當(dāng)電氣設(shè)備在使用時，由于導(dǎo)體電阻的熱效應(yīng)，電氣部件及線路會發(fā)熱；由于開關(guān)、繼電器等電氣元件正常工作時引起的電路通斷，會產(chǎn)生電氣火花或電弧；由于電氣部件之間的絕緣或間距不夠，不同電勢的導(dǎo)電部件之間會發(fā)生短路、擊穿等故障而發(fā)熱、產(chǎn)生電氣火花或電弧，這些在普通環(huán)境中可能僅僅引起設(shè)備故障、線路故障等，但如果在爆炸性環(huán)境中，將可能點燃爆炸性環(huán)境中爆炸性物質(zhì)而爆炸。因此，有必要采取措施，防止電氣設(shè)備引起爆炸事故。

直接的措施是，不考慮設(shè)備的工作原理、功率大小，將電氣設(shè)備都安裝在一個足夠堅固的外殼內(nèi)部，即使電氣設(shè)備引起其周圍的爆炸性物質(zhì)的爆炸，由于被外殼包裹，爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓不會擴散到整個環(huán)境中，從而不會導(dǎo)致更加嚴(yán)重的后果。

因此，這個外殼首先應(yīng)當(dāng)具有足夠的強度，以承受內(nèi)部爆炸產(chǎn)生的壓力，在GB3836.2“爆炸性環(huán)境 由隔爆外殼“d”的保護的設(shè)備”中，該隔爆外殼需要至少承受1.5倍內(nèi)部爆炸壓力。

另外，設(shè)備在爆炸性環(huán)境中使用時，外殼本身也不應(yīng)當(dāng)成為點燃源。長期的運行時，設(shè)備外部的表面不應(yīng)有足以引起點燃的高溫。設(shè)備內(nèi)部的高溫即使引起點燃，也無法傳播到外部，無需考慮其點燃風(fēng)險，但應(yīng)當(dāng)防止斷電后馬上開蓋，高溫表面的溫度還沒有下降到低點燃溫度以下，因此，有必要在外殼外部施加警告標(biāo)志，需要斷電足夠時間后方可打開蓋板。

當(dāng)外殼采用金屬材料制造時，如果受到外部的敲擊、摩擦，可能會產(chǎn)生機械火花，引起點燃。鋁、鎂、鈦鋯等輕金屬被生銹的鐵碰撞后，極易產(chǎn)生高溫的機械火花，因此,應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制金屬外殼材料中的輕金屬成分的比例。需要注意的是，雖然大部分情況下，銅及銅合金都是不發(fā)火，被其它金屬碰撞后不會產(chǎn)生高溫機械火花，經(jīng)常被用作防爆工具，但是銅可以和乙炔形成乙炔化物，受到摩擦、碰撞后，乙炔化物會劇烈燃燒，因此，如果設(shè)備預(yù)計用于有乙炔的環(huán)境，外殼材料應(yīng)控制銅的含量不超過65%。

外殼還應(yīng)當(dāng)具有足夠的穩(wěn)定性，不應(yīng)在日常使用中發(fā)生腐蝕，活性高的鋅及鋅含量超過80%的合金就不適合制造防爆設(shè)備的外殼。

當(dāng)外殼采用除玻璃、陶瓷以外非金屬材料制作時，除了需要考慮其在長期工作中，因承受高溫、低溫而引起的性能下降外，對用于煤礦井下的燈具透明件、非礦用場所的外殼，還需要考慮其因暴露在紫外線中而引起的性能下降。另外，非金屬受到摩擦后會積聚靜電，當(dāng)靜電在足夠高的電勢放電時，將點燃環(huán)境中的可燃性物質(zhì)。因此，需要避免產(chǎn)生靜電或防止靜電積聚，可以選擇防靜電材料或盡快將靜電釋放的措施來降低靜電點燃的風(fēng)險。

電氣設(shè)備在制造、使用時，不可避免地需要打開外殼進(jìn)行安裝、調(diào)試、檢修等工作，不可能將外殼焊接成一個完全封閉的整體，在外殼上就不可避免地形成了兩個不同部件接合的結(jié)構(gòu)，在接合的位置上存在著間隙，為了防止設(shè)備內(nèi)部的爆炸火焰從接合部位的間隙傳播到周圍環(huán)境中，需要對接合的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的設(shè)計。根據(jù)已有的研究，火焰沿著狹窄的縫隙傳播時，間隙越小，越能降低傳播到外部的能量，當(dāng)間隙足夠小，內(nèi)部的火焰將無法通過接合部位引起外部環(huán)境的點燃。另外，火焰通道的長度越大，對火焰能量的降低效果越好。在防爆標(biāo)準(zhǔn)中，這樣的火焰通道被稱為隔爆接合面，根據(jù)大量的試驗，得出了不同防爆等級的隔爆接合面寬度及其相應(yīng)間隙的安全值，當(dāng)接合面寬度大于這些小值、間隙小于大值，隔爆外殼是可以有效地防止內(nèi)部火焰?zhèn)鞑サ皆O(shè)備周圍環(huán)境中的。

