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【摘 要】煤矿企业在爆炸危险环境中电器产品，由于在正常工作时会产生电弧、火花和危险高温，一旦环境中的可燃性混合物的浓度达到爆炸极限范围，就会引起周围的环境产生爆炸。因此，这些电气产品均设计成防爆型电气设备。本文对煤矿防爆电器外壳设计及加工工艺进行了探讨。
【关键词】煤矿；防爆电器；外壳设计
一、前言
通常防爆型电气设备是通过隔爆外壳来实现防爆安全的。隔爆型电气设备的防爆原理是：将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，而该外壳具有将壳内电气部件可能产生的火花和电弧，与壳外爆炸性混合物隔离开的作用。并且此外壳应能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，在该压力条件下，确保外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。隔爆型电气设备因为具有良好的隔爆和耐爆性能，而被广泛的用于爆炸性环境工作场所。隔爆外壳要承受 1MPa试验压力，所以必须具有足够的强度和刚性，这就使得科学合理的设计该类外壳在安全生产中是至关重要的。隔爆外壳设计必须符合一般电气设备的要求：（1）外壳要美观大方，结构要紧凑，重量尽可能轻，工艺性良好。（2）布置电气元件和机械零部件时要有足够的空间，且布局合理，以便于安装、调试、使用和维护。（3）具备一定的防护等级，要有通风、散热、防尘、防水和防蚀等措施。（4）设置接地，并有明显的接地标志。（5）对于重量较大的外壳，还应考虑搬运的要求，即加装吊钩或吊耳。
二、煤矿防爆电器外壳性能分析
隔爆型外壳必须能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并且要阻止内部的爆炸向外壳周围的爆炸性混合物传播。因此，要满足隔爆性能的要求，设计上必须具有下列特殊要求：（1）耐爆性能。要求外壳体有足够的强度和刚度来承受内腔的爆炸压力。因此，设计时要选择适当的材质和壁厚，保证外壳不损坏，也不允许产生永久性变形，同时，隔爆接合面参数必须符合相关规定。（2）隔爆功能。在设计隔爆外壳时，必须严格按照规定，选用适当的隔爆接合面结构参数、电缆引入装置的方式、观察窗透明件的密封结构形式、接线腔的电气间隙和爬电距离，以便有效地阻止内部爆炸压力向外壳周围爆炸性混合物传播。（3）压力重叠。当设计的隔爆外壳包含有几个空腔时，设计时要避免小孔联通，并且壳体内电气元件布置要尽量紧凑，使之占用空间均匀分布，以免在试验时产生压力重叠（迭爆）现象。（4）联锁功能和警告。隔爆外壳上必须设计有联锁装置，并且用一般工具不能解除其联锁功能，以防止在未断开电源时开盖，出现电气事故，从而引起爆炸危险，危及人身安全和矿井安全。在某些情况下，用警告牌来代替联锁，也能认为保证了使用方面的安全。（5）标志。隔爆外壳上必须有清晰永久的防爆标志和安全标志。
三、煤矿防爆电器外壳设计要点
1.外壳材料设计
防爆电器外壳对材质的基本要求是：具有抗撞击强度，不易氧化锈蚀，导热系数高，表面无静电，加工性能优越等。目前，国外一些先进国家在制造小型电器防爆外壳时所使用的材质主要是黄铜。由于我国铜资源稀缺，所以生产这类电器外壳所使用的材料一般有：铝合金、铸铁、铸钢、以及工程塑料等。在国家标准GB 3836-2010中，对工程塑料的防静电、防火花功能以及其化学成分的组成方面提出了更高要求，在防爆电器外壳制造中不提倡使用该类材料。铸钢、铸铁材料因其存在体积大、质量大易锈蚀等缺陷，小型防爆电器外壳目前很少使用。因此，以低镁铝合金和无镁铝合金作为生产小型防爆电器的外壳的材料是我国今后发展的方向。
2.紧固件
