隔爆外壳的设计
矿用隔爆型电气设备的外壳强度设计探讨
Ｉ ｌ蝣 ｚ ｚ
图 １ 圆筒形截面拉应力示 意图
２：
为了计算筒壁在各截面上的应 力 ， 可用截面法 ｐ 一爆炸压力 ，ａ Ｐ； 分别通过圆筒直径的纵 、 向截面将 圆筒截为两部 式 中： 横
Ｄ 一平均直径 ， ｍ；
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２０ 年第６ １６ １ 期
煤
矿
机
电
ｎ 一法兰外直径 ， ｍ； ６ 一法兰内直径 ， ｍ； ＾ 一法兰厚度 ， ｍ； Ｐ 一爆炸压力 ，ａ Ｐ。
・ １ ３・
６ 厚度 ， 一 ｍ；
［ 一许用应力。 ］
用上两式对圆筒型薄壁外壳进行强度校核或选 择所用材料 的壁厚。还要考 虑一定的安全系数 ｎ 、
壳的设计方法。 关键词 ： 矿用；隔爆型； 外壳； 设计 中图分类号 ：Ｈ １３ Ｔ ２ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： ０ — ８４ ２０ ）６ ０３ ０ １ １ ０ ７ （０６ ０ — ００— ４ ０
Ｅｎ ｌｓ ｒ ｒ ｎ ｔ ｓｇ ｆＭｉｉｇ Ｆａ ｃｏ ｕ ｅ Ｓｔ ｇ ｈ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｎ ｎ ｌｍｅ ｐ ｏ ｆＥ ｅ ｔｉａ ｐ ｒ ｔ ｓ ｅ — ｒ ｏ ｌｃ ｒ ｌ ｃ Ａｐ ａ ａ ｕ
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・
３ ０・
煤
矿
机
电
２０ 年第６ ０６ 期
矿用 隔爆型 电气设备 的外壳强度设计 探讨
钱松 ， 倪春 明
（ 煤炭工业上海电气防爆检验站， 上海 ２０６ ） ００２
摘 要 ： 运用材料力学原理 ， 对矿用隔爆型电气设备外壳进行受力分 析， 详细介 绍 了矿用隔爆 外
Ｄ Ｄ
， ｚ
ｏ Ｄ
， ，
隔爆外壳， 具有这种结构的电气设备称 为隔爆型电 气设备 。本文针对隔爆外壳的强度问题提出初浅看
隔爆型灯具的防爆外壳要求
隔爆型灯具的防爆外壳要求[摘要]隔爆型灯具主要用于工厂、矿井等地,隔爆外壳是这类隔爆型防爆电气设备的关键部件。
文章简要介绍了隔爆型灯具防爆原理以及在防爆检测时主要检查的项目,并对隔爆型灯具在生产设计中对防爆外壳的要求作了详细介绍。
0引言防爆灯具一般按选用的光源、防爆结构形式以及使用方式进行分类。
按光源分类有防爆白炽灯、防爆高压汞灯、防爆低压荧光灯、混合光源灯等;按防爆结构型式分类有隔爆型灯具、增安型灯具、无火花型灯具,也可以由其他防爆型式和上述各种防爆型式组合形成复合型和特殊型灯具;按使用方式分为固定式防爆灯具和携带式防爆灯具。
隔爆型电气设备是具有隔爆外壳的电气设备。
这种设备如果有爆炸性气体混合物进入隔爆外壳并被点燃,隔爆外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力,并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性环境传播。
基于这种原理,隔爆型灯具主要是在产品结构上专门设有一定几何结构的隔爆接合面或隔爆螺纹,通过一个整体的隔爆外壳，来承受灯具内部可能产生的爆炸性混合物的爆炸压力并阻止向周围的爆炸性混合物传爆来达到防爆目的。
