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工廠隔爆型照明燈具的原理和設(shè)計(jì)
2015-11-19 211
1 概述
隨著石油、化工等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，照明燈具在生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、救援中的使用越來(lái)越廣泛，品種越來(lái)越多。
在爆炸性氣體危險(xiǎn)場(chǎng)所里如何防止照明燈具事故性爆炸的發(fā)生已經(jīng)成為十分重要的課題。由于照明燈具在工作時(shí)不可避免地產(chǎn)生電火花或形成熾熱的表面，它們一旦與生產(chǎn)或救援現(xiàn)場(chǎng)的爆炸性氣體混合物相遇，就會(huì)導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生，直接危及國(guó)家財(cái)產(chǎn)和公民的生命安全。
因此，作為使用廣泛的照明燈具，它的防爆技術(shù)問(wèn)題早已引起了人們的普遍關(guān)注和高度重視。
2 隔爆型的原理
根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13463-1：2002《爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備第1部分：基本方法與要求》的防爆概念和防火類(lèi)型，隔爆型是采取措施允許內(nèi)部爆炸并阻止火焰?zhèn)鞅囊环N防爆型式，是常用的一種防爆類(lèi)型。由于這種防爆類(lèi)型的燈具外殼一般使用金屬材料制造，散熱性好，外殼強(qiáng)度高和耐用性好，很受用戶歡迎。而且，許多增安型防爆燈具部件，如燈座、聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)等，也采用隔爆型結(jié)構(gòu)。
具有隔爆外殼的電氣設(shè)備稱為隔爆型電氣設(shè)備。如果爆炸性氣體混合物進(jìn)入隔爆外殼并被點(diǎn)燃，隔爆外殼能承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼周?chē)ㄐ曰旌衔飩鞑ァ＿@是一種間隙防爆原理，即利用金屬間隙能阻止爆炸火焰的傳播和冷卻爆炸產(chǎn)物的溫度，達(dá)到火焰熄滅和降溫，抑制爆炸的擴(kuò)展的原理設(shè)計(jì)的一種構(gòu)造（見(jiàn)圖1）。
3 隔爆燈具的設(shè)計(jì)
在進(jìn)行隔爆燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，制造者往往重點(diǎn)放在隔爆外殼的外形和強(qiáng)度設(shè)計(jì)上，卻往往忽略了與外殼構(gòu)成整體的緊固件、引入裝置、透明件、懸掛裝置、標(biāo)志等其它器件的設(shè)計(jì)。
下面，根據(jù)GB3838.2-2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第! 部分：隔爆型“d”》的要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面來(lái)分析需要注意的一些問(wèn)題：
⑴外殼緊固件
用螺栓緊固的的隔爆外殼有二種型式：平面和止口。對(duì)于平面結(jié)構(gòu)，螺栓不僅起緊固作業(yè)，還要保證平面間隙。對(duì)于止口結(jié)構(gòu)，當(dāng)隔爆面只考慮圓筒部分時(shí)，螺栓只起緊固作用；當(dāng)隔爆面需要考慮圓筒加平面時(shí)，螺栓不僅起緊固作業(yè)，同時(shí)起保證平面部分間隙作用。
當(dāng)在外殼上直接攻螺紋時(shí)必須注意：緊固件螺孔盡量不要穿過(guò)隔爆外殼，穿過(guò)外殼時(shí)螺孔底部應(yīng)留有3mm以上的余量；在使用鋁合金等輕合金材料作隔爆外殼時(shí)，由于鋁合金強(qiáng)度較低，因此，經(jīng)常打開(kāi)（如更換光源需要打開(kāi)）的隔爆外殼上使用螺釘緊固時(shí)，不應(yīng)在鋁合金外殼上直接攻螺紋，應(yīng)通過(guò)預(yù)埋防松的內(nèi)外螺紋鋼套，來(lái)增加螺孔強(qiáng)度，并防止因螺紋爛牙而失效；不需要用戶在更換光源中或維修時(shí)打開(kāi)，且出廠時(shí)已經(jīng)安裝好的螺栓，可以在外殼上直接攻緊固螺孔，但是不能使用細(xì)牙螺紋，盡量使用粗牙螺紋，且有足夠的嚙合扣數(shù)來(lái)滿足緊固要求。
總之，在設(shè)計(jì)外殼緊固件時(shí)，應(yīng)首先分清其在隔爆外殼中的作用，是只起緊固作用，還是既起緊固同
時(shí)還起保證平面間隙的作用，然后確定螺栓的軸向載荷選用合適的螺栓。
