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隔爆兼 本质 安全 控制箱 水压试验 设计 CAD 图纸 PDF

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隔爆兼本质安全型控制箱及水压试验机的设计摘要本文阐述了矿用自动风门系统总体方案设计和隔爆兼本质安全型控制箱及水压试验机的设计。矿用自动风门系统的总体方案设计和水压试验机的设计只作为简单介绍。而重点在于介绍隔爆兼本质安全型控制箱的设计，主要阐述了隔爆型电气设备和本质安全型电气设备的隔爆原理、隔爆结构参数、隔爆外壳附件和对隔爆外壳的检验。关键词: 风门 隔爆 控制箱 水压试验机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. Its 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 目录摘要Abstract第一章 绪论 1.1 课题的目的及意义 1.2 我国煤矿隔爆外壳的发展状况 1.3 本次毕业设计的主要内容第二章 矿用自动风门系统总体方案设计 2.1 系统组成 2.2 门体结构形式 2.3 传动系统 2.4 控制箱 2.5 检测及控制系统 2.6 系统的工作过程第三章 自动风门隔爆兼本质安全型控制箱的设计 3.1 隔爆型电气设备 3.1.1 概述 3.1.2 电气设备外壳内的沼气爆炸 3.1.3 隔爆原理 3.1.4 隔爆型电气设备的隔爆结构参数 3.1.5 隔爆型电气设备的外壳附件 3.1.6 隔爆型电气设备防爆性能的保证 3.1.7 隔爆型电气设备的试验 3.2 本质安全电路和本质安全型电气设备 3.2.1 本质安全电路的基本知识 3.2.2 本质安全型电气设备的防爆原理 3.2.3 本质安全型电气设备的部件 3.2.4 本质安全型电气设备的结构要求第四章 水压试验机的设计 4.1 水压试验机的组成及工作原理 4.2 水压试验机的工作过程 4.3 电机、水泵、管件和阀门的选型设计结论致谢参考文献第一章 绪论1.1 课题的目的及意义 本毕业设计题目为矿用自动风门系统设计。设计本课题的目的在于通过本课题的设计，可以使我们对矿用自动风门系统有所了解。而对自己所选的专题应该是有全面的了解。为使风流在矿井内得到合理分配和流动,需要设置一系列的装置来引导风流、遮断风流或控制风流，这类装置叫通风构筑物。通风构筑物的选择和维护管理的好坏，在很大程度上决定了矿井通风系统的完善和通风效果。因此，通风构筑物是矿井通风工作中重要的一环。 符合于空气动力要求的通风构筑物是具有最小的阻力和允许非常少的漏风。一切通风构筑物可分为两类： 1）通过风流的构筑物扇风机的风峒、风桥、反风装置、调节口； 2）遮断风流运动的建筑物风墙、风门、井盖、双重风门、风闸、阀门、通风井筒的井上密闭建筑物。 由于本毕业设计任务是设计矿用自动风门系统，因此这里只介绍一种遮断风流运动的建筑物风门。 风门设在需要隔断风流、平时又需要行人的巷道内。根据巷道宽度不同，风门有一扇的和两扇的。风门可分为临时风门和永久风门两种。风门门窗安在挡风墙门垛的门框上，门扇由木质、金属材料或混合材料制成，按开启方式分为普通风门和自动风门。普通风门用人力开启，一般多用木质构成，门扇与门框呈斜面沿口接触，与水平面成8085倾角，接触面用可缩性衬垫，迎风开启。自动风门是借助于各种动力开启与关闭的一种风门，按其开启动力可分为撞杆式、气动式、电动式和水动式等。自动风门灵活、可靠，可实行载波遥控与集中监视。 风门是煤矿主要的通风设施，它一方面起到调度风流的作用，另一方面在灾变时期还起着控制灾害范围的作用，特别是在火灾、瓦斯爆炸时期，利用各种可控制的风门进行风流调度，防止灾害扩大都起到越来越大的作用。为了适应矿井平时及灾变时期对风门的需求，很多单位研制和开发出各种特色的风门，并已获得矿井的应用。以下介绍几种典型的自动风门。 （1）光控压风自动风门 光控压风自动风门的动力部分由汽缸、电磁阀、压风软管、滑轮、钢丝绳等组成。电磁阀不通电时，汽缸的前腔通入压缩空气，后腔与大气相通。活塞杆缩回，风门处于关闭状态。当电磁阀通电时，切换气路，汽缸前腔与大气连通，后腔通入压缩空气，活塞杆伸出，钢丝绳通过滑轮便打开风门。 该风门的特点是自动风门与其它机械风门比较，具有所占空间小，动作灵活、可靠等优点，适用于不能通过风流且需行人和通车的巷道。 （2）微波监控电动风门 平顶山七矿使用有微波监控自动风门，它主要由控制部分和执行部分组成。 此类风门特点是风门与传动装置之间为刚性联接，在正常情况下能真正实现风门开启自动化和风门间的闭锁；结构简单、使用方便、对安装和维护技术要求不高；可靠性好。 （3）压力平衡式自动风门 中国煤博四方技术公司开发的FM-CK系列压力平衡式自动风门，由压力平衡式风门、CK防爆兼本安型程控组合开关、霍尔行车传感器、红外门阻传感器及声光信号系统组成。 该风门具有以下特点：电脑程控，适用于多种来往通过模式；传感可靠，在泥中、水中均能使用；声光信号，指示人车安全通过；兼容手动，断电时可由人力开启。1.2 我国煤矿防爆外壳的发展状况 建国以来，我国煤炭工业取得了世界瞩目的成就，一直以较快的速度向前发展。我国煤炭业的发展主要是依靠科学技术的进步。而科学技术的发展主要是提高机械化水平和矿井技术装备水平，不断采用新技术。不断提高矿井的综合生产能力和抗灾能力，改善煤矿的安全生产状况。 通过对国外防爆外壳先进技术的多年实践摸索，目前，我国该类产品质量和技术水平已经大大缩短了与国际先进水平的差距，部分产品已经接近或赶上国际先进水平。 机械加工工艺提高。多数企业的大部分产品基本上都注意了防爆部位和零部件的机械加工质量，基本能够按照国家标准的规定进行加工，例如：隔爆面的加工精度和长度、紧固螺栓的旋入长度、内外接地装置的直径等。1.3本次毕业设计的主要内容 本次毕业设计（论文）题目为矿用自动风门系统设计。所要设计的内容分为四个专题，即：专题一 隔爆兼本质安全型电气控制箱及其水压试验机的设计1 控制箱总方案设计2 隔爆外壳设计3快开门结构设计（左右开门或上下开门）4机械联锁装置设计5水压试验机总体方案设计6电机、水泵选型设计专题二 自动控制风门系统电气设计1 控制箱总体方案设计2 本体总体方案设计3 电气控制回路及保护回路设计4 电器元件及PLC选型设计专题三 风门结构及机械传动系统设计1风门结构总体方案设计2 门体、上下导轨、导向轮及张紧装置设计3 传动系统总体方案设计 1） 电机 2） 采用电液推杆4 电机、减速器、联轴器、电液推杆选型设计5 摩擦传动结构及手摇机构设计专题四 先导式风门结构及驱动系统设计1风门结构总体方案设计2 行人便门结构设计3 行人便门驱动系统总体方案设计4 直线电机的选型设计我所选的是专题一：隔爆兼本质安全型电气控制箱及其水压试验机的设计。设计内容主要有矿用自动风门控制箱（见图00）、左右开门快开门机构（见图01）、水压试验机外观图（见图10）第二章 矿用自动风门系统总体方案设计2.1 系统组成 自动风门是借助于各种动力开启与关闭的一种风门，按其开启动力可分为撞杆式、气动式、电动式和水动式等。但风门系统的组成基本类似。自动风门灵活、可靠，结构简单，使用方便。 自动控制风门系统组成如图1所示，由两道门、来车识别装置、状态检测装置、防夹车装置，隔爆兼本安控制箱等部分组成。每道门如图2所示，由两扇门体、道轨组合、滑轮组合、驱动装置、牵引钢丝绳、张紧装置等组成。2.2 门体结构形式 门体采用轻型槽钢焊接成骨架，用3厚钢板覆盖做门面，骨架及门面板在制造时做防锈处理，在其中的一扇门上设有行人便门，门扇周边采用橡胶带密封。上导轨采用20号槽钢，下导轨采用18公斤道轨。另外门体的高度应与巷道的高度相适应，人行门应不低于1.82.0米。为避免列车通过时对风门的碰撞，风门全开时的净宽应为列车最大宽度再加400。2.3传动系统 本次毕业设计中采用的传动系统有两类：一类是采用电液推杆；另一类是采用电机。2.4控制箱 控制箱是用来放控制元件的部分。控制箱主要由两部分组成，一部分是上面的接线腔，另一部分是下面的箱体。接线腔内主要放有一些接线装置，比如九芯接线柱，螺杆接线柱等。箱体内放有电气控制设备，由于本毕业设计中采用的是可编程控制器输入输出信号，因此箱内还放有可编程控制器及一些其他装置。由于该控制箱是用于煤矿井下，因此要满足煤矿安全规程的要求。在控制箱的设计中主要用了快开门机构和联锁装置。所谓快开门机构是指防爆电气设备外壳上只需解除少量螺栓或不需要解除螺栓，通过简单的操作即可在短时间内打开的门或盖（本设计中是门）。联锁装置可以防止因误操作而产生的明火引爆沼气、人身触电和机电设备事故。联锁装置的目的是为了保证操作顺序，防止误操作。对它的要求是：设备带电时，可拆卸部分不能拆卸；可拆卸部分打开时，该设备送不上电。它还应具有使用一般工具不能解除其联锁功能的结构。另外，为防止电气设备外壳带电而危及人身安全，因此电气设备的金属外壳应设外接地端子，接线盒内应设有内接地端子。接地端子处应标出接地符号。2.5检测及控制系统 据目前矿山使用的触发信号，多以电机车架线旁加设附线，其次是光电和轨道接点几种。继电器控制系统，虽然附线式触发信号简单，便宜，并多数采用二段开门双附线也较可靠，但有局限性，即当矿车或人员通过风门时尚需手动。光电式触发信号虽能当矿车或人员通过风门时，均可自动开闭风门，灵敏度也高，但受到矿井尘雾、潮湿影响限制了使用，目前矿用光电管（光敏电阻）易老化，还不理想，尚需改进。轨道触点触发器，易于损坏，受潮湿而失灵，维修量大。 以上几种均不理想，今后发展趋势是超声波或激光继电装置，并由继电触发器控制系统过渡到无触点控制或简易顺序控制系统。 本次设计中采用的是可编程控制器控制系统。来车检测靠灯光脉冲光照射传感装置，可编程控制器根据传感信号控制电机的启动以打开风门，开门的停止信号来自于开门限位开关；风门的关闭靠可编程定时控制，关门的停止信号同样来自于关门限位开关。在每道门的两侧设有光电开关，检测关门障碍，以防关门时夹车夹人。2.6系统的工作过程 整个系统的工作过程如下： 1.上行车辆或下行车辆通过车灯脉冲光照射申请开门时，系统均发出申请信号，A，B门申请开门信号以先到者有效，后到者保持。 2.A门（或B门）申请信号有效时，执行开门操作，同时有灯光指示，门开后延时1530秒，此期间若还有申请信号，再延时15秒，在检测无障碍情况下，执行关门操作。A门（或B门）关闭后，延时2秒，B门（或A门）执行开门操作，同时有灯光指示，门开后延时30秒，在检测无障碍情况下执行关门操作。 3.当下行车辆通过B门（或上行车辆通过A门）期间，若有上行车辆申请B门开门信号（或下行车辆申请A门开门信号）则B门（或A门）继续延时30秒，上行车辆（或下行车辆）可进入B门（或A门），然后再执行后续程序。第三章 自动风门隔爆兼本质安全型控制箱的设计1.1隔爆型电气设备1.1.1概述很多矿山电气设备都有难以密封的结合面，例如电动机的旋转轴、开关的操纵杆等。当电气设备的外壳存在间隙并且周围沼气浓度超限时，由于气体的扩散作用，设备周围的爆炸性气体混合物就通过设备外壳的间隙进入设备内部，电气设备内部的沼气浓度会逐渐接近外壳外部的沼气浓度。图3-1所示为外壳周围沼气浓度为9.8%时沼气渗入外壳达到的浓度与时间和法兰结合面间隙的关系曲线。 由于电气设备通电运行时温度升高和停电时温度降低而产生的“呼吸”作用以及对流作用，更加快了爆炸性气体向电气设备外壳内的扩散。此外，电气设备发生故障，其内部有机绝缘物的分解也会产生大量爆炸性气体。 