对保证防爆型式或用于防止触及裸露带电零件所必须的紧固件，只允许用工具才能松开或拆除。固定含轻金属的外壳，其使用的紧固螺钉允许用轻金属或塑料材质制成，只要紧固件材料适用于外壳材料和满足防火要求即可。当采用可拆卸螺钉或螺栓紧固隔爆外壳的任何部件时，这些螺钉或螺栓孔不应穿透外壳壁。螺栓孔周围的金属厚度应不小于孔径的三分之一，且至少为3mm。当螺钉或螺栓没有配套使用垫圈而完全拧入孔内时，螺钉或螺栓尾部与螺孔的底部之间应留有螺纹裕量。永久固定在外壳上的螺钉或螺栓应可靠地焊接或铆接，或是采用某些等效方法固定。若因为制造工艺需要或安装要求，而造成钻孔穿透外壳壁时，该孔应用螺塞将其堵住。螺塞应按永久固定在外壳上的螺钉或螺栓的固定方法固定。一般情况下，应采取防止紧固件因振动而松脱的措施，如增加放松垫圈或使用成分符合防爆要求的螺纹胶。
3.连接件和接线空腔
电气设备应有连接件与外部电路相连，但电气设备在制造中有永久引入电缆者除外。电缆的自由端应做适当保护。接线空腔和出线口应留有足够空间和适宜的尺寸，使之满足在工作现场进行安装维护时的导线连接要求。接线空腔应使用符合系统工作条件要求的防爆型式。接线空腔的设计，应满足使导线按规定连接后，爬电距离和电气间隙符合相应防爆型式标准的规定。
4.接地连接件
电气设备应在接线空腔内的电路连接件旁边，设置肉眼可清晰分辨识别的接地连接件。电气设备的金属外壳应设置辅助功能的外接地连接件，外接地连接件与内部电路接地连接件之间，应有可靠的电气连接。移动式电气设备可不设外接地连接件，但应使用具有接地芯线或等效接地芯线的电缆。不必接地的电气设备或不必附加接地的电气设备，则可不设内接地和外接地连接件。接地连接件应至少保证与一根导线可靠连接。另外，电气设备的外接地连接件应能至少与截面积为 4mm2的接地线实现有效连接。连接件应具有可靠有效防腐措施，其结构应能实现防止导线松动、扭转，且有效持久地保持接触压力。当工作中绝缘材料的尺寸如因温度或湿度的变化等原因而产生变化时，不应对电气连接的接触压力产生负面影响。在连接中被连接部分含轻金属材料时，则必须采取特殊的预防措施（例如应用钢质过渡件等）。 5.电缆和导管引入装置
电缆和导管引入装置装配到电气设备上时，它们的结构和固定都不应损害电气设备的防爆特性。当选用引入装置时，设备预留接口应适合电缆引入装置制造厂规定的全部电缆尺寸范围。电缆引入装置应有夹紧装置，用以防止电缆在现场安装和使用过程中的转动传递到连接件。导管的引入，可以通过螺纹旋到设备预制的螺纹孔中或利用紧固件，将其紧固在光孔中。螺纹孔和光孔可以设在外壳壁上、外壳连接板上或合适的填料盒中，它属于外壳的一部分或连接在设备的外壳壁上。电气设备外壳上不安装电缆或导管引入装置的通孔，应进行封堵处理。设备所用的封堵件，应能与设备外壳一起符合相应防爆型式的规定，封堵件只能用工具才能拆。
四、煤矿防爆电器外壳加工工艺
不同防爆电器外壳有着不同的加工工艺，以最常用的铝合金材料外壳而言，通常加工工艺有金属型铸造以及压力铸造等方式。
1.压力铸造是一种在压铸机柱塞的高压作用下，使合金溶液高速进入金属型模具型腔、充型并凝固冷却的快速铸造方法。压力铸造的优点是：铸件的尺寸精度和表面粗糙度高，组织致密，晶粒较细，机械性能好。但压力铸造也存在明显的缺点：不适宜生产结构形状复杂的铸件，设备投资大，对于小批量或中批量生产不适用。此外，由于压铸速度高，内部组织中易存在气孔和针孔。而根据我国国家标准要求，防爆结合面必须进行车削加工。根据实践经验，采用压铸方式生产制造的防爆外壳，其防爆结合面经车削加工后出现针孔、气孔等缺陷的比例较大。
2.金属型浇铸是介于砂型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，其优点是设备投资小，铸造精度较高，能够很好的细化铸造晶粒。但存在以下缺点：传统的钢模铸造不易生产结构复杂的铸件，浇铸系统、排气系统效果不如砂型，对浇铸温度比较敏感，要求有较高的操作技能，从而降低了生产效率。因此，人们一直在努力探索、研究，以金属芯型代替砂型，内外纯钢模结构的铸造形式，既提高铸造效率，又确保铸件的品质。
总之，防爆电器是一种特殊的电气产品，任何防爆电器产品的失效，都有可能造成人身及财产方面的重大损失。因此，针对防爆电器产品的设计必须严格参照产品设计标准并作为防爆电气产品设计、生产、检验的重要依据。