隔爆接合面的型式主要有平面型、圓筒型、止口型、螺紋型、粘結(jié)型。無論是哪種型式，都是內(nèi)部爆炸火焰向外傳播的通道，在設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)考慮不利條件下的情況。

由于緊固方式多種多樣，平面接合面的寬度及距離的位置也有多種變化，常見的主要有外固定式、內(nèi)固定式、連通腔體固定。

圖1 螺栓從外側(cè)緊固

首先，我們來看圖1所示的常見的平蓋板通過螺栓從外側(cè)緊固在法蘭上的結(jié)構(gòu)。在這種緊固的方式中，螺孔可能是通孔或者不通孔，殼體可能在法蘭的外側(cè)，也可能在法蘭的內(nèi)側(cè)，雖然螺孔的形狀和殼體位置不相同，但是隔爆參數(shù)都是一樣的，很顯然，在這種情況下，火焰?zhèn)鞑サ耐ǖ烙袃蓚€：第一個的沿著整個平面接合面的間隙向外傳播；另一個是沿著平面接合面?zhèn)鞑サ骄o固螺栓處，從螺栓孔處向外傳播。因此，這種結(jié)構(gòu)需要控制的隔爆面參數(shù)包括：總的有效隔爆面接合寬度，孔內(nèi)側(cè)到法蘭邊緣的距離。當(dāng)螺孔是不通孔時，還應(yīng)注意GB3836.2-2010第11.7中對螺栓頭部裕量的要求，防止螺栓在不帶墊圈擰入時無法擰緊。

圖2 螺栓從內(nèi)側(cè)固定

有些情況下，需要從內(nèi)側(cè)固定蓋板，例如在圖2所示的有些變頻器的散熱器結(jié)構(gòu)中，由于散熱器熱管外面套的散熱翅片較大，無法從外側(cè)擰螺栓，這時就需要先從內(nèi)側(cè)將散熱器基板固定在過渡法蘭上，再將過渡法蘭裝配到隔爆殼體上。這種結(jié)構(gòu)里，沿著整個平面的傳播通道依然存在，但是從基板和法蘭外側(cè)邊緣向螺栓處傳播時，通道兩側(cè)都是外殼內(nèi)部，不會發(fā)生傳爆，因此這一通道不需要按照隔爆接合面進(jìn)行設(shè)計，只要符合GB3836.2-2010第11章中隔爆外殼壁的剩余厚度的要求；但是如果火焰從螺栓孔處沿著平面向過渡法蘭的內(nèi)側(cè)傳播，可以到達(dá)殼體外部，會引起外部的爆炸，因此這一通道就需要符合隔爆接合面要求。通過簡單的分析，這種結(jié)構(gòu)需要控制隔爆面參數(shù)包括：總的有效隔爆面接合寬度，孔邊緣向內(nèi)到過渡法蘭邊緣的距離。

圖3 螺栓連接兩段連通的殼體

在另外一些情況下，需要將如圖3所示兩段殼體用螺栓從內(nèi)側(cè)固定在一起，但是兩段殼體沒有被隔開，例如多回路組合開關(guān)，外殼很長，為了加工方便，制造單位往往將其設(shè)計成多段，然后裝配成一個完整的外殼。在這種結(jié)構(gòu)中，火焰?zhèn)鞑サ穆窂脚c上面的情況有些區(qū)別，火焰從螺栓孔沿著平面往法蘭內(nèi)側(cè)傳播時，內(nèi)側(cè)仍然是隔爆外殼內(nèi)部，但是向法蘭外側(cè)傳播時會達(dá)到殼體外部，這一通道就需要符合隔爆接合面要求以保證火焰不會傳播到外部引起周圍環(huán)境的爆炸。因此，這種結(jié)構(gòu)需要控制的隔爆面參數(shù)是：總的有效隔爆面接合寬度，孔外側(cè)向外到法蘭邊緣的距離。

圖4 螺栓連接兩段被隔開的殼體

當(dāng)這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一些變化時，如果需要用法蘭將如圖4所示兩個被隔開的殼體連接時，就需要考慮不同的火焰通道了，例如隔爆型電機的接線盒與機座處的隔爆接合面，在這種結(jié)構(gòu)里，火焰能夠從法蘭內(nèi)側(cè)或者從螺栓孔處向法蘭外側(cè)邊緣沿著接合面?zhèn)鞑ィ赡芤鸶舯鈿ね獠凯h(huán)境的爆炸，同時，當(dāng)火焰從法蘭內(nèi)側(cè)傳播到螺栓孔處，就會引起另外一個腔體的爆炸，因此在這種情況下，整個結(jié)合面寬度、螺栓孔邊緣到法蘭外側(cè)邊緣的距離、螺栓孔邊緣到法蘭內(nèi)側(cè)邊緣的距離均需要符合隔爆接合面的要求。

