非标防爆铁箱的设计原理和要求

所谓非标防爆箱，即指不按照行业标准要求进行加工制造的防爆箱体，目前在电力工程、矿业工程中得到了广泛的应用。

防爆箱设计是防爆箱制造加工的前期工作，其设计质量对防爆箱体的后期制造质量有直接影响，箱体设计不当，制造工艺必定会遭受影响，进而导致箱体质量与性能降低。

因此在防爆箱制造加工前期，务必要做好防爆箱体的设计，确保其设计可行性。防爆控制箱为例，对该类型防爆箱体的设计技术作详细分析。

一、非标防爆箱的定义与特点

工业领域中，非标防爆箱按照用途、功能不同进行分类，可细分为防爆控制箱、防爆配电箱以及防爆配电柜三类。此三类设备均可在煤矿井下作业中加以应用。

非标防爆箱在实际应用中主要具有以下几大特点，即：箱体外形美观，一般由钢筋焊接成型，也有的由铝合金外壳压铸而成；

箱体本身具有极好的过载与短路保护作用；箱体安装施工时，所采用的布线方式既可是钢管布线，也可是电缆布线；箱体应用到实际工作中，其型号、功能要按照用户需求进行设计。为了进一步提升防爆箱的实用价值，可以根据用户的定制要求，在线路中加装电涌保护器、电压表等。

二、非标防爆箱的隔爆原理分析

非标防爆箱可以在煤矿井下作业中加以应用，达到煤矿井下作业防爆效果。结合非标防爆箱的基本特征对其隔爆原理进行分析，发现非标防爆箱之所以能起到防爆隔爆作用，其原因在于：电气设备在运行使用过程中会产生高温与火花，如果设备内部因火花影响而产生爆炸，爆炸混合气体向外流窜，路径外壳的隔爆接合面时，该接合面能防止爆炸混合物燃烧并形成火焰反应带。

另外，防爆箱的防爆外壳还能主动承受住设备内部所产生的爆炸气体的引爆压力，让内部火花因无法与外部接触而熄灭，致使设备温度降低，达到防爆效果。非标防爆箱应用到工程实践中，即使设备内部发生了注入短路、爆炸等故障，防爆箱也能将这些故障隔绝在箱体内部，防止危险外泄。

三、防爆箱体的设计

防爆箱体设计的前提基础建立在隔爆原理上，设计时必须结合防爆箱隔爆原理，设计方案，保证防爆箱设计方案的可行性。设计过程中，防爆箱结构以及隔爆面参数是需要熟练掌握的两大设计重点，设计要尽量满足防爆箱的隔爆标准要求，通过设计防爆箱结构来提高箱体的防爆效果，使其隔爆功能能得到充分发挥。另外，防爆箱设计还需做好箱体强度校核、爆炸压力确定、箱体隔爆性能完善等工作，要将电缆布设并引入到防爆箱体中，重点控制好箱体外壳的结构强度。

1、设计中做好箱体外壳的强度校核

防爆型控制箱有圆形的和方形的,为了加工制造方便,大部分采用方

形的控制箱。对于圆形控制箱,根据公式进行强度校核:，下表1为防爆箱体的焊缝系数。对于方形控制箱,在设计中一般用计算惯性矩的方法进行强度校核。设计时先计算出需要校核的一侧箱体的惯性矩J,继而计算出应力σmax ,当zui大应力≤材料许用应力 时,设计壁厚满足强度要求。

2、隔爆结构要求

煤矿井下用隔爆型控制箱属于I类设备,其隔爆结构设计要严格遵守国家关于I类电气的设计标准和要求。在隔爆型控制箱的设计中关键是隔爆接合面的设计。隔爆接合面的表面粗糙度Ra不得超过6.3微米。隔爆接合面的小宽度不能低于表2规定值,大间隙不能超过表2的规定值。

如果操纵杆和轴超过了表2规定的小接合面的宽度,其接合面和宽度应不小于操纵杆和轴的直径,但不必大于25mm。

若在正常使用中使用间隙可能因磨损而增大时,则应采取措施如采用可更换的衬套来避免间隙无限增大,在特殊情况下,还应增设一个在正常使用中不易磨损的封盖。控制箱内或直接引入的接线端子部分的电气间隙和爬电距离应符合GB3836.3-2000的有关规定。

对于螺纹接合面,螺纹精度要不低于3级,螺距大于或等于0.7mm,其小啮合扣数、小轴向啮合距离要满足相关规定。隔爆螺纹接合面须有防止自行松脱的措施。

3、箱体材质

采掘工作面用电气设备用的隔爆型控制箱体外壳必须采用钢板或铸钢制成。其他零部件或装配后外力冲击不到的及容积不大于2000cm3的箱体外壳,可用牌号不低于HT250的灰铸铁制成;非采掘工作面的电气设备的隔爆箱体外壳可用牌号不低于HT250的灰铸铁制成。

虽然标准中做如上规定,但是考虑到箱体的安全性能,建议非铸造壳体采用Q345钢板作为壳体材料,既保证了强度又有较好的焊接性能。

4、电缆引入装置

应用于煤矿的I类控制箱的电缆引入装置一般为压盘式和螺纹式连接,无论哪种方式连接的引入装置都不应有尖锐棱角,以防损伤电缆。设计电缆引入装置时应采取措施防止电缆受拉或扭转时损坏接线端子。

电缆引入装置装配到电气设备上时,其结构和固定不应损害电气设备的防爆特性。引入装置安装后应只有用工具才能拆卸下来。可弯曲电缆进线口应有一个至少为75度的圆弧(俗称喇叭口),半径至少为允许使用电缆大直径的14,但不必超过3mm。

四、结束语

综上所述，非标防爆箱目前已经在煤矿井下作业中有了极为广泛的应用，其所具有的隔爆与防爆功能使其应用优势大增，受到了研究界人士的高度关注。

在本篇文章中，笔者重点结合防爆箱隔爆原理，对其箱体的设计技术要点做了详细论述，得出了结论，希望这一系列结论能为同行工作提供参考。