其他形式的隔爆结构设计与应用优化

除了上述的间隙式隔爆结构外，由于结构或功能的需要，在隔爆型电气设备中还采用一些比较独特的隔爆结构，这里将予以简要的介绍。

1.螺纹式隔爆结构

螺纹式隔爆结构（图3.14）是一种连接十分方便的结构，因而，常常被人们采用。对于这种隔爆结构，当螺纹为圆柱形时，通常用4个参数来表征：螺距、配合精度、最少啮合扣数和最小轴向啮合长度；当螺纹为锥形时，通常用3个参数来表征：螺距、耦合面上螺纹扣数和啮合扣数。具体参数和参数值如表3.6和表3.7所示。

表3.6 螺纹式隔爆结构参数（圆柱形螺纹）①

①引自GB 3836.2《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》。

②当螺距超过2mm时，应该采取一些特殊的结构措施，例如，采用多条螺纹啮合，以保证通过隔爆外壳的隔爆性能试验。

③（圆柱形）螺纹式接合面，如果在螺纹形式和配合精度上不符合相应的标准螺纹要求，只要能够通过相应的隔爆性能试验，也是允许使用的。

表3.7 螺纹式隔爆结构参数（锥形螺纹）①

①引自GB 3836.2《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》。

②内螺纹和外螺纹应该具有相同的标称尺寸、锥角和螺纹形式，并且是用扳手拧紧密封的配合结构。

③符合本表要求的螺纹至少应该有3.5扣的有效啮合扣数。

此外，螺纹式隔爆结构必须配置防松措施，预防螺纹在设备运行过程中发生松动。例如，对于需要打开的情况，可以使用紧定螺钉固定，而且被紧定螺钉分开的部分不得相加计算；对于不需要打开的情况，可以在螺纹结合部位“冲点”或“点焊”封固，或采用其他等效的措施止动。

图3.14 螺纹式隔爆结构

1—盖子 2—隔爆外壳壳壁

2.锯齿式隔爆结构

锯齿式隔爆结构（图3.15）是一种相互耦合的两零件的表面上具有“锯齿”的结构形式，类似于螺纹式隔爆结构。这种隔爆结构的参数不必符合表3.6和表3.7的数值规定，但是，应该符合以下要求：

●至少具有完整的5扣啮合锯齿；

●螺距等于或大于1.25mm；

●牙形角等于60°±5°。

3.胶粘式隔爆结构

胶粘式隔爆结构（图3.16）是一种特殊的隔爆结构。有时候，电气设备外壳零部件之间的接合并不是很规整的，但是又必须进行隔爆结构的处理，于是，人们就用胶粘剂将不规整的间隙或缝隙粘结起来。

图3.15 锯齿式隔爆结构

（Y≥5扣 T≥1.25mm α=60° L（试验长度）=Y/1.5）

图3.16 胶粘式隔爆结构

1—内装器件 2—隔爆外壳壳壁 3—胶粘剂

当隔爆型电气设备外壳的容积V在下列范围时，胶粘式接合面的最小胶粘宽度（L）不应该小于：

●V≤10cm³，3mm；

●10cm³＜V≤100cm³，6mm；

●V>100cm³，10mm。

在这种结构中使用的胶粘剂应该具有较好的粘接力和抗老化性能，而且，胶粘剂固化后不得龟裂，出现裂纹。

此外，胶粘式隔爆结构的机械强度不得仅仅依靠胶粘剂的强度来实现，还必须有相应的其他措施来保证。

4.衬垫式隔爆结构

衬垫式隔爆结构（图3.17），也称为密封式隔爆结构，是一种用衬垫进行密封的隔爆结构。在这里，衬垫应该用金属或金属包覆的可压缩的不燃性材料制成。所使用的金属应该是一种所谓的“软”金属，例如铅、铜、铝等。软金属在外力的作用下可以填充相互耦合的隔爆接合面之间的缝隙。

