品。

隔爆型外殼；防護等級； 薄膜應力；殼體厚度；殼體體積

0 引言

ExdeⅡCT6型防爆電器設備廣泛應用于除易產生瓦斯的煤礦外的其他爆炸性氣體環境，其中，最典型的就是城市綜合管廊系統。目前城市綜合管廊在系統日益完善的同時其規模也有增大的趨勢。綜合管廊系統裝有各種電纜、燃氣管、供水管道、電力管道等，是一個多種信號與傳輸信號交匯的場所。為了確保管廊內的環境安全，要求管廊內的電器設備必須具備良好的防護特性和隔爆特性。其防護等級必須達到IP65；隔爆等級必須達到ExdeⅡCT6。因此，用于管廊場所的電器設備的外殼設計是制造ExdeⅡCT6型電器設備的關鍵工藝。本文詳細論述ExdeⅡCT6型電器設備外殼的設計。

1 管廊用 ExdeⅡCT型電器設備外殼的結構特點

1.1 管廊用 ExdeⅡCT型電器設備外形

隔爆外殼基本上是正方形、長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等級，殼體與門采用圓型法蘭連接方式如圖1所示。

圖1隔爆外殼結構示意圖

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導管引入裝置。隔爆殼和增安殼的設計壓力相同。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型電器設備防護性能

為適應管廊的特殊工作環境，管廊用 ExdeⅡCT型電器設備外殼的防護等級為IP65，這意味著，外殼能完全防止粉塵進入并能抵御任何角度噴水且無影響。因此,在選擇管廊用 ExdeⅡCT型電器設備外殼間的密封件時，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，以防止密封件不能有效壓緊。

1.3 管廊用 ExdeⅡCT型電器設備殼體材質

防爆變頻調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(如抗拉強度性能),尤其是在溫暖潮濕的空氣中,它們也被認為最具活性,因此,隔爆外殼不應用鋅或含鋅量高于80%的鋅合金制成。考慮到管廊特殊的腐蝕性環境，管廊用 ExdeⅡCT型電器設備殼體材質通常采用不銹鋼(殼體容積較大時)和鋁合金(殼體容積較小時)材質，兩種材質的采用應力見表2。

表2 ExdeⅡCT型電器設備殼體材質許用應力表

2 ExdeⅡCT6型外殼的容積計算

GB 3836.2—2010附錄D規定，ExdeⅡCT型電器設備外殼，只要在每一橫截面上至少有40%的面積可使氣體的流動不受阻礙，爆炸的擴散不受限制，內裝元件可隨意布置。12.5mm長的空間，這些單獨的釋放區域可以合并計算。這就為計算殼體的尺寸提供了方法。如圖2所示，殼體的主視圖、俯視圖和測試圖中的陰影部分代表空腔面積。按照標準，每個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。占殼體面積的60%(圖中如L的長度12.5mm，則此處區域可以合并計算為空間面積)。因此，只要按此規定計算出殼體每個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，占殼體截面積的60%)，就能計算出殼體在此截面的面積。進而推算出殼體每個截面的面積，并最終計算出殼體的體積。

圖2防爆殼體截面示意圖

3 ExdeⅡCT6型外殼壁厚的計算

在確定了殼體的體積和材質后即可按如下計算方法確定殼體的壁厚。

3.1 無加強矩形防爆殼體壁厚計算

在結構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計，設計時要考慮一對相鄰邊的力矩和應力的影響，如圖3所示。

圖3矩形防爆殼體截面受力分布

在C點的薄膜應力

(1)

式中，σm—薄膜應力,MPa；r—BC處過度圓弧半徑，mm(如圖3所示，r為BC點過度圓弧半徑，當采用平板焊接方式時r=0)；L—殼體的應力臂，mm(如圖3所示)；P—設計壓力，MPa；δ—殼體壁厚，mm。

在D點

σmD=σmC

(2)

在B點

(3)

在A點

σmA=σmB

(4)

則圖3中所示殼體壁厚δ1和δ2可用式(5)和式(6)計算

(5)

(6)

式中，[σ]—材質的許用應力，計算詳見表2；φ—焊縫系數，如果殼體側面沒有軸向和環向焊縫時φ=1。

3.2 圓柱型防爆殼體壁厚計算

3.2.1 圓柱殼體壁厚計算

隔爆殼體在高溫下工作時，其殼體壁厚計算

(7)

式中，p—設計壓力，MPa；Di—圓柱殼體的內徑，mm；[δ]t—設計溫度t時的許用應力，MPa;t—殼體內工作溫度，℃。

3.3.2 圓柱型防爆殼體標準封頭壁厚計算

(8)

若封頭在高溫下工作時，式(8)中的許用應力取材料設計溫度的許用應力值。

3.3 焊縫系數取值

3.3.1 鋼制殼體的焊縫系數φ值取法

鋼制殼體的焊縫系數φ值取法見表3。

表3 鋼制殼體的焊縫系數值

3.3.2 鋼制殼體的焊縫系數φ值取法

表4 鋁制殼體的焊縫系數值

4 結語

ExdeⅡCT6類高防護等級隔爆殼適用的工作場所，潮濕、多塵并混有爆炸性氣體，殼體內部由于呼吸作用會進入周圍的爆炸性氣體混合物，當設備產生電火花及危險高溫時，將引燃殼內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部的爆炸壓力而不破損；另一方面隔爆外殼的接合面應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類高防護等級隔爆殼必須具有耐爆性及隔爆性和良好的防護性能。這樣才能使變頻調速設備存放在含有爆炸性氣體環境中。

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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；畢業于佳木斯大學電氣工程及其自動化專業，現從事電氣檢驗工作.

2017-02-17