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防爆电梯中的机械防爆应用

一、概述
        在易燃易爆场所影响爆炸的点火源有好多种，常见的点火源有明火、电气火花、机械火花、静电火花、危险高温等。在电气防爆技术中已制定了GB3836和GB12476.1电气防爆标准，对电气火花引起的爆炸作出明确的规范和强制性的管理。
        大家都知道，依据木桶效应，防爆必须做到整体防爆。只有电气防爆，其余不防爆也会产生爆炸，这些由于机械撞击、高温、摩擦造成的爆炸数不胜数。
        如：我国南方一个制漆厂硫化碱车间，两名工人处理浸提硫化碱黑灰，当其把铁钎从操作孔伸入浸提液黑灰内，用力撬松液面下黑灰时，就撬动一刹间，突然一声巨响，硫化碱黑灰发生爆炸。
        又如：一个树脂厂树脂车间为排除电石贮斗料口堵塞的大块电石，二名工人用铁棍捅，产生火花，导致乙炔混合气体发生爆炸。
        又如：一艘航行在中国南海的4.7万吨日本油船，一个重4.3kg滚轮从15m高处掉进空油罐底产生冲击火花，使残存的油气发生爆炸。
        河南一个面粉厂，一个工人使用低压行灯，由于行灯表面温度引爆面粉而产生粉尘爆炸。
        电梯是一个成套设备，每一台电梯都是由许多零部件组成，组成电梯的许多零部件都有自己的运动和相对运动。在这些运动中，有的会产生撞击，有的会产生摩擦，而这些撞击和摩擦极易产生火花，同样会引起易燃易爆物质爆炸。
        电梯是一个垂直运输升降设备，人们在使用电梯过程中使用不当也会产生撞击和摩擦。
        电梯在日常使用过程中会损坏，需要修理、保养，在修理、保养过程中也会产生摩擦和冲击。
        因此，我们在这篇文章里主要讨论的是防爆电梯的机械撞击和摩擦。
    　　二、撞击和摩擦
        1. 撞击火花是隐蔽的引爆引燃的火源
        由于钢铁材料具有较高的强度和硬度，而钢材的强度、硬度是随着含碳量的增加而提升。然而对钢铁材料撞击火花产生机理的研究说明，恰恰是钢铁材料中所含碳是产生火花的根源。
        由于机械设备损伤产生飞散物的撞击、物体掉落时的撞击、设备制动时的冲击，这些由于铁器的互相撞击和铁器工具打击混凝土地面都有可能产生火花，并成为点火源。
        2. 摩擦能产生高温，也是引爆引燃的火源 
        当两物体接触时，接触面是凹凸面不平的，真正接触的是一些点。而摩擦力是对抗两个接触物体间发生相对运动的阻力，即克服两物体间微凸体的吸附力和咬合力，故摩擦力与表面状况和压力有关。要克服这种阻力需要消耗能量，此能量除了成为物体运动能外，还会变为热能，分布于微凸体上成为热点。
        机械设备上转动部件的摩擦、电机制动时的摩擦、轨道和导靴之间直线运动摩擦，这些摩擦如处理不好均会产生高温成为点火源。
    　　三、电梯设备中的撞击和摩擦
        电梯设备中撞击和摩擦按其使用状况分为以下几种：
        正常使用中的撞击和摩擦，如交流双速外制动中的制动，开关门中的撞击，曳引绳与曳引轮的相对滑移，导轨与导靴的摩擦。
        使用电梯中的非正常的撞击和摩擦：如手推车撞击轿门邦，物体在轿厢内坠落撞击轿底；或曳引绳，补偿链运行时与防跳栏杆和导轨支架之间的摩擦和撞击。
        非正常偶然发生的撞击和摩擦：如电梯超速坠落时，限速器动作时的撞击，安全钳制停在导轨上瞬时撞击加磨擦，这时的撞击和磨擦其能量是比较大的；轿厢沉底冲顶曳引绳飞出轿顶轮、曳引轮、对重轮，其能量是会引爆易燃易爆物的。