因此，电气设备内部的爆炸性气体的爆炸是很难避免的，但是，当电气设备的外壳采用特殊的结构后，可以使电气设备内部的爆炸限制在机壳内部，而不致引起机壳外部的爆炸性气体混合物爆炸，这种作用就叫做隔爆。 本世纪初，德国科学家贝林加提出了隔爆间隙的热传导理论，并且进行了具有一定接合面长度和间隙的外壳隔爆试验，通过试验得出结论：间隙隔爆的方法是可靠的，隔爆型电气设备就是在此基础上诞生的。 随后，各国科学工作者对隔爆外壳的隔爆理论进行了深入的研究，得到了隔爆接合面长度与间隙的关系和隔爆外壳临界间隙的近似表达式等研究成果。这些成果为隔爆电气设备的安全运行及隔爆电气设备性能的改进提供了理论基础。 我国对隔爆外壳的安全间隙也进行了大量的试验和研究，并在此基础上制订了国家标准。为了确保防爆电气设备的性能安全可靠，机械工业部和煤炭工业部1965年联合颁发了矿用防爆电气设备制造检验规程；1976年机械工业部、煤炭工业部、石油化学工业部联合修订防爆规程；1977年国家标准局颁布了防爆电气设备制造检验规程（GB1336-77）；1983年国家标准局又颁布了爆炸性环境用防爆电气设备国家标准：GB3836.1-83（通用要求）、GB3836.2-83（隔爆型电气设备）等五项国家标准；1987年又连续颁布了GB3836.5-87等四项防爆电气设备标准。 隔爆型电气设备的共同特征是：将正常工作或事故状态下可能产生火花的部分放在一个或分放在几个外壳中。这种外壳除了将其内部的火花、电弧与周围环境中的爆炸性气体隔开外，壳内各零件间的连接具有一定的结构尺寸，它还应具有一定的结构强度。当进入壳内的爆炸性气体混合物被壳内的火花、电弧引爆时外壳不致被炸坏，也不致使爆炸产物通过联接缝隙引爆周围环境中的爆炸性气体混合物。这种能够承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并阻止内部爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播的电气设备外壳叫“隔爆外壳”。具有外壳的电气设备叫“隔爆型电气设备”，其标志为“d”。 由于制造、安装、使用和维护等方面的原因，隔爆外壳不可能是“天衣无缝”的一个整体，而是有许多零件组成的。零件间联接的缝隙会给壳内的爆炸产物引燃壳外的爆炸性混合物提供通道，并且爆炸产物总是沿着最短的路径通过这些缝隙。这些缝隙也叫“火焰通道”。为了防止壳内的爆炸引起设备周围环境爆炸性混合物的爆炸，火焰通道必须符合一定的结构尺寸，叫做“隔爆参数”。符合隔爆参数要求的隔爆外壳各部件相对表面配合在一起的接合面叫隔爆接合面。有的隔爆接合面经过多次试验得出了保证安全的参数范围，对此在GB3836.2中作了明确的规定。还有一些因素对其保证安全的参数了解还不够，则必须通过防爆试验来证明其安全性。 隔爆型电气设备的发明和防爆理论的完善促进了煤矿生产电气化的进程。在具有沼气、煤尘爆炸危险的矿井中，隔爆型电气设备的数量可达矿井电气设备的75%以上。因此弄清其防爆原理，学会正确使用和维护隔爆型电气设备，对于搞好煤矿安全生产具有重大意义。1.1.2电气设备外壳内的沼气爆炸 爆炸性气体混合物在爆炸时产生大量气体和热量，这些气体受热后体积迅速膨胀形成压力波，压力波对其传播路径上的一切障碍都将产生压力。由于隔爆型电气设备内部的沼气爆炸是不可避免的，因此我们有必要了解电气设备外壳内的沼气爆炸有什么特点。一、沼气爆炸产生的高温和高压 沼气只有与空气按一定比例混合后，才具有爆炸性，其反应过程如下： 点燃CH+2（O+4N） 2H 上式左边的是初始混合物，右边的为反应生成物和反应放出的热量Q。混合物中的（O+4N）为空气的近似组成。上式说明，为了使1mol的沼气完全反应，需要2mol的氧气和8mol的氮气。这样沼气在空气混合物中的浓度为 CH 实际上，由于空气中氧气所占的比例略大于20%，所以沼气空气混合物完全反应的比例约为9.8%。偏离这个比例，也能发生反应。这个偏离界限就是爆炸界限，其上限为16%，下限为5%。 沼气与空气混合物爆炸时产生的高温和高压可根据反应方程和波义尔-马略特定律粗略地计算出来。当沼气的浓度为9.5%时，痄腮密闭绝热的情况下温度可达21002200，压力可达840kPa左右。 以上数据是在绝热状态下密封容器内爆炸取得的。由于爆炸发生时通过外壳散发掉一部分热量，所以实际测得的温度和压力均低于理论计算值。例如9.5%左右的沼气空气混合物，在常压下引爆后测得的温度为1850，爆炸压力为740kPa。爆炸压力测定系统如图3-2所示，压力波形如图3-3所示。 当沼气的浓度小于9.8%时，混合物中的沼气得到充分燃烧，剩余氧气未参加反应；当沼气的浓度大于9.8%时，因混合物缺少氧气，沼气不能完全燃烧。因此这两种情况下产生的压力均小于最大值。二、 影响外壳内压力的因素外壳内爆炸压力的大小是决定外壳材料、结构和形状的重要因素，因此必须了解影响爆炸压力的因素。在爆炸性混合物的浓度、初始压力、初始温度等相同的条件下，影响外壳内爆炸压力的主要因素有外壳的间隙、外壳的容积和外壳的形状。1、 外壳间隙的影响电气设备的外壳存在间隙，所以当外壳内沼气爆炸时，燃烧表面对新鲜混合物的压缩使新鲜混合物通过间隙而被部分地释放掉了，因此使容器中的爆炸压力下降。在容积相同时，间隙越大产生的压力越小。图3-5所示为浓度为9.5%左右的沼气-空气混合物引爆时爆炸压力与间隙的关系。为了使电气设备的外壳能够隔爆，通常希望间隙越小越好，因此外壳必须能承受较大的压力，另外，当隔爆外壳上使用衬垫时，由于衬垫的存在使得间隙的泄压作用消失，所以对其外壳的强度要求就更高。2、 容积的影响由于混合物爆炸时总是通过外壳壁产生热量的损失，因此爆炸产生的压力和容积是有联系的。一般用外壳内表面积S（即热损失面积）与容积V（爆炸混合物的体积）之比表示散热的效果。对于球形容器（图3-6）： （式3-1）式中 D球形容器的直径，。式3-1表明，容积小时单位体积散热面积相对较大，因此爆炸压力相对较低。容积大时，损失掉的热量与总的爆炸热量相比不算大，因此容积对压力的影响不大。图3-7表明爆炸压力与外壳容积的关系。图3-7中的关系仅适用于容积小于64L的情况。对于较大的容积，在爆炸时由于引爆点的不同以及在各方向上爆炸速度不同回造成较大的压力分布不平均。如在内径为340，容积245L的圆筒形容器中，点火侧的压力为350kPa，而在相对侧，测得的爆炸压力达900 kPa。混合物爆炸时，会从外壳的间隙中漏气而降低压力。当间隙一定时，爆炸压力和容积的大小也有联系。可以用漏气面S和容积V的比表示泄压效果。对于图3-6所示的球形容器： （3-2） 式中 D球形容器的内直径，； d间隙高度，。 式3-2表明外壳容积越小，单位体积所具有的漏气面积越大，爆炸时压力就越低。若容积较大，就较小，漏气较少，则压力就较大， 总之，由于容积较小时单位体积的散热和漏气都比较多，所以其内部压力较低。这种现象在外壳容积0.5L以下时尤为显著。3、 外壳形状的影响在容积相同、外壳形状不同的条件下，由于爆炸时产生的热量相同，而散热面积不同，所以产生的压力也不同。在其它条件都相同的条件下，不同形状的容器内爆炸压力的差异如表3-1所示。 由表可知，圆球形的爆炸压力最大，长方形的爆炸压力较小。这是因为球形容器的散热面积最小，而长方形的容器表面积较大。三、隔爆外壳的压力重叠沼气与空气的混合物在隔爆外壳内爆炸，如果外壳内为多空腔结构，还将产生爆炸压力重叠现象。压力重叠是个复杂的物理过程。 如图3-8所示，A、B两个空腔之间以孔连通，A腔容积远大于B腔容积。A、B腔内均充以爆炸性混合物，并在A腔点火引爆。起爆后，压力波的传播速度快（约330m/s），而爆炸火焰传播速度慢（约3.39 m/s左右）。所以A腔起爆后压力波首先传到B腔，使B腔内爆炸性混合物的压力升高，然后火焰传到B腔，使B腔内被压缩的气体引爆。这时B腔内产生的压力是原来压力的几倍，甚至几十倍，这种现象叫压力重叠。 事实上，在同一容器内，由于容器内的结构原因影响爆炸火焰的正常传播时就会出现压力重叠现象。例如某平行六面体的外壳，空壳时按国家标准进行耐爆试验，三次试验后外壳完好无恙。六面体外壳内装入电气元件后，将完整的空腔分割成三部分，各部分之间是狭长的缝隙。当在某一端点火试验时，压力为470 kPa，而点火对面侧的爆炸压力达2700 kPa，外壳遭到严重破坏。1.1.3隔爆原理 所谓隔爆，就是当电气设备外壳内部发生爆炸时，火焰经各接合面喷出，而不使壳外面的爆炸性混合物爆炸。隔爆外壳的间隙隔爆机理与金属网对火焰的熄灭作用相仿。法兰间隙能起隔爆作用的机理现仍有两种观点：一种观点认为隔爆是由于法兰间隙的熄火作用；另一种观点认为隔爆是由于法兰间隙的熄火作用和法兰间隙对爆炸产物的冷却共同作用的结果。从这一试验来看，后一种观点的理由更充分些。 一、间隙熄火作用 爆炸性气体混合物火焰在狭小间隙中熄灭的理论是建立在观道中火焰传播界限的实验研究基础上的。对于不同的爆炸性气体混合物，都有一个对应的临界熄火直径值d。当管子的直径超过临界值时，这种爆炸性气体混合物的火焰即可沿着这个管道传播，否则火焰熄灭。在管子中心火焰温度最高，为T，沿火焰表面的温度为T，即气体燃烧所需最低温度。在火焰外一定距离到管壁之间气体的温度为T，所以这个区域的气体不燃烧，这是因为反应产生的热量被管壁及未燃烧气体吸收所致。随着火焰的传播，火焰前方的气体相继开始燃烧，而靠近管壁的区域y的气体始终不燃烧，这个区域叫做“死区”。当管子的直径减小时，死区逐渐向中间靠拢，火焰面进一步弯曲。若管径再减小一点，火焰的传播就不可能了，这个直径即称临界直径d 式中 气体混合物热扩散率，3.610/s; u-火焰传播速度，3.39m/s; E-活化能，对于沼气E=146600J/mol; R-气体常数，4.37J/molK; e-自然常数，2.718； T-最大燃烧温度，对于沼气T=2100K。 在管道熄弧的基础上，苏联学者B.C.克拉夫琴科教授提出了平面间隙结构的临界间隙S表达式： （34） 可见，临界间隙未临界管径的一半。 火焰在间隙中熄灭是因为热量经过气体传给结构间隙的表面的结果。所以公式33和34与构成间隙的材料无关，而仅与气体混合物的种类有关。对于火焰传播速度和燃烧温度都较高的气体混合物，其临界直径和间隙较低，例如氢气，其临界间隙约为沼气的1/10。 公式33和34还表明了管子和狭窄间隙对火焰有影响的各个参数之间的定性关系。根据分层燃烧火焰传播条件导出的公式未考虑实际隔爆外壳中出现的一系列因素（爆炸过程中压力的变化、爆炸生成物喷出的紊流性质、间隙出口处压力的降低等）。因此从公式中得出得数据和实际是有差别的。例如，按公式34计算沼气空气混合物的临界间隙为2，而按试验数据，宽25平面法兰外壳的最大试验安全间隙为1.14。 二、间隙的冷却作用 当接合面间隙小于临界间隙时，壳内的爆炸火焰经过间隙即被熄灭，但是如果穿出间隙的爆炸产物的温度达到引燃爆炸性气体混合物所需要的高温时仍然能够引起外壳周围的爆炸性气体混合物爆炸。例如一氧化氮爆炸时，其火焰不可能穿过0.8mm的间隙，但它却使容器外的沼气-空气混合物引爆。这说明，间隙对爆炸产物的冷却作用与外壳的隔爆性能有直接关系。 点燃爆炸性混合物的必要条件是在有限的燃烧生成物中要有足够的能量。当法兰间隙中的火焰通道足够长时，由于间隙的冷却作用，穿过间隙的火焰得到充分的冷却，其温度降低到点燃外壳外部的爆炸性混合物所需的最低温度以下，所以不会传爆。试验表明，从外壳中喷出的爆炸产物温度高于1020以上时才能点燃沼气-空气混合物。如图3-10a所示，在接合面长度L=25的钢制平面法兰的球形外壳内，点燃沼气浓度为8.5%的爆炸性混合物进行试验。