⑵引入方式與引入裝置
燈具電纜和導(dǎo)線的引入可以按下述二種方法進(jìn)行連接：a）間接引入，用接線盒或插接裝置連接的方式；b）直接引入，將電纜和導(dǎo)線直接接入主外殼的連接方式。
值得注意的是，密封圈老化或壓不緊的情況下可以直接產(chǎn)生燃燒或傳爆。因此，在正常工作時(shí)產(chǎn)生危險(xiǎn)火花、電弧或危險(xiǎn)溫度且外殼容積大于2000cm3或GB3836.1《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：通用要求》第4條劃為ⅡC級(jí)的防爆燈具，不適合采用彈性密封圈壓緊式直接引入方式。盡管GB3836.2沒(méi)有對(duì)此說(shuō)明，GB3836.15-2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第15部分：危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣安裝（煤礦除外）》對(duì)此作出了規(guī)定。
通過(guò)引入裝置引入到燈具的電纜，從安裝到使用整個(gè)過(guò)程中，如果有可能受到拉力，引入裝置的壓緊螺母上或靠近引入裝置的燈具內(nèi)部增加電纜防拔脫壓板，阻止力傳遞到接線端子上和防止電纜可能產(chǎn)生的移動(dòng)，防止電氣連接的接觸不良或失效。
燈具在設(shè)計(jì)時(shí)可能需要提供一個(gè)以上引入裝置，方便用戶不同的安裝要求。出廠時(shí)，應(yīng)將全部的引入裝置都安裝好封堵件，封堵件的結(jié)構(gòu)必須適合防爆型式?；蛘?，僅安裝一個(gè)引入裝置，將其余（引入裝置拆除后的）孔用適合防爆型式的悶頭代替。這樣，不會(huì)因多余的引入裝置忘記封堵而造成隔爆外殼的失效。
⑶透明件的安裝
防爆燈具離不開(kāi)透明件，而透明件又是外殼部件中強(qiáng)度的部件，因此透明件安裝是否可靠直
接影響防爆燈具的安全性能。下面分析一下三種常用的透明件安裝方式：
a）直接密封在外殼內(nèi)，與外殼形成一個(gè)整體。這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用、使用廣泛。密封材料應(yīng)選用耐溫、耐油的橡膠件，或使用環(huán)氧樹(shù)脂等膠粘劑將透明件密封在外殼內(nèi)并壓緊。
b）用襯墊或不用襯墊，直接將透明件緊固在外殼內(nèi)。不用襯墊時(shí)透明件接合面的平整度要求很高，一般適合小型平板玻璃且將玻璃結(jié)合部位同時(shí)磨平，不然玻璃受力不均，容易碎裂。
c）密封或膠粘在一個(gè)框架上，框架緊固在外殼內(nèi)，這樣可以將透明件作為整體更換。這種結(jié)構(gòu)在燈具中使用很少，在一些須要經(jīng)常更換透明件的大型設(shè)備上，將透明件和框架作為一個(gè)整體部件更換。透明件與框架的密封可以參考a）的型式。
在結(jié)構(gòu)上，應(yīng)盡量使透明件受到的（內(nèi)部爆炸產(chǎn)生的）力直接傳遞到金屬外殼上，通過(guò)透明件的壓板和或螺釘再傳遞到金屬外殼上是不合適的，同時(shí)，透明件安裝后不能受到應(yīng)力，這樣才能保證透明件與外殼結(jié)合可靠。
⑷懸掛裝置
燈具的安裝不應(yīng)僅靠一個(gè)螺釘。用吊環(huán)安裝、或使用鋼管直接連接時(shí)，應(yīng)另外設(shè)計(jì)一個(gè)防止扭轉(zhuǎn)松動(dòng)的措施，防止在振動(dòng)等狀態(tài)下的松動(dòng)
一般提供2個(gè)以上安裝螺釘（孔），防止旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使用鋼管直接連接時(shí)，必須提供防扭轉(zhuǎn)和防松措施。
⑸燈具的標(biāo)志
燈具的標(biāo)志不但需要提供燈具的正確安裝、使用的信息，而且要提供燈具的維護(hù)、保養(yǎng)的信息。
燈具的標(biāo)志至少包括三類(lèi)：防爆類(lèi)型標(biāo)志、警告類(lèi)標(biāo)志、銘牌。我在產(chǎn)品檢驗(yàn)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)許多產(chǎn)品的標(biāo)志不完整，應(yīng)該引起注意。
a）防爆類(lèi)型標(biāo)志
外殼應(yīng)該有永久醒目的防爆標(biāo)志，在受到化學(xué)腐蝕、振動(dòng)、沖擊等情況下都應(yīng)醒目可靠。如，在壓鑄外殼明顯處用凸紋或凹紋壓鑄出“ExdⅡCT4”
一個(gè)設(shè)備有二個(gè)或二個(gè)以上不同類(lèi)型的防爆結(jié)構(gòu)時(shí)，并且不是一體化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，如：燈具的鎮(zhèn)流器箱通過(guò)電纜或者鋼管連接燈具主體的，應(yīng)該分別標(biāo)志出各自的防爆等級(jí)標(biāo)志。