        修理人员在检修时产生的撞击：如对电梯检修时敲、拧、旋均会产生撞击和摩擦。
        按其作用力的大小又可分为重度、中度、轻度三种。
        安全钳限速器动作撞顶沉底，曳引绳飞出绳槽，曳引绳在曳引轮上长时打滑，交流双速电梯中的频繁制动，在制动盘上产生的高温，铲车、手推车撞击轿门、轿邦，黑色金属重物坠落撞击轿底，修理人员用不防爆工具敲打电梯设备，可认为是重度的撞击和磨擦中度一般指层门、轿门关闭、开启时的撞击。
        轻度一般指导靴与导轨间的摩擦。
    　　四、机械防爆与使用场所的区域关系
        气体防爆有0区、1区、2区
        粉尘防爆有20区、21区、22区
        依据防爆场所划分，0区、20区为长时间存在易燃易爆物质的场所。
        1区、21区为正常运行时可能出现易燃易爆物质的场所。
        2区、22区为正常运行时易燃易爆物质不可能出现，如出现也是偶然发生的。
        由此分析，防爆电梯由于正常使用中产生的机械撞击和摩擦，最高只能用1区、21区。而电梯正常使用中产生的重度撞击和磨擦是不能用防爆场所，如交流双速外制动是不能用于1、2区和21、22区的。
        电梯在非正常发生的撞击和摩擦要有严格的措施和管理。

  　　五、机械防爆与防爆等级的关系
        气体防爆分为四个等级：
        甲烷、ⅡA、ⅡB、ⅡC。而ⅡA、ⅡB、ⅡC主要针对隔爆型和本安型设置。确定隔爆型的等级，主要是考核隔爆间隙和隔爆面长度。确定本安型的防爆等级主要考核本安点燃的能量。由此可以看出，机械防爆与隔爆型和本安防爆无关，但对应ⅡA、ⅡB、ⅡC的易燃易爆的物质的爆炸点燃能量有关，与这些物质的引燃引爆的温度有关。
    物质 爆炸极限 自燃温度 爆炸压强 MESUT隔爆间隙 MIE点燃能量 防爆等级。 
    　　甲烷 5~15% 527℃ 0.72 Mpa 1.14 mm 0.28 μJ 
    　　丙烷 2.1~9.5% 466℃ 0.9 Mpa 0.92 mm 0.26 μJ ⅡA 
    　　乙醚 1.7~4.5% 170℃ 0.92 Mpa 0.87 mm 0.19 μJ ⅡA 
    　　乙稀 2.3~36% 425℃ 0.8 Mpa 0.65 mm 0.06 μJ ⅡB 
    　　氢 4~75% 560℃ 0.74 Mpa 0.29 mm 0.019 μJ ⅡC 
    　　乙炔 1.5~82% 305℃ 1.03 Mpa 0.37 mm 0.019 μJ ⅡC 甲烷不分类不分组。　
        有上表看出ⅡA、ⅡB、ⅡC所对应的易燃易爆物质是与物质的点燃能量、自燃的温度有关。因此，对应的重度撞击和摩擦不能直接用于ⅡC，必须采用措施后方可用于ⅡC。用于ⅡB场所，也要采用相应的措施，确定其产生的能量和温度必须在防爆等级的范围内。
    六、防爆电梯中的机械防爆处理
        1．从电梯运行速度上控制能量
    　　JB/T10222-2001防爆钢丝电动葫芦和JB/T10219-2001防爆梁式起重机，对防爆行车和防爆电动葫芦的运行速度、升降速度均作了限制。规定其运行速度均不大于25m/min。电动葫芦钢丝绳与卷筒的卷入是强制驱动。钢丝绳一般为一根最多二根钢丝绳作用卷筒上的压强是比较大的，易产生能量集中，发生火花。而电梯采纳曳引式，一般货梯均用5根曳引钢丝绳。通过曳引驱动电梯上下。相对比较其钢丝绳对曳引轮、轿顶、对重轮等压强要小的得多。电梯标准中，规定所有轮直径是钢丝绳的40倍以上，曳引钢丝绳弯曲半径比电动葫芦大，且钢丝绳中的绳芯是含油麻芯在受力时会渗出机油，坚持曳引绳表面润滑状态。