由于这种防爆类型的灯具外壳一般使用金属材料制造,散热性好,外壳强度高和耐用性好,很受用户欢迎。
随着石油、化工等产业的飞速发展,照明灯具在生产、仓储、救援中的使用越来越广泛,品种越来越多。
由于照明灯具在工作时不可避免地产生电火花或形成炽热的表面,一旦与生产或救援现场的爆炸性气体混合物相遇,就会导致爆炸事故的发生。
下面主要针对隔爆型灯具在防爆检测过程中对防爆外壳的要求作一简要介绍。
1对隔爆外壳的要求开发设计产品,首先应对相关国家标准全面理解,不仅仅是标准的主要条款,还要考虑标准中的细节和注解。
目前隔爆型灯具的主要检测项目有:防爆结构检查、引入装置夹紧密封试验、扭转试验、防护试验、热剧变试验、冲击试验、绝缘介电强度试验、外壳耐压试验、内部点燃不传爆试验、温度试验等项目。
防爆灯具最基本的功能就是使光源能在爆炸性环境中安全可靠的使用。
防爆产品外壳设计最终版
t 0.4 3
p 2 rR 2
2
= 0.4 3
1012 0.28 0.646 2 =4.36mm (300 10 6 ) 2
取整数为端盖板厚度 5mm。 法兰的刚度计算 a=297.5mm， b=265mm， 则由下表查得α=0.155， 最大间隙 W=0.25mm， 平面度 B=0.1mm, 安全系数 K=1.5，焊缝系数Φ=0.75
程 ∑Y=0，2（σ1·δ·l）－p·D·l=0 得 σ1=
pD 2
其中：σ1——直径截面上的应力； D—— 圆筒的平均直径： δ——壁厚。
P σ2
图3 若以横截面将圆筒截开，取左边部分为研究对象，如图 3 所示，并设圆筒横截面上的轴 向应力为σ2，则由平衡方程 ΣX=0，2σ·δ·πd－p
π D2 =0 4
2.方形外壳的设计计算 在实际中，除了圆筒型隔爆外壳，常见的还有方形外壳。这里我们仅对螺栓紧固型的外 壳进行分析计算。 2.1 外壳的设计 通常的隔爆外壳分为接线腔与主腔两部分，并且接线腔容积小于主腔，且结构相同， 所 以设计时只需对主腔进行强度、刚度的设计计算。
Z
X
O
Y
X
Y
图7 主腔外壳通常都是由五块等厚的矩形薄板焊接成的， 有时由于壁板面积较大， 为了加强 外壳的刚度还要焊接上加强筋。腔体与门盖接合处为矩形的焊接法兰结构。对外壳而言，5 块壁板允许有少量的弹性变形，但要承受内腔气体的爆炸压力 P，强度是最重要的，这主要 取决于钢板的厚度。在进行设计计算时，应当在直角坐标系中对矩形薄板进行受力分析， 如 图 7。 在分析时，各壁都是四周焊接的结构，在进行应力计算时，周边条件属于周界固定的形 式。 受力分析如下（见图 8） ：
腐蚀因素 C1 钢板负公差 C2
隔爆型电气设备隔爆外壳的设计要求
隔爆型电气设备隔爆外壳的设计要求摘要：防爆型电气设备是指外壳具有隔爆能力的电气设备，这类设备不仅具有较高的使用价值，其安全性能也非常可靠，是最具实用价值的一种电气设备。
当前，许多煤矿或石油化工企业都在爆炸性环境中作业，工作人员的生命安全在这种危险环境中难以得到保障，需要借助电气设备来作业，而在这种环境中作业的电气设备至少有80%为隔爆型电气设备。
对于这类设备来说，隔爆外壳设计合理与否直接关系到设备的实用性、可靠性与安全性，本文试对隔爆外壳的设计要求进行如下分析。
