间隙式隔爆结构优化方案

在隔爆型电气设备中，应用最广泛的隔爆结构形式，应该是间隙式隔爆结构。这是一种由组成隔爆外壳的各零件之间相互耦合形成的间隙，如图3.2所示。

从上述大家已经知道，这种间隙能够防止隔爆外壳内的爆炸生成物窜出外壳，点燃它周围的爆炸性气体-空气混合物，也就是说，具有“隔离爆炸”的作用。

在这种间隙式隔爆结构中，从广义上讲，相互耦合形成间隙的部件表面被称为“隔爆接合面”，有时也简称“接合面”；相互耦合部件之间的缝隙被称为“隔爆间隙”，有时也简称“间隙”。人们常常用以下三个参数来表征这种隔爆结构：

●隔爆接合面宽度；

●隔爆间隙；

●隔爆接合面的表面粗糙度。

1.隔爆接合面宽度

隔爆接合面宽度是指从隔爆外壳内部通过隔爆间隙到隔爆外壳外部的最短通道长度，通常用符号L表示，如图3.9所示。

除此之外，还有一种特殊的情况，在隔爆接合面上有螺栓（螺钉）孔时，此处的隔爆接合面宽度则是从隔爆外壳内部或外部经过部分隔爆间隙到螺栓（螺钉）孔边沿的最短通道长度，通常用符号L₁表示，如图3.9所示。

图3.9 L，L₁定义

1—主空腔 2—另一空腔

图3.9还告诉我们，当隔爆型电气设备由两个空腔构成时，有时候会出现两个L₁。

国家标准GB 3836.2《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》规定：

①当L＜12.5mm时，L₁≥6mm。

②当12.5mm≤L＜25mm时，L₁≥8mm。

③当L≥25mm时，L₁≥9mm。

这样的规定，之所以L₁可以小于L，是因为在外壳内发生爆炸时螺栓（螺钉）紧固处法兰变形（包括螺栓变形）引起的间隙瞬间增大量最小，瞬间增大的间隙依然能够阻止爆炸生成物窜出外壳。早年间，国外有关实验室使用图3.10所示实验装置测试表明，外壳内发生爆炸时在连接法兰的两个螺栓（螺钉）之间中部部位间隙瞬间增大量最大。爆炸过程结束后，弹性变形使一切恢复正常。所以允许L₁小于L。

隔爆接合面宽度（L，L₁），在平面式连接（图3.9）和圆筒式连接（图3.11）时，是很容易确定大小的；而在止口式连接（图3.12，平面-圆筒式连接）时，却要视不同情况而确定。

图3.10 间隙测试装置示意图

1—外壳内部 2—外壳壳壁（包括法兰） 3—紧固螺栓 4—拉力弹簧 5—契形试块 6—外壳外部

图3.11 圆筒式隔爆接合面（示意图）

1—转轴 2—隔爆外壳壳壁

国家标准GB 3836.2《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》规定，对于止口式隔爆接合面，当止口部分圆柱的倒角f≤1mm，并且圆筒部分的直径差（即隔爆间隙）Δ：

●对于Ⅰ类和ⅡA级，Δ≤0.20mm；

●对于ⅡB级，Δ≤0.15mm；

●对于ⅡC级，Δ≤0.10mm时，隔爆接合面宽度是平面部分宽度和圆筒部分宽度的和，即L=A+b，L₁=a+b（图3.12）；如果不能满足上述条件，则隔爆接合面宽度只能是止口式接合面的平面部分宽度。

这里还需说明的是，对于ⅡC级止口式隔爆接合面，还必须要求A≥6mm，b≥0.5L。

对于止口式隔爆接合面提出的这些要求，主要是考虑倒角部分形成的小的圆环形空腔不能对隔爆性能产生不利的影响。倒角f≤1mm和直径差Δ符合相应数值，被认为是不能产生这种不利影响的。

图3.12 止口式隔爆接合面

1—内部空腔(www.xing528.com)

2.隔爆间隙

隔爆接合面的间隙，即隔爆间隙，通常用符号“i”表示，对于平面式连接，是耦合的两平面之间的缝隙，理论上i=0；对于圆筒式连接，是耦合的两圆柱面之间的直径差，理论上i=ϕ₁-ϕ₂，如图3.11所示。