        行车的车轮及电动葫芦小车的车轮在轨道上运行，是钢与钢之间的相对磨擦运动。在JB/T10219-2001中，限制其速度不得大于25m/min。相对电梯的导轨与导靴是上下垂直运行。不存在像行车、电动葫芦平行移动那么大的轮压。电梯的导轨上设有专门的加油器，始终坚持电梯导轨与导靴为优良的润滑状态。再则防爆电梯导靴一般为尼龙非黑色金属材料或采纳无火花的铜合金，不会产生火花或磨擦高温。
        依据以上分析比较，防爆电梯的额定运行速度一般在0.5m/s，即30m/min。不得超过60m/min。如超过30m/min，曳引绳应有可靠的润滑措施，以减少钢丝绳与曳引轮或绳轮之间的磨擦。导轨加油器必须可靠的工作。对重轮轿顶轮、导绳轮等应采纳等级高的轴承。要常常检查曳引绳表面，应无断丝。采纳渐进式安全钳、钳块，不能用钢铁制品或钢铁表面无火花镀层处理。因为渐进式安全钳在制动时有一段滑移过程。在这个过程中会将无火花处理的表面化失去保护层，会产生火花
        2．从结构上减少磨擦
        单速或交流双速电机的制动器应安装在防爆外壳内部。如选用变频控制的电机，采纳VF拖动的电梯，由于是零速制动，则制动器的制动轮与制动块间、可不需要防爆保护。
    对减速箱的轴承处，电机与轴承，导轮等在高载荷下运转的轴承处要选用等级高的轴承或坚持润滑。如采纳夹绳器则夹绳器表面在作用时其表面不能产生火花。
        3．从材料选择上防止机械火花出现
        对易产生重度撞击的部位应采纳不发火材料，如限速制动时的撞击处、安全钳工作时的钳口处、用于ⅡC级的电梯轿厢四周及轿厢地板处。
        安全钳是电梯轿厢发生坠落最后一道安全措施。因此，安全钳是电梯的关键部件之一。为了保证安全钳能可靠的将超速坠落的电梯轿厢制停在导轨上，安全钳的钳块必须有一定的硬度。因此，安全钳的钳块是45＃钢制作。其表面硬度HRC40~45。为了防止安全钳在制停时产生火花，必须对钳块采用无火花措施。目前国内生产的防爆电梯的钳块采纳铍青铜和钳块镀层处理。但铍青铜的硬度一般在HRC35左右。作为安全钳钳块易产生打滑，不能可靠的将轿厢制停。而钳块镀层处理坚持了钳块的硬度。但镀层易磨损，最多只能用于瞬时安全钳：适用于电梯运行速度0.63m/s以下的电梯。目前苏州东南电梯公司采纳了新的材料，其硬度超过HRC40足以保证能制停轿厢又不发生火花该材料能适用渐进式安全钳。可以用于速度1m/s〔60m/min〕的电梯。
        用于ⅡC级的电梯轿厢四周邦板和轿底亦可采纳非金属材料，但必须合计防静电措施。
        电梯缓冲器应为非金属材料，其非金属缓冲器材料表面电阻不得大于109Ω。防爆电梯的保养及检修人员必须使用无火花的防爆工具。
        4．从管理上防止偶然产生撞击
        防爆电梯修理保养必须制造厂家认定的并有修理资质的保养单位进行修理保养。维保防爆电梯的人员必须进行防爆知识培训。
        对防爆电梯的保养要采用事先防护保养为主。防止电梯超速发生限速器安全钳动作。常常检查润滑部位。防止轴承及曳引绳发生干磨擦。曳引绳发现断丝时应及时改换。
        对使用电梯的人员强化文明使用电梯教育。不准野蛮使用和野蛮装卸，严格执行防爆电梯使用规则。
        防爆电梯的机械防爆。目前还有许多问题要进一步探讨。本文所探讨机械防爆只是合计到电梯正常安全使  用状况下的机械防爆措施，还不包括由于安装不到位如栏绳板与曳引绳磨擦、曳引绳与水泥楼板磨擦、补偿链与导轨支架碰撞，轿厢与层门的碰撞等。因此防爆电梯的机械防爆，不但制定制造上要合计，在安装验收时对安装中的质量也是极其重要的。