在正对着点燃点的间隙内外测得的温度与时间的关系如图3-10b所示。 从图中可以看出：外壳内部的最高温度为1630，平均温度为1440 ；壳外的最高温度为950，而平均温度为700，均低于1020。这证明隔爆间隙还有一个重要作用就是对爆炸产物进行冷却。 下面具体分析一下间隙中爆炸产物被冷却的程度，可燃性气体通过间隙时的冷却程度可利用热损失Q与爆炸时产生的热量Q之比Q/ Q来衡量。 如图3-11所示，取出对着点燃点的接合面周长上的一小段d(爆炸时在这一段上喷出的气体较多，有代表意义)。爆炸生成物从接合面d段上喷出的数量为： （3-5） 式中 爆炸生成物从接合面d段上喷出的数量，m； V外壳的净容积，m； P法兰接合面的周长，m; d法兰接合面单元长度，m.式3-5是假设外壳内爆炸生成物全部喷出外壳而得出的。在以下的试验中全部采用浓度为8.5%的沼气空气混合物。沼气的燃烧值为892.6kJ/mol，所以容积为 的沼气与空气混合物完全燃烧放出的热量为：（J） 气流通过法兰接合面d段间隙时，由于法兰的热传导作用，产生饿热损失可按下式计算： （3-6） 式中 C气体的定压比热容； 外壳内气体进入间隙时的平均温度； 气体出口时的平均温度。 由式3-5和3-6可得： 对于不同的间隙值，爆炸后外壳内外的温度与热损失情况如表3-2所示。表3-2 爆炸后外壳内外的温度与热损失的关系 间隙S 平 均 温 度 相对热损失 每厘米接合面间隙的热损失 （） 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 通过以上分析计算可以看出：随着间隙的加大，热损失降低，隔爆外壳间隙处的出口温度增加，逐渐失去隔爆作用。 三、最大试验间隙关于隔爆间隙的理论目前还不很完善从理论上得到的数据和实际试验得到的还有些差异。因此目前生产的隔爆型电气设备所采用的结构参数仍然是以上试验得到的数据为依据。整个试验装置在承受1.5Mpa压力的情况下，保证被试间隙不致有明显的变化。在圆柱形爆炸试验槽b内放有球形的被试腔a。被试腔上的k和l组成相互平行的长为25mm的法兰间隙，l与千分尺相连。调整c可以得到所需要的被试验法兰间隙。在标准规定的试验条件下，向被试腔和试验槽内通入爆炸性气体空气混合物。当被试腔内爆炸性气体或蒸气与空气的混合物被点燃后，通过长度为25mm的标准法兰接合面不能点燃试验壳外爆炸性气体混合物的最大试验间隙即为最大试验安全间隙。各种不同气体的最大试验间隙都须经过多次反复试验才能确定下来。四、 影响最大试验安全间隙的因素最大试验安全间隙是制订隔爆外壳中隔爆接合面安全间隙的基础，明了其影响因素对隔爆外壳的安全使用极为重要。影响最大试验安全间隙的主要因素有：隔爆法兰的长度和爆炸性气体混合物的浓度等。隔爆法兰长度L对最大试验安全间隙W的影响如图3-13所示。随着法兰长度的增加，爆炸产物穿过间隙时的能量损失相对增加，所以使得试验安全间隙增大。当法兰长度进一步增大时，试验安全间隙只能增大到这种混合物的熄火距离。因为间隙进一步增大，火焰将沿着间隙直接传播。爆炸性气体混合物的浓度对于最大试验安全间隙的影响如图3-14所示，在确定最大试验安全间隙的标准试验中所使用的爆炸性气体混合物总是采用最危险的浓度。对于沼气空气混合物，这个危险浓度为8.2%。当沼气浓度高于或低于这个浓度时，都会使试验间隙增大。此外爆炸性气体混合物的初始压力、初始温度和试验外壳的容积对最大试验安全间隙也都有影响。需要说明的是隔爆接合面加工的粗糙度，对于隔爆性能的影响不大，表面粗糙度只要不影响间隙的宽度，即在整个法兰平面内的不平度不会造成隔爆间隙宽度畸形，表面略微粗糙点对隔爆性能不会有大的影响。当然过分粗糙将会使最大安全间隙下降。试验表明，当加工粗糙度为25 下降到粗糙度12.5 和粗糙度6.3 时，最大试验安全间隙略有增加，而加工粗糙度在 6.3以下时，最大试验安全间隙基本一样。粗糙度的高低对接合面的防绣有较大关系，粗糙度低一些有利于防绣处理。1.1.4 隔爆型电气设备的隔爆结构参数在第三节中已经讲过最大试验安全间隙的确定方法，并在图3-13中给出了几种气体混合物的最大试验安全间隙和法兰接合面长度之间的关系，I类和II类A、B、C三个级别的隔爆型电气设备的隔爆结构参数即是在上述最大试验安全间隙的基础上取一定的安全系数后确定的，本节所述隔爆结构参数均属I类。对于II类A、B、C三个等级的隔爆参数可参看GB3836.2-83第一篇中有关条款。国标GB3836.2-83对目前煤矿电气设备常用的三种典型的隔爆结构参数进行了规定，这三种隔爆结构是：（1）平面、圆筒隔爆结构；（2）螺纹隔爆结构；（3）叠片式隔爆结构。对于其它隔爆结构，如微孔结构（分析仪器的探头）、泄压结构（干式变压器外壳的泄压装置）等因技术尚不成熟所以暂未在规程中规定。一、 平面、圆筒隔爆结构这种隔爆结构在隔爆型电气设备中使用最普遍。按隔爆接合面的形状又可分为平面隔爆接合面、圆筒隔爆接合面和止口隔爆接合面，如图3-15至3-17所示。平面隔爆接合面的相对表面为平面；圆筒隔爆接合面的相对表面为圆筒形；止口隔爆接合面的相对表面包括平面和圆筒接合面。平面、圆筒隔爆结构的参数包括接合面的长度、接合面的间隙和接合面的粗糙度。1.接合面的长度L从隔爆外壳内部通过隔爆接合面到隔爆外壳外部的最短通路的长度，即为隔爆接合面的长度L。接合面的长度由隔爆外壳的容积决定，一般有6.0、12.5、25、40mm等几种尺寸。应该注意的是止口式隔爆接合面的长度计算应按图3-16中的说明进行。当接合面上螺栓通孔时，爆炸火焰可以从螺栓孔中逸出。所以，隔爆参数中对于从螺栓通孔边缘至隔爆接合面边缘的长度也作了要求，其长度的测量如图3-15所示，也应遵循“最短通路”的计算原则。2.接合面的间隙W隔爆接合面的相对表面间距离，即为接合面的间隙。对于圆筒隔爆接合面，则为径向间隙（直径差）。间隙W和接合面的长度L有关系。静止部分隔爆接合面（图3-15、3-16）、操纵杆与孔隔爆接合面（图3-17a）以及隔爆绝缘套管隔爆接合面的最大间隙或直径差W和隔爆接合面的最小有效长L、螺丝通孔边缘至隔爆接合面边缘的最小有效长度L、转轴与轴孔隔爆接合面最大直径差W和最小有效长度L（图3-17b）须符合表3-3的规定。但快动式门或盖的隔爆接合面的最小有效长度L须不小于25.0mm。带有滚动轴承的圆筒结构，最大单边间隙须不大于表3-3规定的W的三分之二。由于使用滚动轴承，尽管表3-3中的W值较L相同的静止接合面大，但全部间隙W值分配为两部分，任意一部分的值均不会超过基础间隙值，故它的安全系数并未降低。考虑到轴承间隙，零件公差及运转中轴承的磨损等因素可能造成的轴与轴孔的偏心，因此留有三分之一的平均单边间隙的偏心量，这条规定还可以防止单边间隙过小造成轴与轴孔的磨损。表3-3 煤矿井下电气设备隔爆外壳的结构参数接合面 L L W（） 接合面 L L W（） 外壳净容积（l） 外壳净容积（l） 型 式 （）（） V0.1 0.1V 型 式 （） （ ）V0.1 0.1V平面式 6.0 6.0 0.30 - 带有滚动 6.0 - 0.40 0.40止动 12.5 8.0 0.40 0.40 轴承的圆 12.5 - 0.50 0.50或圆筒 25.0 9.0 0.50 0.50 筒结构 25.6 - 0.60 0.60式 40.0 13.0 - 0.60 40.0 - - 0.80操纵杆直径d和隔爆接合面长度L要符合表3-4的规定表3-4 操纵杆直径d和隔爆接合面长度L的尺寸关系 操纵杆直径d（） 隔爆接合面长度L（） d6.0 L6.0 6.0d25.0 Ld 25.0d L25.0表3-3规定的结构参数值都是上限，正常出厂产品的结构间隙都小于上述值（以平面接合面为例，其间隙一般小于0.1mm）。从隔爆的角度出发，间隙越小越安全。在确定最大试验安全间隙的标准试验方法中隔爆间隙是平面对平面，表3-3中的圆筒间隙结构尺寸是引用平面间隙试验结果得出的，而且经试验这种引用是合适的。隔爆接合面的粗糙度应不高于6.3，操纵杆须不高于3.2。二、 螺纹隔爆结构 在维修中不经常拆卸的部分可以使用螺纹隔爆结构。从氢气、乙炔-空气混合物的爆炸试验结果看，螺纹隔爆结构是最好的静止隔爆结构。螺纹隔爆结构如图3-18所示。例如在矿用隔爆型移动变电站的高、低压接线盒中，套管与接线座、接线座与出线盒法兰之间均为螺纹隔爆结构。又如德国起重用隔爆型锥形转子电动机的后端盖与定子外壳的配合亦为螺纹隔爆结构。 采用螺纹隔爆结构时，必须保证同种零件间的互换性，还必须符合下列规定。（1） 螺纹精度须不低于3级，螺距须不小于0.7；（2） 螺纹的最少啮合扣数、最小拧入深度，须符合表3-5的规定；（3） 螺纹结构须有防止自行松动的措施。表3-5 螺纹啮合扣数与拧入深度的关系 外壳净容积 拧入深度 最少啮合扣数 （l） （） I，II，II II V0.1 5.0 6 试验安全扣数的2 0.1V2 9.5 6 倍，但不少于6扣 2V 12.5 6 三、 叠片隔爆结构叠片应用耐腐蚀材料制成的通气部件组成并须有防止偶然机械损伤的措施。叠片结构如图3-19所示。叠片部件的片间间隙宽度G须不大于0.5，叠片排气方向的长度L须不小于50，另一边的长度h须不大于70，厚度须不小于1.0，如图3-20所示。由于叠片隔爆结构有较大的开口比，即开口断面积与外壳净容积之比，因此可以大大降低内部爆炸产生的压力，即大大降低了外壳所需的强度并使壳体重量减轻。 叠片小箱阻止火焰传播的作用和法兰隔爆作用大体上是一样的，可以使火焰在狭窄的缝隙处熄灭并得到冷却，从而消除点燃周围可燃性混合物的危险。这种隔爆结构多用在隔爆蓄电池箱上。它不仅能对沼气-空气混合物的爆炸起隔爆作用，对于箱内的氢气爆炸也能起到预防作用。这是因为氢气的爆炸下限是4.0%，在叠片箱中，蓄电池正常运行中产生的氢气可以通过叠片间间隙逸出，氢气要积聚到这个浓度是困难的。另一方面氢气的最大试验安全间隙与氢气浓度的关系为U型曲线，4.0%氢气-空气混合物的最大试验安全间隙大于0.5。所以，在氢气下限浓度发生爆炸时仍能保证实现隔爆。1.1.5 隔爆型电气设备的外壳附件 一、引入与接线装置 GB3836.2规定只有在正常运行时不产生电弧、火花或危险温度并且额定功率不大于250W，且电流不大于5A的I类电气设备（或额定功率不大于1000W的II类电气设备）才允许电缆直接引入。除此之外，所有隔爆电气设备必须通过接线盒或插销与电缆或导线进行电气连接。 引入与接线装置由进线装置、接线端子和外壳等零部件组成。进线装置一般是用橡胶密封圈密封的，在发生瓦斯爆炸时很容易烧坏，是电气设备上的薄弱环节。电气设备外壳内部的部件经常处于动作状态，容易产生电火花，有点燃可燃性混合物的危险。因此，一定要将容易产生火花的部分与不易产生火花的部分隔开，以避免或减少燃烧或爆炸烧坏密封圈的危险性。为此，接线装置必须做成独立的隔爆空腔，通过接线端子将电缆引入外壳内部。这样，万一隔爆外壳内部发生爆炸也不会因引入装置不可靠而造成传爆事故。井下隔爆电气设备的密封圈式引入装置有以下两个作用。（1） 通过接线端子将电缆固定或压紧，防止井下搬迁电气设备时不慎将接线电缆拔脱，使电缆与接线柱连接处产生火花或弧光短路的危险；（2） 可以通过压紧装置将橡胶垫圈压紧，并使这些垫圈内结构以及对密封圈配合起到隔爆作用。 密封圈式的引入装置大体上可分为压紧螺母式和压盘式，其结构以及对密封圈的要求不在细述。 接线盒是电气设备的重要组成部分。按照GB3836.1规定，隔爆型电气设备的接线盒可以是隔爆型的，也可以是增安型、本质安全型或其他防爆类型。矿用电气设备在接线盒空腔和主空腔之间须采用隔爆结构或胶封结构。