关键词：电气设备；隔爆型；隔爆外壳；设计要求隔爆型电气设备主要用于石油化工或煤矿等危险环境中作业，这类设备借助其隔爆外壳来确保其作业安全，其隔爆外壳具有不传爆性与耐爆性，在隔爆结构上具有特殊的参数要求。
例如，隔爆外壳虽然存在接缝，但是为了确保具有足够的隔爆性能，隔爆外壳在接缝间隙上应小于可燃性气体在实验中的最大安全间隙，若可燃性气体在进入隔爆设备外壳之后遭遇电火花，被点燃后产生的爆炸火焰将会被严密限制在隔爆外壳之中，而不会与外壳外部环境中的可燃物混合，使外部环境发生爆炸。
可以说，隔爆外壳既能保证外部环境的安全，也能保证设备本身的安全，因此隔爆外壳的设计十分重要。
一、分析爆炸压力所谓爆炸压力，是指气体生成物在产生的那一瞬间所产生的压力，为了获得理论值，实验应该在正常温度与正常压力下进行，实验环境应该密闭的，并且具有一定容积，还需要处于绝热状态下。
假设隔爆电气设备在充满9.5%浓度甲烷气体的环境中进行实验，其爆炸瞬间的温度t将会达到2100~2200℃，而爆炸前的温度一般在15~17℃左右。
根据玻义耳-马略特定律，求得爆炸后的瞬间爆炸压力为：公式（1）在这个公式中，和分别指爆炸前的压力与绝对温度，一般为1*105Pa，为（273+）℃；T则是爆炸后的绝对温度（273+t）℃。
在隔爆外壳设计中分析爆炸压力，主要目的在于发生内部爆炸时可以避免壳体发生较大的变形或出现严重的损害。
圆筒形矿用隔爆型外壳设计
Ｋ ｙ ｒ ｓ： ｃ ｌ ｄ ｃ ｎ ｌ ｓ ｒ ；ｍｉｅ ｆ ｍｅ ｒｏ ｅ ｗｏ ｄ ｙ ｉ ｒ ａ ｅ ｃｏ ｕ ｅ ｎｉ ｌ ｎ ａ ｐｏｆ ｌ
１ 引 言
负载是 内压 ， 其失 效 主 要 是前 两 种形 式 。下 面是 关 于外壳 的强 度 、 刚度 、 盖和焊 缝高 度 的设 计 。 端
类 是螺栓 法兰 联接 。
含有瓦斯（ 甲烷） 的爆炸性气体混合物爆炸时， 产生 冲击压 力且伴 随有较 高温 度 。外壳失 效形式 同 压力容器一样有强度 、 刚度和稳定性失效 。外壳的
ｍｅ ｈ ｉｓ ｔ ｏ ｙ ｎ ｅａ ｔｃｔ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｈｅ ｒ ，ｔ ｅ ｏ ｃ ａ ｃ ｈｅ ｒ ａ ｄ ｌ ｓｉｉｙ ｎ ｃ ａ ｉｓ ｔ ｏ ｙ ｈ ｃ ｍｐｕ ａｉｎ ｆｒ ｌ ｓ ｏ ｈ ｅ ｃｏ ｕ ｅ ａ ｅ ｅ ｕ ｅ ｉ ｔｔ ａ ｏ ｍｕ ａ ｆ ｔ ｅ ｎ ｌｓ ｒ ｒ ｄ ｄ ｃ ｄ ｎ ｏｌ ｑ ａ ｔｔｔｖ ｄ ｓｇ ｕ ｉａｉｅ ｅ ｉｎ． Ｂｙ ｏ ｉ ｉ ｇ ｎ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ｗｉ ｔ ｒ ｌｔ ｄ ｒ ｄ ｓａ ｄ ｒ ｓ， ｔ ｅ ｙｉ ｄ ｉ ａ ｅ ｃｏ ｕ ｅ ａ ｂ ｅ ｓｌ ｔ ｈｅ ｅａｅ ｔａ ｅ ｔ ａ ｄ ｈ ｎ ｈ ｃ ｌｎ ｒｃ ｌ ｎ ｌ ｓ ｒ ｃ ｎ ｅ ａ ｉ ｙ ｄ ｓｇ ｅ ｅ ｉｎ ｄ，ｗｈ ｃ ｒｖ ｄ ｓ ａ ｐ ｗｅｆ ｌｓ ｆｔ ｕ ａ ｔｅ ｆ ｒ ｄ ｓｇ ｎ ｎ ｕ ａ ｔ ｒ ｆ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓｙ ｕ ｇ ａ ｉ ｇ ｍｉｅ ｉ ｈ ｐ ｏ ｉ ｅ ｏ ｒｕ ａｅｙ ｇ ａ ｎ ｅ ｏ ｅ ｉ ａ ｄ ｍａ ｆｃ ｕ ｅ ｏ ｏ ｔ ｒ ｎ ｎｕ ｕ ｌ ｐ ｒ ｄ ｎ ｎ ｅｅ ｔｉａ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｌ ｃｒｃ ｅ ｕ ｐ ｎ ． ｌ