参考文献：
[1]李双会，关于隔爆外壳形状和尺寸统一标准的建议，煤炭科学技术，2007（3）
[2]晏才松.正压外壳型防爆异步电机中防护等级的实现，电气防爆，2008（3）
【关键词】煤矿；防爆电器；外壳设计
一、前言
通常防爆型电气设备是通过隔爆外壳来实现防爆安全的。隔爆型电气设备的防爆原理是：将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，而该外壳具有将壳内电气部件可能产生的火花和电弧，与壳外爆炸性混合物隔离开的作用。并且此外壳应能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，在该压力条件下，确保外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。隔爆型电气设备因为具有良好的隔爆和耐爆性能，而被广泛的用于爆炸性环境工作场所。隔爆外壳要承受 1MPa试验压力，所以必须具有足够的强度和刚性，这就使得科学合理的设计该类外壳在安全生产中是至关重要的。隔爆外壳设计必须符合一般电气设备的要求：（1）外壳要美观大方，结构要紧凑，重量尽可能轻，工艺性良好。（2）布置电气元件和机械零部件时要有足够的空间，且布局合理，以便于安装、调试、使用和维护。（3）具备一定的防护等级，要有通风、散热、防尘、防水和防蚀等措施。（4）设置接地，并有明显的接地标志。（5）对于重量较大的外壳，还应考虑搬运的要求，即加装吊钩或吊耳。
二、煤矿防爆电器外壳性能分析
隔爆型外壳必须能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并且要阻止内部的爆炸向外壳周围的爆炸性混合物传播。因此，要满足隔爆性能的要求，设计上必须具有下列特殊要求：（1）耐爆性能。要求外壳体有足够的强度和刚度来承受内腔的爆炸压力。因此，设计时要选择适当的材质和壁厚，保证外壳不损坏，也不允许产生永久性变形，同时，隔爆接合面参数必须符合相关规定。（2）隔爆功能。在设计隔爆外壳时，必须严格按照规定，选用适当的隔爆接合面结构参数、电缆引入装置的方式、观察窗透明件的密封结构形式、接线腔的电气间隙和爬电距离，以便有效地阻止内部爆炸压力向外壳周围爆炸性混合物传播。（3）压力重叠。当设计的隔爆外壳包含有几个空腔时，设计时要避免小孔联通，并且壳体内电气元件布置要尽量紧凑，使之占用空间均匀分布，以免在试验时产生压力重叠（迭爆）现象。（4）联锁功能和警告。隔爆外壳上必须设计有联锁装置，并且用一般工具不能解除其联锁功能，以防止在未断开电源时开盖，出现电气事故，从而引起爆炸危险，危及人身安全和矿井安全。在某些情况下，用警告牌来代替联锁，也能认为保证了使用方面的安全。（5）标志。隔爆外壳上必须有清晰永久的防爆标志和安全标志。
三、煤矿防爆电器外壳设计要点
1.外壳材料设计
防爆电器外壳对材质的基本要求是：具有抗撞击强度，不易氧化锈蚀，导热系数高，表面无静电，加工性能优越等。目前，国外一些先进国家在制造小型电器防爆外壳时所使用的材质主要是黄铜。由于我国铜资源稀缺，所以生产这类电器外壳所使用的材料一般有：铝合金、铸铁、铸钢、以及工程塑料等。在国家标准GB 3836-2010中，对工程塑料的防静电、防火花功能以及其化学成分的组成方面提出了更高要求，在防爆电器外壳制造中不提倡使用该类材料。铸钢、铸铁材料因其存在体积大、质量大易锈蚀等缺陷，小型防爆电器外壳目前很少使用。因此，以低镁铝合金和无镁铝合金作为生产小型防爆电器的外壳的材料是我国今后发展的方向。
2.紧固件
对保证防爆型式或用于防止触及裸露带电零件所必须的紧固件，只允许用工具才能松开或拆除。固定含轻金属的外壳，其使用的紧固螺钉允许用轻金属或塑料材质制成，只要紧固件材料适用于外壳材料和满足防火要求即可。当采用可拆卸螺钉或螺栓紧固隔爆外壳的任何部件时，这些螺钉或螺栓孔不应穿透外壳壁。螺栓孔周围的金属厚度应不小于孔径的三分之一，且至少为3mm。当螺钉或螺栓没有配套使用垫圈而完全拧入孔内时，螺钉或螺栓尾部与螺孔的底部之间应留有螺纹裕量。永久固定在外壳上的螺钉或螺栓应可靠地焊接或铆接，或是采用某些等效方法固定。若因为制造工艺需要或安装要求，而造成钻孔穿透外壳壁时，该孔应用螺塞将其堵住。螺塞应按永久固定在外壳上的螺钉或螺栓的固定方法固定。一般情况下，应采取防止紧固件因振动而松脱的措施，如增加放松垫圈或使用成分符合防爆要求的螺纹胶。