如果接线盒空腔与主空腔之间采用隔爆结构（如图3-21所示）时，隔爆接合面的结构参数须按大空腔净容积确定。 接线盒内电气间隙和爬电距离应符合要求。由于接线盒内接线端子多是未经绝缘的带电零件，任何灰尘的堆积、水蒸气的附着、接线质量的不良都会使带电零件之间或带电零件对地之间的绝缘性降低，导致发生漏电或短路等电气事故，这是十分危险的。因此除了要保证规定的电气间隙和爬电距离外，在接线时必须严格遵守有关的规程规定。 二、插销电压低于1140V的插销装置，须备有防止骤然拔脱的徐动装置；电压不低于1140V的插销装置须采用带有电气联锁的装置。插销拔开后，插头和插座内不允许有裸露的带电部分。插座入口处还需设置便于开启的防护盖。I类隔爆插销在断电瞬间外壳隔爆面的有效长度应不小于25，最大直径差W不得大于0.6，如果外壳的净容积小于或等于0.5l时，在断电瞬间其隔爆面有效长度不应小于15，其直径差W不得大于0.5。插销的接地端子须制成专用插头和插座，不允许以外壳接地代替。接地插头须比主插头先接触。同一型号的插头和插座在结构上应能互换，但互换时应检查隔爆参数是否符合要求。三、透明件 透明件主要是照明灯具的透明罩、仪表窗口和指示灯罩。照明灯具的透明罩有钟形、长管形和平板形，仪表窗口多为平板形。透明件应采用玻璃或其它抗机械、热、化学作用的材料制成，并能经受规定的试验。灯具的透明件可与外壳直接胶封。煤矿用电气设备的透明件与外壳直接胶封时，其外露面积须不大于25。观察窗的透明件采用密封结构时，密封垫的厚度须不小于2。嵌入的部分宽度a（见图3-22），当外壳容积不大于0.1l时，须不小于6；当外壳净容积大于0.1l时，须不小于10。 由于上述的胶封与密封接合方式不存在隔爆接合面，因此一定要保证其接合的可靠性。 四、衬垫 为了解决脆性材料（玻璃、塑料等）制成的饿隔爆外壳零件与金属零件的安全接合，为了防潮和防尘，在许多隔爆电气设备中使用衬垫元件。 在维修中需要打开的外壳部件上采用衬垫作为密封措施时，密封衬垫不能作为隔爆部件，即在密封衬垫之外仍应有符合规定的隔爆接合面（如图3-23），但透明件的衬垫除外。 在维修中不经常打开的部件采用衬垫时，允许将衬垫作为隔爆措施，衬垫须符合以下要求。（1） 衬垫须采用足够强度的饿金属或金属包覆的不燃性材料制成。（2） 衬垫的厚度须不小于2。衬垫的宽度，当外壳净容积不大于0.1l时不小于6；净容积大于0.1l时须不小于8。 （3）安装后的衬垫须保证不会脱落，并在外壳内产生爆炸压力时也不能被挤出。1.1.6 隔爆型电气设备的防爆性能的保证 隔爆型电气设备的防爆性能是由外壳的耐爆性和隔爆性共同保证的。一、 耐爆性能的保证在电气设备内部发生可燃性气体混合物爆炸的情况下，隔爆型电气设备的外壳和隔爆接合面会受到危险压力的冲击作用，当外壳的结构不合理时还会发生压力重叠，使外壳受到高于正常爆炸压力几倍到几十倍的异常高压。因此，隔爆型电气设备外壳应有足够的机械强度和合理的结构，使之能够承受内部爆炸的压力，并且能保持原有的隔爆性能。1、 外壳的材质（1） 煤矿采掘工作面用电气设备外壳须采用钢板或铸钢制成。非采掘工作面用的电气设备外壳可用牌号不低于HT25-47灰铸铁制成。这是因为采掘工作面用电气设备工作条件较差，设备移动频繁，隔爆外壳容易在搬运时或工作中受到碰撞或岩石的砸碰，故要求材料强度好，坚韧而不脆，一般灰口铸铁是不合乎要求的。（2） 手持式或支架式电钻、携带式仪器的外壳可用轻合金制成；容积不大于2l的外壳可用塑料制成；净容积不大于0.01l的外壳可采用陶瓷材料制成。但使用这些材料时应符合GB3836.1（通用要求）的规定。2、 隔爆接合面的强度隔爆接合面的强度也直接关系到外壳的隔爆性。因为外壳内部沼气爆炸的高温、高压火焰要通过接合面间隙喷出壳外，如果强度不符合要求，则在高温、高压下接合面将会产生严重变形从而改变了接合间隙，影响外壳的隔爆性，为了防止间隙可能增大的现象，必须保证隔爆接合面有一定的强度。另外，考虑到煤矿井下电气设备工作条件恶劣，隔爆接合面很容易发生锈蚀和损伤，有时需要采用机械加工才能修复，因此隔爆接合面的厚度应留有加工裕量。在设计隔爆部件时，对于平面式的隔爆接合面，其厚度应增加15%，最小应为1。3、 压力重叠的预防为了使外壳能够承受内部爆炸产生的压力，除了要选择合适的外壳材料外，外壳的结构也应合理，尤其应注意防止压力重叠现象的出现。根据试验，压力重叠的大小与两空腔的净容积之比和联通孔的断面积大小有关。为预防压力重叠现象，可采取以下措施。（1） 避免将外壳制成以小孔连通的多空腔。在无法避免时应尽量增大连通孔的横截面积，并增大外壳的强度。（2） 壳内电气元件的安装应避免将整个空腔分割成几个小空腔。（3） 外壳的纵向尺寸和横向尺寸不宜相差太大。（4） 对于容积较大的外壳可使用防爆的泄压的装置，使外壳内过高的压力得到消除。二、 隔爆性能的保证1、 隔爆结构参数应符合要求隔爆接合面的长度和间隙直接关系着隔爆外壳的隔爆性能，无论使用还是修理都应遵守相应规定。在平面对平面的接合中，当接合面长度确定后只要接合面的厚度设计的适当，在爆炸压力作用下，接合面的瞬间和残余变形都不致影响隔爆接合间隙W。为了精确地保证W值，主要应严格控制隔爆接合面的不平度。这样既可避免单边间隙过大，又可防止单边间隙过小，避免发生互磨（圆筒型活动接合面中）。此外，隔爆接合面的粗糙度也应符合要求。2、 隔爆接合面须有防锈措施隔爆接合面的锈蚀是影响隔爆性能的主要因素之一。因此隔爆接合面须有防锈措施，如电镀、磷化、涂204-1防锈油等，但不准涂漆。因为漆膜在高温作用下易分解，使得接合面间隙变大，并且漆膜分解产生物是容易传爆的气体，这些都会影响隔爆外壳的隔爆性能。3、 隔爆接合面之间的紧固一个完整的隔爆外壳是由两个以上零件组成的，零件间的相对面即为隔爆接合面，为了保证隔爆参数符合要求，隔爆接合面之间的可靠连接是十分重要的。 为了保证隔爆接合面之间连接紧固良好，其连接零部件应符合下列要求。（1） 螺栓和螺母不允许用塑料和轻合金材料制造。（2） 螺栓和不透螺孔紧固后，还须留有大于2倍防松垫圈厚度的螺纹余量，以保证在防松垫圈丢失的情况下，螺栓仍能拧紧。但是，若防松垫圈丢失，必须尽快补上，以保安全。（3） 隔爆外壳上的不透螺孔周围及底部的厚度须不小于螺栓直径的1/3，最少为3。（4） 螺钉紧固中，若以弹簧垫圈防松，在拧紧螺钉时，只须将弹簧垫圈压平即可，不宜拧得太紧。否则，螺钉预应力太大，若受到爆炸压力作用就易发生断裂。（5） 外盖和壳体在接合处的外形尺寸应一样大，或壳体外边缘尺寸略大于盖子的外边缘尺寸，以避免对紧固螺栓的剪切力。（6） 工艺透孔或结构上必须穿透外壳的螺孔。其配合应采用圆筒隔爆结构或螺纹隔爆结构。外露的断头须永久性固定，也可将其埋入护圈内。（7） 塑料外壳上不允许直接攻螺孔。4、 联锁和警告标志的设置把合格的外壳零件按要求连接起来之后才能构成一个完整的隔爆外壳，若紧固措施被解除（例如把磁力起动器的外盖打开）则外壳就起不到隔爆作用。例如平顶山某矿就因为隔爆电气设备接线盒打开后违章送电引起重大沼气爆炸事故。因此，对于正常运行时产生火花或电弧的电气设备必须备有联锁装置，即当电源接通时壳盖不能打开，壳盖打开后电源不能接通。也可设置警告牌，警告牌上须标有“断电源后开盖”的字样。设备输出端断电后，如果壳内仍有带电部件须加设防护性绝缘盖板，并标注“带电”字样的警告标志。 三、短路事故的预防目前我国生产的隔爆型电气设备，其外壳强度和隔爆参数都是根据小功率点火源引爆沼气的试验制定的。当外壳内发生弧光短路时，其防爆性能就得不到保障。因此对隔爆型电气设备应尽量避免内部发生短路事故。弧光短路对隔爆外壳安全性能的影响有以下几点：（1）发生弧光短路是日，隔爆外壳内将产生较高的压力使外壳受到破坏。例如英国某矿一台隔爆开关内部发生电弧短路，把十几根紧固螺栓拉断，开关盖抛出数米远。原因是短路电流把外壳内有机物分解，产生大量气体使压力持续上升，最后导致外壳损坏。（2）短路时电弧长、电流大，强大的电弧能量可以使外壳达到很高的温度，甚至将外壳烧穿。此类事故在煤矿井下也有发生。（3）电弧短路时，隔爆外壳所需的隔爆接合面安全间隙明显减小。大量试验表明，采用平面隔爆接合面时，在弧光短路条件下只有间隙不超过0.2时才能保障安全。这个数值比隔爆型电气设备的允许间隙要小得多。 因此为了确保隔爆电气设备的安全性能，要求电气设备的保护装置必须严格按照有关规程的规定进行整定和校验，预防短路故障的发生。1.1.7 隔爆型电气设备的试验 为了检查隔爆型电气设备外壳的强度及隔爆性能是否合乎要求，国家的防爆检验部门和生产厂都要对隔爆电气设备进行试验。 国家的防爆检验部门对生产厂送检的隔爆电气设备的隔爆外壳须进行强度试验和隔爆性能试验。对其引入装置也需进行密封性能和机械强度试验。 生产厂对每台产品的外壳或部件应逐件进行水压试验并对隔爆参数进行检查。 一、强度检验 国家防爆检验部门的强度试验分为参考压力测定和按1.5倍最大参考压力作强度试验两个步骤。一个隔爆外壳由几个独立的隔爆空腔组成时，每个空腔都须进行上述步骤的强度试验。 1、参考压力的测试 I类电气设备应采用浓度为9.8%的沼气-空气混合物进行试验。试验时用1个或几个火花塞或其它小能量点火源点燃混合物。为了得到参考压力的可靠结果，这项试验须进行三次，在三次试验中测得的最大爆炸压力为参考压力。 测压点和火花塞位置的布置，根据实验确定。为了得到较高的参考压力，需要选定几个可能出现最大压力的点火位置。2、动态强度试验参考压力测出后，可利用提高混合物初始压力的方法进行试验，使其爆炸压力达到参考压力的1.5倍。这种用爆炸的方法检验隔爆外壳强度的试验叫动态强度试验。如图3-24所示，在被试样品T内充以沼气-空气混合物，使其浓度为9.8%，使初始压力P、P达到预定值。当以上两项调整好之后关闭所有的阀门，点火试验并记录压力。当记录压力约等于1.5倍的参考压力且外壳没有发生影响隔爆性能的变形时试验有效，动态强度试验合格。动态强度试验只作一次。对于以衬垫作为隔爆措施的电气设备只进行动态强度试验，试验须进行10次，以均不损坏、均不传爆为合格。这是因为由于衬垫的存在使外壳上的间隙泄压效果为零。因此，对外壳的强度的可靠性就要求更加严格。3、静态强度试验静态强度试验通常是水压试验。试验压力应为参考压力的1.5倍，但不应小于350kPa。如果不能测得参考压力则按1MPa进行试验，在水压试验中，压力加到所要求的试验压力时，应在这个压力下停留1分钟。试验中外壳不连续滴水，试验后外壳无残余变形为合格。水压试验的设备如图3-25所示。隔爆外壳及外壳上的零件除透明件和绝缘套管外均需要逐件进行水压试验。二、隔爆外壳隔爆性能的试验 隔爆性能的试验是在强度试验合格后进行的。隔爆性能试验一定要在强度试验合格的样品上进行。这样做既对隔爆外壳进行隔爆性能试验，又检查隔爆外壳的强度是否真正合格。 煤矿用隔爆电气设备须采用浓度为14%的氢气进行爆炸试验。试验时，外壳内均充满上述浓度的爆炸性混合物。每个空腔各进行10次试验，以均不传爆为合格。 为什么上述试验不采用浓度为9.8%的沼气-空气混合物而采用浓度为14%的氢气-空气混合物呢？这是因为：表3-3中给出的隔爆间隙为外壳的机构安全间隙，它是在最大试验安全间隙的基础上除以一个大于1的安全系数得到的。因此如果还用浓度为9.8%的沼气-空气混合物对隔爆接合面的安全间隙的安全性能进行检验是毫无意义的。必须另外找出一种较为活泼的爆炸性气体混合物，它的最大试验安全间隙与我们要检验的结构安全间隙相近。通过对氢气-空气混合物试验安全间隙与这种混合物浓度的研究得到的U形曲线，如图3-26所示，这一关系曲线为各级各类隔爆外壳隔爆性能试验提供了方便。