防爆产品外壳设计最终版
得
σ2=
pD 4
由于 D＞＞δ，则由上两式可知，圆筒外壳内的内压强 p 远小于σ1 和σ2，因而垂直 于筒壁的径向应力很小， 可以忽略不计。 如果在筒壁上按通过直径的纵向截面和横向截面取 出一个单元体，则此单元体处于平面应力状态，如图 1 所示。作用于其上的主应力为： σ1=
pD pD ，σ2= ，σ3=0 2 4
二.外壳及主要零部件的基本计算
防爆电气产品的类型较多， 但常见的是开关类的产品， 因此我们就对开关类的进行计算 分析。就隔爆外壳形式，矿用隔爆型开关类电气设备的外壳通常可分为圆筒形和方形，下面 将分别进行讨论。
1 圆筒形的防爆产品的隔爆外壳 圆筒形的防爆产品的隔爆外壳的壁厚δ远小于圆筒的平均直径 D，在设计计算时， 当δ ≤1/10D，这类圆筒叫做薄壁圆筒。 1.1 外壳的设计 由于外壳的壁厚较小， 在内部爆炸所产生的压力下， 可以假设其好象薄膜般地进行工作， 只承受拉力的作用。因此，在圆筒壁的纵向和横向截面上，只有拉应力作用，而且认为拉应 力沿壁厚方向是均匀分布的。如图 1 所示：
t 0.4 3
p 2 rR 2
2
= 0.4 3
1012 0.28 0.646 2 =4.36mm (300 10 6 ) 2
取整数为端盖板厚度 5mm。 法兰的刚度计算 a=297.5mm， b=265mm， 则由下表查得α=0.155， 最大间隙 W=0.25mm， 平面度 B=0.1mm, 安全系数 K=1.5，焊缝系数Φ=0.75
故须用强度理论来进行强度计算。 由于防爆外壳通常用 Q235 这类塑性材料制成，所以可以用最大切应力理论或形状改变 比能理论。将单元体上各主应力代入上述各式， 得： σeq3=
pD ≤［σ］ 2
隔爆型原理
隔爆型原理
隔爆型原理是一种用于防止爆炸传播的技术，主要应用于爆炸危险环境中的电气设备和其他设备。
隔爆型原理的基本思想是将设备内部的爆炸能量限制在一个特定的区域内，以防止其传播到周围环境中。
隔爆型原理的实现通常采用以下几种方法：
1.外壳隔爆：将设备的外壳设计成具有足够强度和密封性的结构，以承受内部爆炸产生的压力，并防止火焰和爆炸产物从外壳中逸出。
2.隔离间隔：在设备内部设置隔离间隔，将爆炸危险区域与非危险区域隔离开来，以防止爆炸能量传播到非危险区域。
3.泄放通道：在设备外壳上设置泄放通道，以便在内部发生爆炸时，将爆炸产物和压力迅速排放到外部环境中，以降低内部压力，防止外壳破裂。
隔爆型原理的应用可以有效地保护人员和设备的安全，防止爆炸事故的发生。
但是，隔爆型原理并不能完全消除爆炸的危险，因此在使用隔爆型设备时，仍然需要采取其他安全措施，如防爆电气设备的正确选型、安装和维护等。
隔爆外壳的计算
隔爆外壳的计算隔爆外壳的壁厚大多是依据现有产品的数据进行选择，但是也可以进行一些简单的理论计算，作为理论根据。
隔爆外壳大多为长方形或圆筒形。
外壳的计算就是确定外壳的壁厚，法兰的厚度以及选择紧固螺钉的大小和数量。