3.隔爆接合面的表面粗糙度

一般地讲，对隔爆接合面的表面粗糙度要求并不很高，R_a=6.3就可以满足要求。

但是，对于转轴或操纵杆，表面粗糙度应该为R_a=3.2或者R_a=1.6。表面粗糙度也不是越小越好，太光滑的表面不利于阻止爆炸生成物的传播。

4.间隙式隔爆结构的主要参数

从第1章和第2章中大家已经知道，隔爆型电气设备应该按照最大试验安全间隙进行分级，以便更合理地适应各式各样的可燃性气体环境的需要。人们根据试验数据和实践经验，对于Ⅰ类隔爆型电气设备，确定一个防爆级别：dI；对于Ⅱ类隔爆型电气设备，分为三个防爆级别：dⅡA级、dⅡB级、dⅡC级。

我们知道，最大试验安全间隙在实际上是不能够使用的，那只是一个在一定的试验条件下得到的极限数值。人们为了实际应用，对最大试验安全间隙采取一个安全系数，便得到了实际应用的隔爆间隙值。

（1）Ⅰ类和ⅡA级、ⅡB级隔爆外壳

适用于Ⅰ类外壳和ⅡA级、ⅡB级外壳隔爆接合面的最小宽度和最大间隙，如表3.4所示。

表3.4 Ⅰ类外壳和ⅡA级、ⅡB级外壳隔爆接合面的最小宽度和最大间隙①

①引自GB 3836.2《爆炸性环境　第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》。

（2）ⅡC级隔爆外壳

适用于ⅡC级外壳隔爆接合面的最小宽度和最大间隙，如表3.5所示。

表3.5　ⅡC级外壳隔爆接合面的最小宽度和最大间隙①

①引自GB 3836.2《爆炸性环境　第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》。

②法兰式接合面一般不允许使用在乙炔-空气混合物的情况，但是，如果隔爆外壳的容积不大于500cm³、接合面宽度不小于9.5mm、间隙不大于0.04mm的话，法兰式接合面也可以使用在乙炔-空气混合物的情况。

③如果f小于0.5mm的话，圆筒部分的最大间隙可以增加到0.2mm。

④如果f小于0.5mm的话，圆筒部分的最大间隙可以增加到0.25mm。

（3）操纵杆或小转轴

在操纵杆或小转轴的情况下，圆筒式隔爆结构的参数（最小宽度和最大间隙）应该符合表3.4和表3.5的规定。但是，如果操纵杆或小转轴的直径大于表3.4和表3.5中规定的接合面的最小宽度，那么，此时接合面的宽度应该不小于操纵杆或小转轴的直径，但也不必大于25mm。

（4）旋转电机

对于旋转电机，当转轴通过隔爆外壳壳壁的时候，那里应该设置隔爆型轴承盖。在确定带有油封槽的轴承盖的隔爆接合面宽度时，接合面宽度不应该包括油封槽的宽度，而且也不应该被油封槽分开。

轴承盖的隔爆接合面宽度（不包括油封槽宽度在内）应该符合表3.4和表3.5中规定的要求。但是，在滑动轴承的情况下，隔爆型轴承盖的接合面宽度，当转轴直径不大于25mm时，不应该小于转轴的直径，当转轴直径大于25mm时，不应该小于25mm（对于ⅡC级旋转电机，不允许使用滑动轴承）。

轴承盖和转轴配合的直径差（即隔爆间隙）不应该大于表3.4和表3.5中的规定值。

除上述规定外，转轴与轴承盖配合的最小径向间隙k（图3.13）也是一个很重的参数。

不管是Ⅰ类隔爆型电机，还是ⅡA级和ⅡB级隔爆型电机，抑或ⅡC级隔爆型电机，这个k值都不应该小于0.05mm。

在滚动轴承的情况下，转轴与轴承盖配合的最大径向间隙m不应该大于表3.4和表3.5中规定的转轴与轴承盖之间允许的最大间隙的2/3值。

在滑动轴承的情况下，轴承盖与转轴配合的隔爆接合面应该用无火花材料（例如，铅黄铜）覆盖，覆盖层厚度至少等于k值。

图3.13 k和m定义