例如，对于矿用电气设备，当隔爆接合面长度为25时，允许的结构安全间隙正好是浓度为14%的氢气-空气混合物不传爆的最大试验安全间隙。当隔爆外壳在动态强度试验之后，使结构间隙大于0.5时，用14%的氢气-空气混合物进行隔爆性能试验就会发生传爆，证明该隔爆外壳不合格。 三、引入装置的试验 隔爆电气设备上的每一个引入装置和引入装置中各种规格尺寸的密封圈均须进行本项试验。试验各作一次。 对密封圈式引入装置须进行密封性能试验和机械强度试验。 1.密封性能试验 作密封性能试验时，首先将密封圈套在清洁、干燥的抛光钢柱芯棒上组成引入装置。芯棒的直径须对应密封圈允许的电缆或导线最小直径。把引入装置装在液压试验装置上，将与液压流体接触的电缆或导线终端的间隙处严格密封，使用着色水作为液压流体进行试验。试验时应先将液压回路中的空气排净。在逐渐升高液压力的同时拧紧压盘的螺栓或压紧螺母，使液压力达到1MPa,并记录其力矩值。保持恒定的液压力两分钟，吸水纸上未显示任何水滴痕迹时为合格。 2.机械强度试验 在密封性能试验之后进行机械强度试验。 对于压紧螺母或引入装置施加下列力矩值中较大者拧紧螺母：（1）按密封试验时拧紧螺母时测得力矩值的2倍；（2）芯棒（护套）直径为D（）时，力矩值为D（Nm ）。 对压盘式或其它用螺钉紧固的引入装置中的每个螺栓施加在密封性试验时拧紧螺栓力矩值的2倍力矩，但不小于下列数值：M 6 11.77 Nm M 8 19.61 Nm M 10 39.23 Nm M 12 58.84 Nm M 14 98.07 Nm M 16 147.10 Nm 试验后拆开引入装置，目测检查个部件，如果没有任何损伤（密封圈除外）则为合格。1.2 本质安全型电气设备1.2.1 本质安全电路基本知识 本质安全型电路和电气设备在我国煤矿井下应用的历史虽然不长，但是随着煤矿生产机械化和电气化程度的提高，以及电子技术、自动控制技术的发展，目前井下电气控制、信号、通讯系统、监测仪器仪表、保护装置等都已广泛采用本质安全电路和本质安全型电气设备。现行的本质安全电路和本质安全型电气设备的国家标准是GB3836.4-83，其标志是“i”。 一、本质安全电路和本质安全型电气设备及其特点 1、 本质安全电路和本质安全型电气设备 本质安全电路就是在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。全部采用本安电路的电气设备称为本质安全电气设备。 其中：“规定的试验条件”是指考虑了各种最不利的因素（如安全系数、试验介质浓度等）而规定的试验条件。 “电火花”是指电路中触点动作火花（按扭、开关、接触器等），以及电路短路、断路或接地时产生的火花，也包括静电火花和摩擦火花。 “热效应”是指电气元件、导线过热造成的表面温度和热能量，以及电热体的表面温度和热能量。 “正常工作”是指电气设备在设计规定条件下工作。检验单位用火花试验装置对电路进行接通和断开试验视为对正常工作状态的检验。 “规定的故障状态”指除“可靠元件和组件”外，任何与本质安全性能有关的电气元件损坏或电路连接故障，如电气元件短接、晶体管或电容击穿、线圈匝间短路和保护装置失灵等都属于规定的故障状态。 2、本质安全型电气设备的特点 本质安全型电气设备是通过限制电路的电气参数，进而限制放电能量实现电气防爆的。所以它不需要专门的隔爆外壳，这就大大缩小了设备的体积和重量，简化了设备的结构。本质安全电路的外部传输线还可用一般的胶质线甚至裸线，可节省大量电缆。所以它具有安全性能可靠、结构简单、体积小、重量轻、制造维修方便、造价低等优点。 3、本质安全型电气设备在煤矿井下的应用 本质安全型电气设备的电路所能传递的能量是受限制的，所以不能制成较大功率的设备（目前应用的本质安全型电气设备最大输出功率在25W左右），因而使用范围受到限制。目前本质安全型电路和电气设备在煤矿井下主要用在矿井通讯系统、信号系统、遥控和自动装置以及测量仪器、仪表等“弱电”系统中。 二、本质安全型电气设备的类型及分布 根据使用场所的需要，本质安全型电气设备分为单一式（全本质安全型）和复合式（部分本质安全型）两种型式。 1、单一式 单一式是指从电源到负载全部电路都是本质安全电路的电气设备，其主要特点是体积小、重量轻、携带方便。井下携带式仪表多属单一式本质安全型，如瓦斯检定器、一氧化碳测定器、测尘器等。 2、一般兼本质安全型 如果设备主机置于安全场所（如地面绞车房、调度室等）可设计成一般型，而进入井下的电路部分为本质安全型，这就构成了一般兼本质安全型。例如矿井调度电话系统，调度总机设在地面为一般型，井下各电话分机为本质安全型。3、隔爆兼本质安全型隔爆兼本质安全型电气设备在煤矿井下应用最为普遍，这种类型的设备把非本质安全的部分放在隔爆外壳内。如瓦斯断电仪、扩音电话、采区电气控制、信号、通讯系统等。本质安全型电气设备的类型及其分布如图5-1所示。 ibIibIibI安全栅ibI电源装置ibIdibIdibIibI IIIIB本质安全型 本质安全电路 一般兼本质安全型 本质安全型 本质安全电路 一般型 隔爆兼本质安全型 本质安 本安型全电路 隔爆兼本质安全型ibI 单一式本质安全型 危险场所（井下） 安全场所（地面）图5-1 本质安全型电气设备的类型及分布示意图 三、本质安全型电气设备的等级 本质安全型电气设备除按使用范围可划分为不同的类别、级别和温度组别之外，根据其安全程度不同又分ia和ib两个等级。 1、ia等级 电路正常工作中及出现一个故障和两个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。 正常工作时，安全系数为2.0； 一个故障时，安全系数为1.5； 两个故障时，安全系数为1.0。 设备中，正常工作产生火花的触点须加隔爆外壳、气密外壳或加倍提高安全系数。 “气密外壳”是指通过金属与金属、玻璃与金属等材料的熔接，能防止外部的爆炸性气体混合物进入外壳内的完全密封的外壳。 2、ib等级 在正常工作和一个故障时，不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。 正常工作时，安全系数为2.0； 一个故障时，安全系数为1.5。 如设备正常工作时有火花的触点，加隔爆外壳或气密外壳保护，并且有自显示措施，则一个故障时安全系数为1.0。 安全系数是电路安全程度的标志，对于电阻电路和电感电路，规定的安全系数K=最小点燃电流/设计最大允许电流。对电容电路，K=最小点燃电压/设计最大允许电压。 从以上规定可以看出：ia等级的本质安全型电气设备的安全程度高于ib等级。 现举例说明ia等级和ib等级的差异： 某一电感电路的电感元件储能过大，达不到本安性能要求。须并接分流二极管保护。若按ib等级设计，电感两端需并接两个二极管，达到双重化。因ib等级按一个故障考虑，一个二极管损坏时另一个二极管起保护作用。若按ia等级设计，双重化已经不能满足要求，因ia等级要按两个故障考虑，因此至少需并接三个二极管，达到三重化才符合要求。 上述规定中“一个故障”是指一个电气元件损坏或一个电气联接故障。两个元件均能单独损坏及其由此产生的一系列故障，视为“两个故障”。1.2.2 本质安全型电气设备的防爆原理 电流所产生的电火花、电弧和电热是导致爆炸性气体混合物爆炸的主要点燃源。本质安全型电路的防爆原理是通过限制电路的电气参数或采取保护措施，削弱电流产生的热效应及火花、电弧的放电能量，使电路系统无论在正常操作或故障状态下，产生的火花和热效应都不能点燃爆炸性气体混合物。 电路本身的电能引爆表现为火花引爆或热引爆。热引爆也就是被电流加热的导体的灼热表面所引起的爆炸。与电火花引爆相比，热引爆很少发生。对沼气-空气混合物，热点燃温度至少在600以上，除白炽灯丝和热传感元件外，很少会造成这样的高温，所以我们主要考虑电火花引爆问题。 一、电路放电火花 电路的放电火花，是电气设备在实际运行中由于开关的触点开闭和电路绝缘损坏造成短路而引起的。在研究放电火花的规律性时，由于电路绝缘损坏造成的短路而产生的电火花相当于触点闭和而产生的电火花，因此只需研究触点开闭时的放电火花。 电路切换时产生的电火花是电流能量和电路中储能元件向通断电极间隙的放电现象（释放能量）。电火花实际上是电路的电子流和电极间气体电离的离子流形成的导电带。它夹杂着熔融金属粒子和蒸气（又称液态金属桥），在极高的电流密度作用下产生高温。当其能量超过爆炸性混合物的最小点燃能量时就会引起爆炸。 一般认为电路放电有下面三种基本形式： 火花放电一般是低电压大电流放电，如本安电路中的电容放电、化学电源放电等； 弧光放电高压击穿产生的放电，可产生持续电弧，电流密度大，能量集中，有很强的点燃能力。如电感电路一般都能产生弧光放电； 辉光放电发生在高电压、小电流的条件下。一般认为电压在200300V以上才产生辉光放电。辉光放电能量不集中，散失大，不易造成点燃。 二、最小点燃电流、最小点燃电压和最小点燃能量 1、最小点燃电流、最小点燃电压 最小点燃电流和最小点燃电压是防爆检验单位在规定的试验条件下（最易点燃的放电方式，最易点燃的介质浓度）通过大量火花试验确定的点燃爆炸性气体的临界参数。 （1）最小点燃电流：在规定的试验条件下，对电阻电路和电感电路用火花试验装置进行3000次火花试验，能够产生点燃的最小电流。此电流降低5%即不可能点燃。 （2）最小点燃电流比：各种气体或蒸气与空气的混合物的最小点燃电流同沼气-空气混合物的最小点燃电流之比。 （3）最小点燃电压：在规定的试验条件下，对电容电路用火花试验装置进行3000次火花试验，能发生点燃的最小电压。此电压降低5%即不可能点燃。2、最小点燃能量在特定试验条件下（最易点燃的放电方式，最易点燃的介质浓度）电路放电火花能产生1/3000机率的点燃爆炸性气体混合物的最小能量，称为最小点燃能量。 最小点燃能量的概念是研究本质安全电路性能的基本概念，最小点燃能量的数值是爆炸性气体混合物级别的标志。由于最小点燃能量的测定是通过专门的试验装置，在十分理想的条件下由高压电容器放电实现的，试验排除了各种人为因素和设备差异的影响，因而数据的准确性较高。 三、影响放电火花点燃能力的因素 影响电路放电火花点燃能力的因素很多，如：爆炸性气体混合物的成分、浓度、温度、湿度、流速，电路的电气参数（电压、电流、电感、电容等）都对电火花点燃能力产生影响。 1、爆炸性气体混合物成分和浓度对电火花点燃能力的影响 爆炸性气体混合物的成分和浓度对电火花点燃能力有十分明显的影响。例如：沼气-空气混合物的最小点燃能量与氢气-空气混合物相差10倍以上。对同一种爆炸性介质，不同浓度最小点燃能量相差也很大。当浓度超过一定限度，即使能量在大也不发生引爆。各种爆炸性介质都存在一个最易点燃的浓度，例如电火花最易点燃的沼气浓度是8.5%，热表面最易点燃的沼气浓度是7.5%。 2、爆炸性气体混合物的温度、湿度、流速对点燃能量的影响 爆炸性气体混合物的初始温度越高所需点燃能量越小；湿度越大，越不易点燃；流速越高越不易点燃；静止的沼气比流动的沼气更容易点燃。 另外，电极触头的材质、形状、分断和闭和的速度等亦对电火花的最小点燃能量有影响。 四、本质安全型电路采取的安全措施设计本质安全电路就是合理选择电路的参数，使电路在正常和故障情况下流过的电流不超过相应条件下的设计最大允许电流，由于设计最大允许电流正比于最小点燃电流，所以电路的电压越高，电感越大，其设计最大允许电流越小。为了提高本质安全电路的工作电流，增加电路工作的可靠性就需要采取措施来降低电路的工作电压和电感。