一长方体外壳壳壁厚度的计算在计算长方体外壳壁厚时可以采用下面的公式：δ（1）式中δ壁厚的计算厚度cm；b 矩形薄板短边长度cm；k 安全系数；C 应力系数；见表1；p 设计压力，MPa；σT 薄板材料的屈服极限，MPa。
表1 应力系数 Ca为矩形薄板长边的长度cm分析式(1)和表1，可以得到薄板的边长比a/b 与薄板的厚度δ的关系，如表2所示。
表2 薄板厚度δ和边长比a/b的关系按照表2数据，可以画出长方形薄板的边长比与厚度的关系曲线，如图1所示。
图1 长方形薄板的边长比与厚度的关系曲线从图1中可以看出，长方形薄板的厚度δ随边长比a/b的增加而呈非线性地减小。
当边长比a/b=1.0，也就是说，在正方形时，薄板的厚度最大，δ=0.0237a；当边长比a/b=1.5时，薄板的厚度δ=0.0231a，此时的厚度为正方形的85％。
在长方形隔爆外壳的设计中，通常认为，长方形外壳的大侧面的长边a 与短边b之比约为3/2，是一种比较合理的结构比例，而外壳的厚度（小侧面，第三边）应该根据内部安装元器件的尺寸来确定。
在计算外壳壁厚时，只要计算得大侧面的厚度，就可以基本上确定其他壳壁的厚度了，当然，也可以将所有的壳壁的厚度计算后得到一个合适的厚度。
举例说明：试计算外形尺寸为1000mm×750mm×350mm钢制结构（Q235-A）外壳壁厚1 计算底板（1000×750 大侧面）壳壁的厚度：查表1求C：a/b=1000/750=1.33，C=0.1990；另外，令p=1MPa、σT=240MPa，k=1.3，然后，将这些数值代入式(1)，计算得到δ1=2.46cm。
2 计算顶板（750×350 小侧面1）壳壁的壁厚：查表1求C：a/b=750/350=2.1429，C=0.2208；另外，令p=1MPa、σT=240MPa，k=1.3，然后，将这些数值代入式(1)，计算得到δ2=1.21cm 。
煤矿电气设备的隔爆外壳结构优化马桂强
煤矿电气设备的隔爆外壳结构优化马桂强发布时间：2021-08-26T06:35:20.962Z 来源：《福光技术》2021年8期作者：马桂强贾中华李蒙蒙[导读] 在对瓦斯爆炸事故的诱发因素进行分析以后，以矿用电气设备的缺陷为出发点，着重分析了隔爆壳体的设计制造工艺，分别对壳体的材料选择和隔爆结合面的隔爆参数等综合指标进行控制，提高了隔爆性能，得出了隔爆壳体的最优设计制造工艺方案。
郑州煤机液压电控有限公司河南郑州 450000摘要：在对瓦斯爆炸事故的诱发因素进行分析以后，以矿用电气设备的缺陷为出发点，着重分析了隔爆壳体的设计制造工艺，分别对壳体的材料选择和隔爆结合面的隔爆参数等综合指标进行控制，提高了隔爆性能，得出了隔爆壳体的最优设计制造工艺方案。
关键词：隔爆；耐爆；隔爆壳体；隔爆结合面；隔爆间隙目前，为采用上运式输送机，大多煤矿均有上倾的巷道，瓦斯便沿着这些上倾巷道集聚在顶部与空气形成可爆的混合气体，这就为瓦斯爆炸产生了隐患。
煤矿瓦斯爆炸有许多诱发因素，其中之一就是电气设备的缺陷因素，即由于电气设备的壳体不具有隔爆性，当壳体内部产生火花或温度过高时，火花或爆炸产物传出壳体引起瓦斯爆炸。
为防止壳体内的爆炸生成物传出壳体引起外界爆炸，要求矿用电气设备的壳体必须具有隔爆性和耐爆性。