衬垫式隔爆结构，在有些情况下，是一种可供选择的隔爆结构；它使用衬垫作为这种隔爆结构的主要零件。通常情况下，这种隔爆结构应该满足下列要求：

衬垫厚度不应该小于2mm。

接合面宽度（L）不应该小于：

①当外壳容积不大于100cm³时，6mm。

②当外壳容积大于100cm³时，9.5mm。

有时候，衬垫的接合面宽度也可以不小于平面式隔爆接合面宽度（L，L₁）。

此外，在这种隔爆结构中，衬垫应该被牢固地固定在一个耦合面上。

图3.17 衬垫式隔爆结构

1—盖子 2—隔爆式密封衬垫 3—隔爆外壳壳壁

5.防护式隔爆结构

防护式隔爆结构（图3.18）是一种能够保持隔爆外壳具有一定防护等级（IP）的隔爆结构。有时候，隔爆型电气设备需要具有较高的防外物的能力，防止固体异物（例如各种粉尘）和水（例如湿气）进入设备内，妨害设备的正常运行，于是，人们在隔爆接合面上配置衬垫，以提高它的防护等级。

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图3.18　防护式隔爆结构

1—盖子 2—防护式密封衬垫 3—隔爆外壳壳壁

在这种隔爆结构中，衬垫不起隔爆作用，只是一种密封措施，可以采用硫化橡胶材料制成。

衬垫安装在隔爆接合面的一个固定的耦合面上的沟槽内，另一个耦合面将它压紧，便构成了这种隔爆结构。隔爆接合面可以被衬垫分开，但是在计算隔爆接合面宽度时不得将分开的两部分相加计算。

衬垫可以是平面式的，也可以是O形圈式的。

当隔爆接合面是矩形形状时常常采用平面式衬垫。在计算沟槽深度（H）和衬垫厚度（h）时，可以使用下列公式：

B=1/α·b

H=αh （3.7）

式中 B——沟槽宽度（mm）；

b——衬垫宽度（mm）；

α——衬垫宽度与沟槽宽度之比，通常取0.9～0.8。

当隔爆接合面是圆环形形状时通常情况下采用O形圈式衬垫。在确定沟槽尺寸[即宽度（B）和深度（H）]时，可以使用下列公式：

B=d

H=0.8d （3.8）

式中 d——O形圈密封条的直径（即线径）（mm）。

在式（3.7）和式（3.8）中，表面上没有看到间隙对相关数值的影响，但是事实上间隙已经包含在内。因为，在公式推导过程中，考虑到硫化橡胶衬垫适当地高出沟槽平面，在耦合平面的压缩下发生变形，填充了沟槽的相等的空隙空间，于是，此时间隙趋近于0。由此可见，高出沟槽平面的衬垫部分起到密封作用，压缩后趋近于0的间隙起到隔爆作用。

6.阻火元件式隔爆结构

阻火元件式隔爆结构，一般情况下，是由阻火元件和支持件组成的，而且，它们之间也保持着隔爆性能。将这样的隔爆结构安装在隔爆型电气设备的外壳上，就构成了隔爆外壳的一部分。当然，有时候用隔爆外壳的壳壁作为阻火元件的支持件也是允许的，将阻火元件镶嵌在隔爆外壳的壳壁上就构成了这里所说的阻火元件式隔爆结构。

按照阻火元件结构的不同，阻火元件式隔爆结构分为金属格网式隔爆结构、金属微孔式隔爆结构，等等。在这里，我们仅以这两种隔爆结构为代表予以简要的讨论。

（1）阻火元件结构

1）金属格网式隔爆结构

金属格网式隔爆结构（图3.19）是一种用金属网叠加起来防止爆炸生成物窜出隔爆外壳的隔爆结构。这种隔爆结构的阻火元件就是叠加起来的金属网。通常情况下，金属网应该用铜合金[对于乙炔环境，铜的含量不应该超过60%（按质量计）]或不锈钢制成。