为此，常采取以下措施：（1）在合理选择电气元件的基础上，尽量降低供电电压，并采取措施防止危险电压的出现；（2）增大电路中的电阻或利用导线的电阻来限制电路中的电流；（3）并联电阻或二极管等保护性元件消耗掉断开电路时电感元件所释放的储存能量；（4）对于能影响本质安全电路安全性能的非本质安全电路采取可靠的隔离措施。1.2.3 本质安全型电气设备的部件 一、本质安全型电气设备的电源 电源是本质安全型电气设备的重要部件，要设计本安型电气设备首先要从设计本质安全电源入手。 本安型电气设备的电源有两种基本类型：独立电源和外接电源。 独立电源有干电池、蓄电池、光电池、化学电池和手摇发电机等。 外接电源是从动力电网引入，经变压器再整流后的直流电源。 本安型电气设备的电源应以最严重的事故情况考虑，即电源的短路电流不应超过设计最大允许电流，该短路电流值应按可能出现的最高电源电压计算。如电源是蓄电池应按充足电后的电势计算；如为外接电源，则变压器电压应按高于网路额定电压值10%计算。 二、保护性元件（组件） 在本安型电气设备及其系统中，采用保护性元件的目的是为了解决电气设备及其系统中由于个别电路的电流太大或电路中电感、电容元件的储能太大而达不到本安性能要求时所采取的一种安全措施。它是减小电路火花提高本安设备输出功率的重要途径。保护性元件（组件）常用于电源输出或含有电感、电容储能元件的电路中。 常用的保护性元件可分为限流元件、分流元件、限压元件及隔离元件等四种。 三、安全栅 安全栅又称为安全保护器，也是一种保护性组件。它是设置在非本安电路与本安电路之间的限流、限压装置，其作用是防止非本安电路的危险能量窜入本安电路，起保护作用。安全栅在电气系统中是一个特殊组件，能将安全场所中的非本安型电气设备与危险场所中的本安型电气设备连接起来使用。 安全栅一般设置在安全场所或隔爆外壳中。安全栅属于关联电气设备，其输出端以下为本安电路。 安全栅的种类很多，常用的有两种： （1）稳压管式安全栅； （2）三极管式安全栅； 安全栅有两个作用： （1）不妨碍信号传递； （2）有效地控制能量。 四、关联设备 关联设备就是在电气系统中有一部分不能或没有必要做成本安型，但其电路参数又会影响与其连接的本安电路安全性能的那些设备。 在煤矿井下最常见的关联设备有通讯、信号或自动控制等装置的隔爆兼本安型电气设备。例如：扩音电话由电源箱及电话机组成，电源箱包括电源变压器、整流、滤波、稳压电路及短路保护电路等，这些部件都是无法做成本安电路的，因此要做成隔爆兼本安型的电源箱；而电话机是属于本安型的，不需再加隔爆外壳，可直接用在有可燃性爆炸性混合物的环境中。我们把电源箱这部分叫做关联设备。如果关联设备置欲地面，可以是一般型的。如果关联设备置于井下危险场所，则应采取防爆措施，通常采用隔爆外壳。 由于在关联设备中本安电路和非本安电路是共存的，同时这两种电路之间有着电气的联系，因此在设计关联设备时要注意到非本安电路的影响，这就需要对两种电路采取可靠的隔离措施。 在关联设备的接线盒中，如果本安电路的接线端子与非本安电路接线端子同时存在，其间隔距离须在50以上，否则应在两种电路接线端子间加置固定式隔板隔开，以防接线头掉落时两种电路的接线头相碰。另外在布线时不要把两种电路的接线端子上、下布置，避免上面接线头掉落在下面的接线端子上。1.2.4 本质安全型电气设备的结构要求 本质安全型电气设备的防爆性能不仅取决于电路的电气参数，而且要有结构上的保证。除了防止电火花的点燃外，还需防止设备及元件的表面温度、外壳的静电火花及摩擦火花可能引起的点燃。对于本质安全电路与非本质安全电路并存的复合式本质安全型电气设备，必须采取结构上的措施，防止由于本安电路与非本安电路的碰触、漏电、击穿等原因使非本安电路的危险能量窜入本安电路。这里只对结构的主要要求加以介绍。 一、导线极其布置 1、导线截面的选择 为了防止导线载流过大，造成温升过高出现危险的表面温度，导线截面的选取应留有充分的余量。如果本安电路用连接导线的电流小于表5-5的规定值时，可不对导线进行温度试验表5-5 铜导线截面积与允许最大电流导线截面积（mm） 0.017 0.03 0.09 0.19 0.28 0.44允许最大电流（A） 1.00 1.65 3.30 5.00 6.60 8.30 2、导线的绝缘 本安电路内部导线的绝缘应能承受2倍电路的电压，且不低于500V介电强度试验。 同一外壳中的非本安电路的导线绝缘应能承受2U+1000V电压，但不低于1500V的介电强度试验（U为二电路电压之和）。 本安电路与设备机架之间的绝缘，或与接地部分之间的绝缘应能承受2倍本安电路电压，且不低于500V的介电强度试验。 本安电路与非本安电路之间的绝缘应能承受2U+1000V电压，但不低于1500V的介电强度试验（U为二电路电压之和）。 3、元件的安装 电气设备内本安电路元件和连接导线应牢固安装，不得由于运输、工作振动等造成元件损坏，或使电气间隙和爬电距离减小。使用树脂胶封时，注意不要损坏元件和导线。 本安电路与非本安电路的绝缘导线应分开布置。 二、电气间隙和爬电距离 电气间隙是指两个裸露导体之间的最短空间距离。爬电距离是指两个导体之间沿绝缘材料表面的最短距离。 由于煤矿井下环境条件较差，空气潮湿，煤尘较多，如果裸露的带电零件之间或它们对地之间的电气间隙过小就容易击穿放电。如果爬电距离过小，由于支撑裸露件的绝缘件本身具有吸水性和表面附着粉尘，会降低绝缘零件的表面电阻，产生较大的漏电流，是绝缘表面炭化最终导致短路。因此对电气间隙和爬电距离有明确规定。 复合式本质安全型电气设备的本安电路与非本安电路裸露导体之间的电气间隙和爬电距离不小于表5-6的规定值。在导体或元件容易发生移动的部位，其电气间隙和爬电距离应适当加大。表5-6 本安电路与非本安电路裸露导体之间的电气间隙和爬电距离1 额定电压峰值（V）60 90 190 375 550 750 1000 1300 15502 爬电距离（） 3 4 8 10 15 18 25 36 403 绝缘涂层下的爬 1 1.3 2.6 3.3 5 6 8.3 12 13.3 电距离（）4 相对泄痕指数 ia 90 300 (V) ib 1755 电气间隙（） 3 4 6 6 6 8 10 14 166 胶封中的间距 1 1.3 2 2 2 2.6 3.3 4.6 5.3本安电路的裸露导体与地之间及本安电路裸露导体之间的电气间隙和爬电距离，如果击穿后影响本安性能时也须不小于表5-6的规定值。若上述裸露导体之间的电气间隙和爬电距离小于表5-6规定值时，可将该部位用绝缘材料胶封。胶封后的电气间隙和爬电距离可按表5-6中第6项的规定。印刷电路板表面应有绝缘涂层，当涂层的涂覆不少于二次时，其爬电距离采用表5-6第3项数值。三、 外部电缆的分布参数煤矿井下应用的本质安全型遥控、遥测、通讯系统中使用大量的长距离电缆，因此存在一定数量的分布电感和电容，其附加的储能在电路放电时将放出能量，这就不同程度地增加了点燃井下沼气的危险性。因此，对外接电缆的分布电感和电容应加以限制，特别是在传输电缆很长，对本安性能有影响时，应限定其分布电容、电感或电感与电阻的比值L/R。四、外部连接（1）本质安全型电气设备和关联设备如果需要与外部电路连接时应设接线装置，其接线端子应设在单独接线盒内。如果不能满足以上要求，本安电路接线端子与非本安电路接线端子极其引线可以设在同一接线盒内，但是应符合前面关联设备有关接线盒的规定。（2）本安电路可用单独的插接件进行连接，也可与非本安电路用同一插接件，但电气间隙与爬电距离不小于表5-6的规定。插接件应有防止误插接和互换的结构，并有防止拔脱的措施。五、电路接地矿用电气设备的本质安全电路一般不允许利用地线作为回路，这是考虑到煤矿井下接地芯线与动力芯线用同一根电缆，有漏电流存在，可能破坏本质安全电路的安全性能。如果为了井下电网的安全运行，必须用接地线实现绝缘监视或接地保护的可以例外（如漏电闭锁电路）六、铭牌和标志本安型电气设备极其关联设备应在外壳明显处设置铭牌。1、关联设备的铭牌关联设备铭牌除符合GB3836.1-83第30章规定的内容外还须增加以下内容：（1）最高允许电压；（2）最大短路电流；（3）最高开路电压；（4）外部连接导线或电缆的允许分布电容、电感或电感与电阻的比值L/R。2、本质安全型电气设备的铭牌本质安全型电气设备铭牌除须符合GB3836.1-83第30章规定的内容外还须增加以下内容：（1）关联设备型号、规格；（2）电池型号、规格。3、标志复合式本质安全型电气设备分别在不同防爆型式的外壳上标出相应的防爆型式，至少在设备铭牌上标出防爆标志。例如本设计中的EXdibI即为隔爆兼本安电气设备的防爆标志。1.2.5 防爆电气设备隔爆面的冷磷化在煤矿井下大量使用着各种类型的防爆电气设备，而且大部分是隔爆型设备。隔爆型设备之所以能防爆，其主要是设备外壳的隔爆面有隔爆能力。因此，隔爆型电气设备的隔爆是非常重要的环节，决不能因隔爆面失爆而引起矿井爆炸事故。由于煤矿井下水多，设备安装的环境潮湿，一般钢制零件容易生锈，尤其是隔爆面的锈蚀，对隔爆性能危害很大。为此如何进一步保护好设备隔爆面问题成为煤矿设备管理的一项重要工作。电气设备隔爆面的冷磷化处理，就是在金属表面用磷酸盐溶液进行金属磷化，使其表面形成一层磷化薄膜来防止井下各种有害气体对金属表面的锈蚀，起到保护隔爆面的作用。用这种冷磷化方法处理过的金属表面具有以下几点：（1）化学稳定性能较高。在空气、润滑油、炼油甲苯一类物质中，不易发生化学反应，有效的防止薄膜下面的金属表面发生氧化作用，不再引起锈蚀。（2）具有细孔结构，对油类或涂料具有粘附性。所以磷化后的金属表面可以按规定再涂以防锈油，则防锈蚀效果更好。（3）磷化后的金属部件，机械性能有所增强。对机械性的磨损能起到一定的保护作用。（4）磷化厚度约为01050107mm，对零件的尺寸影响很小，不妨碍隔爆面的隔爆间隙。（5）遇到300以上高温时，抗锈蚀性能则降低。所以设备在磷化后，不要在其周围再施以电焊一类的工作。用磷化膏磷化隔爆面的工艺过程如下：（1）把需要磷化的部件、部位的金属表面首先用汽油洗掉隔爆面上的油脂，并擦净油污，做到无油污，无锈痕，露出金属本色。（2）将磷化膏先在处理好的金属表面上迅速地涂上薄薄的一层，然后再均匀的加厚至25mm，并用手捶轻轻的震动，使金属表面上的磷化膏平整，并能消除磷化膏中的气孔、气泡。（3）掌握温度在1020之间，其磷化时间约为105135min，温度高时磷化时间要短一些，温度低时，磷化时间要长一些。（4）磷化时间及效果优劣与被磷化的物质材料性质有关。同样是低碳钢也有软、硬的区别。当薄薄的涂上一层磷化膏后，观察磷化面的颜色。如呈浅粉红色，说明钢材较硬，适合磷化，大约需要2h即可将磷化膏擦掉。如呈现浅灰色，说明是短磷现象，磷化时间过长了。只有呈现浅粉红色，才属正常现象。（5）磷化后，须用较软的材料（如木板、竹片）制成刮刀，将磷化膏刮去并用水清洗干净，金属表面呈现出一层棕色而均匀的磷化膜，擦干磷化面，磷化过程即告完成。（6）磷化完成后，可在磷化面上涂一层防锈油，则对于保护设备隔爆面更为有效。第四章 水压试验机的设计4.1 水压试验机的组成及工作原理 水压试验机是为检验控制箱静态强度试验所用的专用设备。它的组成主要有小车，大水箱、小水箱、电机、水泵和一些管件阀门等。由于本水压试验机只用于单件检验控制箱静态强度且为小型的，因此我选用的是电机和水泵为一体的单相自吸水泵。由于电机是单相运转，为了能使水箱中的水能进入控制箱进行水压试验，并能在试验完毕后控制箱中的水再回到水箱，我选用了四个阀门来实现这个功能。具体工作原理如下所述： 如图4-1所示，1为水箱，2为控制箱，A、B、C、D为四个阀门，E为单相自吸水泵，当要将水箱中的水注入控制箱时，则须把阀门B和阀门D关闭，使水经过阀门A和阀门C进入控制箱。