一种隔爆型电连接器设计研究.pdf

第 期 年 月机电元件 收稿日期：研 究 与 设 计一种隔爆型电连接器设计研究朱赫，李宁，黄森，杜建东（苏州华旃航天电器有限公司，江苏苏州，；合肥铁路工程学院，安徽合肥，）摘要：为了设计一款可工作在爆炸气体环境和粉尘环境的隔爆型电连接器，文章首先从隔爆机理进行阐述；其次，对隔爆型电连接器关键性材料选择和隔爆界面尺寸进行设计；最后，通过传爆试验等型式试验验证了隔爆型电连接器设计的安全性能。关键词：电连接器；隔爆机理；隔爆界面；传爆试验 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言随着国家能源需求的不断提升和化工行业的蓬勃发展，国家对安全生产越发重视。目前国内的油气开采和化工冶炼等易燃易爆场所使用的电气设备均为防爆电气设备，如隔爆型、增安型、本安型和正压外壳等，均是按照 的要求进行设计和制造 。本文设计的隔爆型电连接器主要依据规范为 爆炸性环境第 部分：设备通用要求 和 爆炸性环境第 部分：由隔爆外壳“”保护的设备，其中 对隔爆型电气设备（包含电连接器）的设计、制造和检验做出了明确的规定，以达到电连接器设备的防爆目的。为了设计一款可安全稳定工作在爆炸性气体环境和粉尘环境的隔爆型电连接器；文章从隔爆机理进行分析探索隔爆间隙和隔爆面长度与不同气体种类之间的关系，以及壳体不传爆的机理，进而结合 进行隔爆型电连接器的设计，并对设计的电连接器进行传爆试验等，验证了产品在环境温度为 条件下的安全性能符合 和 。隔爆机理隔爆通常指壳体通过其自身的隔爆界面和密封界面的设计，实现壳体内外的环境的隔离。隔爆面要素与爆炸性气体关系国内外学者和机构对壳体隔爆界面设计做了大量的试验，其试验表明，壳体的隔爆界面长度和隔爆界面间隙直接影响着隔爆壳体的传爆特性 ，其隔爆面长度和隔爆壳体临界间隙关系图如图 所示。图 隔爆要素与爆炸性气体关系图由图 可知，、和 爆炸性气体的临界间隙与隔爆面长度关系曲线的趋势相似，均呈现隔爆面长度增加、临界间隙增加的趋势，随着隔爆面长度的不断增加，临界间隙趋于一个常数，不再发生变化。隔爆壳体不传爆机理根据 ，详细地介绍了隔爆三要素：隔爆界面长度、隔爆界面间隙和隔爆界面粗糙度，三者是制约壳体传爆的关键因素。本文对结合隔爆型电连接器壳体特征对壳体防传爆进行物理建模，如图 所示。图 壳体防传爆物理模型图根据图 可知，壳体内部填充爆炸气体，壳体与外部通过隔爆界面连接，且隔爆界面端口被密封橡胶封堵。当爆炸性气体或粉尘在壳体内部爆炸时，爆炸能在腔体内部形成湍流，爆炸能不断与外壳进行热交换，降低壳体内部的爆炸温度；当爆炸火焰沿着隔爆界面传播时，爆炸火焰在隔爆三要素的阻挡下，焰峰呈现三角状，能量逐步衰减，且隔爆界面端口的阻燃橡胶进一步起到安全隔离、密封作用，实现不传爆的功能。隔爆型电连接器设计隔爆型电连接器材料的选择和隔爆界面的设计是连接器能够实现隔爆的关键，故本文对连接器的材料和设计进行详细的阐述。材料的选择根据 和 对隔爆型电连接器金属外壳材料的规定，如 类设备对于 和 类设备对于 ：要求镁、钛和锆的总含量不超 ；外壳为铜合金拟用在乙炔的环境，这就要求铜外壳涂锌、镍或其它涂层；或合金中最高铜含量不超过 ；由于本文设计的电连接器采用铝合金，故选择牌号满足镁、钛和锆的总含量不超 的铝合金。表 为隔爆型电连接器关键部件材料的选择。表 隔爆型电连接器关键部件材料选择关键件材料牌号镀层 温度（）备注外壳 氧化镁、钛和锆的总含量不超 橡胶件 接触件 镀银根据表 可知，铝合金壳体具有一定的结构强度同时满足镁、钛和锆的总含量不超 ，符合 的要求，且铝合金氧化能够起到壳体表面绝缘功能；橡胶具备良好的耐磨性能，同时具备耐爆炸性气体环境腐蚀；镀银具有良好的导电性能，能够保证连接器壳体表面最高温度在 范围内。隔爆界面设计本文设计的隔爆型电连接器兼备圆筒形隔爆界面和螺纹隔爆界面设计，且连接器壳体空间体积 。故圆筒形结合面设计长度为 ，最大间隙 ，其尺寸符合 表 要求的结合面最小宽度（），最大间隙 ；螺纹隔爆界面设计啮合螺纹扣数为扣，螺距为 ，螺纹精度为 ，其要求符合 表 要求的螺距 ，啮合深度 ，啮合扣数扣，螺纹形状和配合等级按照 和 规定的中级或精密公差级 ，。其隔爆界面设计符合图所示。图 连接器隔爆界面设计 型式试验验证与分析根据 关于隔爆型电连接器的核心型式试验，如壳体静压力试验、外壳防护等级试验、传爆试验、温升试验、引入装置耐热、耐寒试验、引入装置加紧和冲击试验、引入装置机械强度试验等进行了试验验证。本文主要对传爆和静压力试验进行展示，其中图 和图 为隔爆连接器的传爆实物图，图 为隔爆连接器的壳体静压力试验。由图 和图 可知，产品进行多次内部点燃传爆试验，产品壳体未发生传爆，且传爆试验后壳体未发生影响产品隔爆性能的永久性变形。由图 可知，产品在进行 水压，持续保压时间为 ，壳体未发生液体泄露，（下转第 页）第 期朱赫等：一种隔爆型电连接器设计研究 ，；，：？，；，；，：，；，：，：，；，；，：（），：，：，：，：，（上接第 页）且隔爆壳体未发生影响产品隔爆性能的永久性变形。图 隔爆壳体传爆试验实物图图 壳体拆卸图图 隔爆壳体静压力试验图 结束语本文结合隔爆机理和 标准设计出一款隔爆 型 电 连 接 器，产 品 通 过 和 规定的相关型式试验验证。故其在环境温度为 条件下的安全性能符合 和 ，具备气体防爆和粉尘防爆的功能。参考文献：柳春生 隔爆外壳不传爆机理的研讨 ，矿业安全与环保，年，期 唐努利一种防爆型电连接器的设计 机电元件，年 月 ，爆炸性环境 第 部分：由隔爆外壳“”保护的设备 ，年机 电 元 件 年