设计人员应该选择合适的金属网目数和确定叠加的金属网层数。

在金属网的目数确定之后，阻火元件中金属网的叠加层数为1.5倍试验确定的最小不传爆层数。

2）金属微孔式隔爆结构

金属微孔式隔爆结构（图3.20），按照形成“微孔”工艺的不同，又可分为烧结金属式的和金属泡沫式的。这种隔爆结构的阻火元件就是具有一定厚度的“微孔金属”板。

图3.19 金属格网式隔爆结构

1—阻火格网 2—隔爆外壳壳壁

这样的“微孔金属”板内部有很多“气泡”。这些气泡相互之间是连通的，形成了流体能够通过的通道。在条件合适的情况下，它能够阻止爆炸生成物通过。

“微孔金属”板可以用铜合金制成，也可以用不锈钢制成。

（2）阻火元件参数

阻火元件式隔爆结构没有标准规定的参数值。不管什么样的阻火元件，所有参数都必须通过一定数量的试验来确定。

在试验时，试验人员应该将被试隔爆结构安装在一个容积为8L的球形试验外壳上。点燃源安装在球形试验外壳的中心。

试验在试验室环境条件下进行。

试验人员应该首先将这样的试验装置安放在爆炸试验罐中，然后对试验装置和试验罐充入试验气体混合物。按照被试阻火元件式隔爆结构的类别和防爆级别，试验气体混合物的种类和最易传爆浓度（体积比）分别采用：

①对于Ⅰ类设备，甲烷，8.2%。

②对于ⅡA级设备，丙烷，4.2%。

③对于ⅡB级设备，乙烯，6.5%。

④对于ⅡC级设备，氢，27%；乙炔，8.5%。

图3.20 金属微孔式隔爆结构

1—金属垫圈 2—隔爆外壳壳壁 3—微孔金属元件 4—孔用弹簧挡圈

对于每一种试验样品（格网目数，层数，金属丝直径；密度，最大通气孔直径，通孔率，厚度），试验人员应该进行50次点燃试验。假若在50次试验中至少发生一次“传爆”点燃，但是“传爆”点燃次数不超过25次，则可以认为试验样品的层数（金属格网式阻火元件）或厚度（金属微孔式阻火元件）为临界不传爆层数或临界不传爆厚度。

接着，用临界不传爆层数或临界不传爆厚度的1.1倍值再进行上述的50次试验，若不发生传爆，则此层数或厚度被定义为最小不传爆层数或最小不传爆厚度。否则，试验人员应该继续增加层数或厚度进行试验直至被试层数或厚度不发生传爆为止。

最小不传爆层数或最小不传爆厚度的1.5倍值即是阻火元件式隔爆结构的实际结构值。

理论计算和试验研究告诉我们，“50次点燃试验中至少发生一次外部点燃，但是外部点燃次数不超过25次”这种评价原则，对于确定阻火元件式隔爆结构的最小不传爆层数或最小不传爆厚度，是很可靠的，而且也是很实用的。我们在早年间的试验研究中采用40目的不锈钢钢丝网制作这种结构时，10层叠加起来就可以通过ⅡB级试验。

这里还需特殊指出的是，阻火元件还必须具有很好的耐热性，要经受住爆炸火焰的烧蚀，尤其是用金属网作为阻火元件时。

此外，还需说明的是，这里所讨论的阻火元件只适用于非连续性气流的情况。至于其他情况，例如，在连续性流体（包括气体、液体）情况下，除隔爆性能外，主要是考虑阻火元件的抗烧蚀性和危险温度可能造成的危险。

除了上述的这些阻火元件式隔爆结构外，还有一些其他的结构可用于隔爆型电气设备上，例如，金属叠片式隔爆结构，金属波纹板式隔爆结构，钢珠式隔爆结构，等等。这些结构都必须通过试验来确定它的隔爆性能。