然后进行水压试验，当试验完毕后，则将阀门A和阀门C关闭，使阀门B和阀门D打开，水就会从控制箱中再次回到水箱。4.2 水压试验机的工作过程 将控制箱中注水，然后加压，试验压力应为参考压力的1.5倍，但不应小于350KPa。如果不能测得参考压力则按1MPa进行试验。在水压试验中，压力加到所要求的试验压力时，应在这个压力下停留1分钟。试验中外壳不连续滴水，试验后外壳无残余变形为合格。试验完毕后，将控制箱中注入的水排净。4.3电机、水泵、管件及阀门的选型设计 由于本水压试验机是用于单件小型检验控制箱，因此我在设计中选用的是电机和水泵为一体的单相自吸水泵。其功率为370W，扬程为28m，电压为220V，流量为3m/h，频率为50HZ。弯头、三通、四通的公称直径为20。总结本毕业设计论文主要讲述了如何设计矿用自动风门系统中隔爆兼本质安全型控制箱及水压试验机。通过对矿用自动风门系统中隔爆兼本质安全型控制箱及水压试验机的设计，我大概的了解了矿用自动风门的分类，风门系统的组成。由于我主要设计的是控制箱和水压试验机，因此对这两种设备有了比较深的了解。当然，在设计当中曾遇到很多的问题，不过都在同学和老师的帮助下解决了。在解决问题的同时使我学到了不少知识致谢本毕业设计从开始到定稿，历时数月。在本论文完成之际，首先要向我的导师袁红兵老师致以诚挚的谢意。在设计和论文的写作过程中，袁老师给了我许许多多的帮助和关怀。袁老师学识渊博、治学严谨，待人平易近人，在袁老师的悉心指导中，我不仅学到了扎实的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多；同时她对工作的积极热情、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，使我受益非浅。在此我谨向袁老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事另外，衷心感谢我的同窗同学们，在我毕业设计和论文写作中，与他们的探讨交流使我受益颇多；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我再次深表谢意。学无止境。明天，将是我终身学习另一天的开始。参考文献1 机械设计手册（第2版） 机械工业出版社（徐瀛主编）2 机械设计手册（第2版） 化学工业出版社3 机械原理（教材）4 机械设计（教材）5 材料力学（教材）6 煤矿电工手册 煤炭工业出版社7 GB3836.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 通用要求8 GB3836.2-2000 爆炸性气体环境用电气设备 隔爆型电气设备“d ”9 GB3836.4-2000 爆炸性气体环境用电气设备 本质安全型电气设备“i ”10 测试技术（教材）11 PLC设计资料外文原文Mining Electrical EquipmentsMining Electrical EquipmentsElectrical apparatus and equipment used in mines excepting lighting equipment, fall into two classes, viz.:(1)low-power units, such as signaling apparatus (bells, relays transformers and batteries),telephones, shot-firing apparatus(exploders)and pilot-circuit apparatus for use in remote-control systems.(2)Normal power plant including motors, switchgear, controllers, etc.There two classes of apparatus differ considerably in the means which can be to different kinds of tests before being certified for use in mines.Intrinsic safety. Apparatus in class(1)can be rendered intrinsically safe; that is to say, it can be so constructed as to be incapable of giving rise to sparks or break flashes which will ignite an inflammable mixture of firedamp and air under any conditions likely to arise in practice.To illustrate this, consider first the case of a signal bell and circuit operated by bare wires .Everyone will have observed that when such a bell is operated, sparks occur both at the trembler contacts of the bell itself and at point in the bare wires from which the signal is given. If an ordinary bell were used, such as those used for house signals, the sparks both at the bare-wire contact point would be capable of igniting a surrounding inflammable mixture .If, however, we limit the operating voltage and in addition incorporate within the bell some modification or device which reduces the intensity of the sparks produced, or “damps” the sparks, it is possible to make the sparks or break flashes so weak that they are incapable, in normal working, of igniting even the most easily ignited mixture of firedamp and air. Such an apparatus is said to be “intrinsically” safe and may be used in any position, even for use with bare-wire signaling. Intrinsic safety dose not imply that the break flash has been entirely eliminated, but that it has been so reduced intensity that danger of ignition even under the worst possible conditions that may be encountered, is reduced to the minimum if not entirely eliminated.Flameproof Electrical Apparatus. Sparks from electric-pressure units already mentioned. They possess more energy, and unfortunately it is not possible to suppress or reduce these sparks to such an extent as to render them incapable of igniting an inflammable firedamp-air mixture. It may be taken for granted that in the absence of proper precautions, all sparks from such plant, motors, switchgear controllers, etc. will ignite gas, even when they are very small and are not very bright in appearance.Therefore to avoid the danger of explosions arising from these sparks proper precautions must be adopted and in practice only apparatus which has been proved by tests to be safe and certified as flameproof is allowed to be used in coal-mines where danger from firedamp may arise.At first sight it may appear that a sure way to prevent the sparks from electrical apparatus causing an explosion would be to enclose the apparatus in a strong gastight casing, which would not allow the explosive mixture to come into contact with the sparks, It is, however, almost impossible to make the casings of electrical equipment gastight and quite impossible to guarantee that they would remain so in use. The casings must be so made that they can be opened for inspection, testing and repair. This means that there must be joints between the casings and covers, and sooner or later firedamp, if present in the surrounding atmosphere, will find its way through the best of joints, however close fitting these may be made. Passage of air and gas in and ort of the casing occurs, not only as a result of diffusion which is always active, but also