3.连接件和接线空腔
电气设备应有连接件与外部电路相连，但电气设备在制造中有永久引入电缆者除外。电缆的自由端应做适当保护。接线空腔和出线口应留有足够空间和适宜的尺寸，使之满足在工作现场进行安装维护时的导线连接要求。接线空腔应使用符合系统工作条件要求的防爆型式。接线空腔的设计，应满足使导线按规定连接后，爬电距离和电气间隙符合相应防爆型式标准的规定。
4.接地连接件
电气设备应在接线空腔内的电路连接件旁边，设置肉眼可清晰分辨识别的接地连接件。电气设备的金属外壳应设置辅助功能的外接地连接件，外接地连接件与内部电路接地连接件之间，应有可靠的电气连接。移动式电气设备可不设外接地连接件，但应使用具有接地芯线或等效接地芯线的电缆。不必接地的电气设备或不必附加接地的电气设备，则可不设内接地和外接地连接件。接地连接件应至少保证与一根导线可靠连接。另外，电气设备的外接地连接件应能至少与截面积为 4mm2的接地线实现有效连接。连接件应具有可靠有效防腐措施，其结构应能实现防止导线松动、扭转，且有效持久地保持接触压力。当工作中绝缘材料的尺寸如因温度或湿度的变化等原因而产生变化时，不应对电气连接的接触压力产生负面影响。在连接中被连接部分含轻金属材料时，则必须采取特殊的预防措施（例如应用钢质过渡件等）。 5.电缆和导管引入装置
电缆和导管引入装置装配到电气设备上时，它们的结构和固定都不应损害电气设备的防爆特性。当选用引入装置时，设备预留接口应适合电缆引入装置制造厂规定的全部电缆尺寸范围。电缆引入装置应有夹紧装置，用以防止电缆在现场安装和使用过程中的转动传递到连接件。导管的引入，可以通过螺纹旋到设备预制的螺纹孔中或利用紧固件，将其紧固在光孔中。螺纹孔和光孔可以设在外壳壁上、外壳连接板上或合适的填料盒中，它属于外壳的一部分或连接在设备的外壳壁上。电气设备外壳上不安装电缆或导管引入装置的通孔，应进行封堵处理。设备所用的封堵件，应能与设备外壳一起符合相应防爆型式的规定，封堵件只能用工具才能拆。
四、煤矿防爆电器外壳加工工艺
不同防爆电器外壳有着不同的加工工艺，以最常用的铝合金材料外壳而言，通常加工工艺有金属型铸造以及压力铸造等方式。
1.压力铸造是一种在压铸机柱塞的高压作用下，使合金溶液高速进入金属型模具型腔、充型并凝固冷却的快速铸造方法。压力铸造的优点是：铸件的尺寸精度和表面粗糙度高，组织致密，晶粒较细，机械性能好。但压力铸造也存在明显的缺点：不适宜生产结构形状复杂的铸件，设备投资大，对于小批量或中批量生产不适用。此外，由于压铸速度高，内部组织中易存在气孔和针孔。而根据我国国家标准要求，防爆结合面必须进行车削加工。根据实践经验，采用压铸方式生产制造的防爆外壳，其防爆结合面经车削加工后出现针孔、气孔等缺陷的比例较大。
2.金属型浇铸是介于砂型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，其优点是设备投资小，铸造精度较高，能够很好的细化铸造晶粒。但存在以下缺点：传统的钢模铸造不易生产结构复杂的铸件，浇铸系统、排气系统效果不如砂型，对浇铸温度比较敏感，要求有较高的操作技能，从而降低了生产效率。因此，人们一直在努力探索、研究，以金属芯型代替砂型，内外纯钢模结构的铸造形式，既提高铸造效率，又确保铸件的品质。
总之，防爆电器是一种特殊的电气产品，任何防爆电器产品的失效，都有可能造成人身及财产方面的重大损失。因此，针对防爆电器产品的设计必须严格参照产品设计标准并作为防爆电气产品设计、生产、检验的重要依据。
参考文献：
[1]李双会，关于隔爆外壳形状和尺寸统一标准的建议，煤炭科学技术，2007（3）
[2]晏才松.正压外壳型防爆异步电机中防护等级的实现，电气防爆，2008（3）