圖5 法蘭中間無螺栓緊固

有時候，法蘭會比較狹長，制造企業(yè)為了對其進(jìn)行加固，會在中間加一道加強法蘭，如圖5所示，如果這段法蘭上沒有緊固螺栓，也沒有將腔體隔成兩部分，那么這里就不需按隔爆接合面進(jìn)行設(shè)計。

圖6 同一腔體的法蘭中間有螺栓緊固

但是有些情況下，由于接合面比較大，僅靠周邊的固定無法保證爆炸時蓋板強度，因此中間法蘭上會有緊固螺栓，如圖6所示，這時就需要考慮火焰通道了，由于法蘭兩側(cè)是同一個腔體，所以整個平面接合面不需要滿足隔爆接合面寬度，但是如果火焰從法蘭邊緣沿著接合面?zhèn)鞑サ骄o固螺栓孔邊緣時，或從螺栓孔傳播到殼體外部，因此這段接合面需要符合隔爆接合面的距離。

圖7 不同腔體之間的法蘭用螺栓緊固

另外一些情況下，兩個相鄰的腔體共用一塊蓋板，如圖7所示，例如在大功率的輸送機電機上，電機腔和接線腔在上方共用一塊蓋板。這種結(jié)構(gòu)里，除了法蘭邊緣到螺栓孔的距離需要符合隔爆接合面的距離外，火焰如果沿著整個接合面?zhèn)鞑ィ矔囊粋€腔傳播到另外一個腔，從而引起該腔的爆炸，因此法蘭的有效接合寬度需要滿足隔爆接合面的寬度要求。

為了顯示電氣設(shè)備的信息或者將光源的光傳播到外部，在外殼上還需要安裝透明件，除非昂貴的聚碳酸酯等材料可以進(jìn)行鉆孔或機加工以滿足隔爆面的固定及尺寸精度要求，大量使用的鋼化玻璃是無法保證尺寸精度的，只能采取其它手段滿足隔爆接合面的要求。目前礦用設(shè)備大多采用襯墊安裝的方式，便于更換，但由于接合面間隙較大，不能保證通過II類設(shè)備的內(nèi)部點燃的不傳爆試驗。II類設(shè)備的透明件基本采用粘結(jié)接合面的方式，這種接合面中的粘結(jié)劑一般只保證密封效果，透明件需要靠機械結(jié)構(gòu)固定。目前也有特殊的熔融接合面，將玻璃融化后澆鑄在外殼或框架內(nèi)，玻璃和金屬部件之間幾乎沒有間隙，但這種工藝成本高，一般不采用。

電氣設(shè)備通常都有和其它設(shè)備的線路連接，以實現(xiàn)供電、控制、通訊等功能，防爆電氣設(shè)備是采用電纜以實現(xiàn)這些功能。然而由于電纜是采用有彈性的橡膠制成，無法像金屬或塑料那樣加工成外尺寸固定的圓柱形，并且電纜在安裝后的位置也應(yīng)當(dāng)有足夠的穩(wěn)定性，防止在使用過程中被拉扯而導(dǎo)致線路故障?；陔娎|材料和結(jié)構(gòu)的特點，一般都采用帶孔的圓柱形密封圈套在電纜外部的方式，將其與金屬墊圈一起安裝到聯(lián)通節(jié)內(nèi)，用各種方式的壓緊裝置軸向壓縮密封圈，使其徑向膨脹，由于密封圈外側(cè)聯(lián)通節(jié)的原因，密封圈只能向內(nèi)側(cè)膨脹，從而與電纜緊密結(jié)合，達(dá)到夾緊電纜的作用，這個結(jié)構(gòu)被稱為電纜引入裝置。對于隔爆外殼上使用的引入裝置，除了需要夾緊電纜，還應(yīng)當(dāng)防止內(nèi)部的火焰通過密封圈與電纜、密封圈與聯(lián)通節(jié)之間的間隙傳播到環(huán)境中，因此，還應(yīng)額外進(jìn)行密封試驗，確認(rèn)其防止火焰?zhèn)鞑サ哪芰?。對IIC類設(shè)備，或者電纜過短的情況，還應(yīng)考慮火焰從電纜內(nèi)部傳播的風(fēng)險，一般建議隔爆外殼外部的電纜長度不宜小于1米。

隔爆外殼的小結(jié)

采用隔爆外殼保護的方式不需要對電氣部件進(jìn)行改造或降低其性能使用，對電氣設(shè)備的類型也沒有限制，應(yīng)用方便，是使用多的防爆型式。但是由于外殼需要承受內(nèi)部爆炸壓力，結(jié)構(gòu)笨重，也會增加制造成本。