by what is known as “breathing”due to differences in temperature. Thus, when apparatus is heated up, the air inside the casing expands, and some of it is forced out, whereas when the apparatus cools down again the air within contracts and air containing firedamp, if present, is sucked in from the outside.Since, therefore, for various reasons firedamp may at some time or other be present in the atmosphere where the apparatus is to work and may find its way into the casing, and since we cannot prevent sparking inside the casing nor suppress the sparks sufficiently to prevent them igniting the firedamp, we must construct in such a way that flame cannot pass to the outside of the casing.To ensure this the casing must be strong enough to withstand the force or pressure of any ignition occurring within it, and must not have openings of any kind through which flame can pass.Fortunately, it is possible to construct flameproof casings for all types of mining electrical apparatus without difficulty, but in order to ensure safety, numerous requirements must be met. These requirements are based on the results of scientific research and testing, and many of them refer to details of design and construction.Explosion-proof equipmentElectrical design and construction for hazardous locations requires careful selection and installation of equipment and materials. All enclosures-motor frames, luminaire housings, cabinets for panelboards and switching devices, receptacle outlets, and conductor enclosures-must be suitable for use in the particular type of hazardous location. Strict conformity to the provisions of the National Electrical Code and reference to the “Hazardous Location Equipment” list of the Underwriters Laboratories, Inc., can effectively minimize the hazards of such application.The principal objective of all hazardous equipment design is to prevent any heat, arcs and sparks from electrical devices from igniting the highly combustible gases and particles which are normally present in areas classified as hazardous. ClassificationsArticles 500 to 517 of the National Electrical Code cover general and specific requirements on wiring in hazardous locations. The basic idea behind these requirements is that parts of electrical systems in or passing through areas where flammable gases, combustible dusts or ignitable fibers or flying are or may be present must be of such construction that arcs or sparks cannot be transmitted out of the equipment or conductor enclosures to cause ignition of any hazardous atmospheric mixture. In setting up its rules, the Code divides hazardous locations into three classes which cover the range of hazardous atmospheres, as follows;CLASS 1 LOCATIONS-those in which flammable gases or vapors are or may be present in the air in quantities sufficient to produce explosive or ignitable mixtures.Such locations are further subdivided according to the characteristics of the type of gas or vapor which produces the hazardous atmospheric mixture .This breakdown is made for the purpose of testing and approving equipment for application in specific atmospheres. Underwriters Laboratories tests and approves Class 1 equipment for atmospheres-Group A, acetylene; Group B, hydrogen; Group C, ethyl-ether, ethylene or cycle-propane gases;Group, D, gasoline, naphtha, benzene,butane,propane,alcohol,acetone,lacquer solvent vapors or natural gas.When a hazardous location has been determined as Class 1 and the group designation has been determined by the particular atmosphere, the location must then be identified as either Division 1 or Division 2.This further distinction indicates the degree of the hazard. Division 1 locations have hazardous concentrations of the gas or vapor continuously, intermittently or periodically under normal conditions. Division 2 locations are those in which the volatile liquids or gases are handled in closed containers or closed systems and are, therefore, less hazardous locations than Division 1.CLASS II LOCATION-those where the presence of combustible dusts present a fire or explosion hazard. Based on the type of dust, equipment for such locations are further designated-Group E, metal dusts; Group F, carbon black, coal or coke dust; Group G, flour, starch or grain dust.CLASS II, Division 1 locations are those where the dust is not in suspension but where it may collect on electrical equipment and produce a fire hazard.CLASS III, LOCATION-those where easily ignitable fibers or flying are present but not likely to be suspended in the air in quantities sufficient to produces ignitable mixtures .In this class, Division 1 locations are those where ignitable fibers or materials producing combustible flying are handled, manufactured or used. Division 2 locations are those where such fibers are stored or handled. There are no group designations for Class III locations. Application Equipment used in Class I and Class II loc