b）警告標(biāo)志
一個(gè)車(chē)間或廠房的燈具一般用多個(gè)防爆開(kāi)關(guān)分開(kāi)控制，或者一個(gè)防爆開(kāi)關(guān)控制一臺(tái)防爆燈具，因此，大多數(shù)的防爆燈具不必設(shè)計(jì)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)。但當(dāng)用警告標(biāo)志替代聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)時(shí)，在外殼能夠打開(kāi)的部位，均應(yīng)該有醒目的“斷電后才能開(kāi)蓋”字樣的警告標(biāo)志。
c）銘牌
銘牌不僅需要GB3836.1第27條的內(nèi)容，同時(shí)標(biāo)注出燈具的相關(guān)參數(shù)，如氣體放電燈應(yīng)該標(biāo)注頻率、光源功率等，滿足燈具的一般特性要求。
4 設(shè)計(jì)時(shí)如何考慮燈具的一般安全要求
大家知道，防爆燈具的特殊要求國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是GB3836系列標(biāo)準(zhǔn)，GB3836系列標(biāo)準(zhǔn)等同、等效或非等效采用IEC60079系列標(biāo)準(zhǔn)。
通用燈具的安全要求國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是GB7000系列標(biāo)準(zhǔn)，GB7000系列標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC60598系列標(biāo)準(zhǔn)。
防爆燈具是可在爆炸性氣體環(huán)境中使用的特殊燈具，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的在設(shè)計(jì)生產(chǎn)和使用防爆燈具時(shí)，僅考慮GB3836系列標(biāo)準(zhǔn)的要求，GB7000系列標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定往往被忽視。
IEC60598-1的第六版的第0章對(duì)防爆燈具還應(yīng)符合相應(yīng)的安全要求做了規(guī)定，同時(shí)我們還注意到，在IEC60079-0的2000年版在標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)頭也有相同的規(guī)定，也就是說(shuō)，在IEC標(biāo)準(zhǔn)體系中，防爆電氣特殊標(biāo)準(zhǔn)和燈具一般安全要求標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防爆燈具還應(yīng)符合相應(yīng)的安全要求的規(guī)定是完全吻合的。
IEC60598-1第0章對(duì)其與IEC60079系列標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系的表述是：“對(duì)IEC60079覆蓋的防爆燈具，除了IEC60079的要求以外， 還要符合IEC60598-1系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，當(dāng)GB7000系列標(biāo)準(zhǔn)與IEC60079標(biāo)準(zhǔn)有矛盾時(shí)，優(yōu)先考慮IEC60079的規(guī)定。”
IEC60079-0第1章第二段的表述是：“除了直接關(guān)系的爆炸危險(xiǎn)的要求以外，本標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定特殊的安全要求?！?br />
按照IEC60598-1和IEC60079-0標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，我們進(jìn)行防爆燈具的設(shè)計(jì)應(yīng)使防爆燈具符合防爆標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)符合通用燈具的安全要求。例如對(duì)一個(gè)隔爆型投光燈具來(lái)說(shuō)，除了符合GB3836.3（IEC60079-1） 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定以外，還應(yīng)符合GB7000.7（IEC60598-2-5）的要求。
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