经过对多例煤矿爆炸事故原因的统计、分析和研究，在此，以电气设备的壳体为出发点，对隔爆电气外壳的制造工艺进行研究。
爆炸压力的分析爆炸压力，一般指产生气体生成物最初瞬间的压力。
在正常温度和压力下，以一定容积的密闭容器在绝热状态下试验，根据波义耳—马略特定律，爆炸后的压力当壳体内部发生爆炸时，为防止壳体由于内部压力过大发生变形或损坏，须对它的材质强度进行加强。
除了通过材质强度增强壳体的耐爆能力外，还需考虑其他一些影响爆炸压力的因素，比如：壳体容积、散热面积和隔爆参数等。
经有关实验证明，实际爆炸压力几乎和容积的大小无关，但在容积相同时，散热面积的不同对爆炸压力的影响较为显著，且外壳结构中所存在的间隙对爆炸压力的影响也较大。
隔爆外壳固定孔要求
隔爆型”d”是电气设备的一种防爆型式，其隔爆外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙进入隔爆外壳内部的爆炸性混合物在内部爆炸而不损坏，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸气形成的爆炸性气体环境的点燃。
GB3836.2-2010第11.5条对于隔爆外壳及其紧固件与相关的孔有明确要求：“紧固件不应穿透隔爆外壳壁，除非它们与壳壁构成隔爆接合面并且与外壳不可分开，例如使用焊接、铆牢或其他等效方法”。
隔爆外壳及其紧固件与相关的孔装配型式，主要分为两种：
1．外法兰型式隔爆外壳：隔爆外壳紧固件在设备壳体外侧法兰（平面接合面）开孔，该平面接合面紧固件孔的两侧均不与腔体内部贯通，不构成隔爆设备的外壳壁，紧固件与孔需满足GB 3836.1-2010第9.3条螺纹啮合深度、公差和间隙等要求即可。
2．内法兰型式隔爆外壳：设备壳盖法兰与壳体内侧法兰形成平面接合面防止腔体内侧与外侧贯通，该平面接合面构成隔爆设备的外壳壁，因此该接合面装配紧固件需满足GB3836.2-2010第11.5，11.6，11.7条：紧固件不应穿透隔爆外壳壁；对于不穿透隔爆外壳壁的螺孔或双头螺栓孔，隔爆外壳壁的剩余厚度应至少是螺栓或双头螺栓直径的三分之一，最小为3mm；当螺栓不带垫圈被完全拧入到隔爆外壳壁的盲孔中时，
在孔的底部因至少保留一整扣螺纹的余量。
如下图所示设备中壳体内侧法兰（平面接合面）紧固件孔穿透设备壳体，不符合标准要求。
隔爆壳体的设计研究
２系统结构 系统结构如图ｌ所示。主要有井上和井下两部
分设备组成，井上有绞车房信号显示画面柜，二楼卸 载站操作台、ＰＬＣ控制柜，一楼打点操作箱；井下有 一水平打点箱，操作硐室里的接线箱、电源柜、ＰＬＣ 控制柜和操作台。其中二楼操作台里还装有一台 ＰＬＣ，主要用于箕斗的自动卸载控制，操作硐室里的 ＰＬＣ柜主要用于井下装载的自动控制。整个系统占 用了１９芯井筒电缆。 ３设计特点 ３．１信号系统的设计
张平．刘冬梅。张优明 （上海太屯能源股份有限公司孔庄矿，江苏沛县２２１６００）
摘要：介绍了上海能源股份有限公司孔庄煤矿主井提升机信号系统、装栽系统采用可编程
序控制器集中控制模式，可与各种提升机电揎系统进行接口配套，完成各种矿井的主、副井单水平、
多水平的提升机信号系统的任务，同时还可实现自动装载。系统具有手动运行方式、检修运行方
信号系统采用了ｓＲ一２２型可编程序控制器进 行控制，并为绞车电控系统提供信号接口，工作电压 为交流１１０ Ｖ。信号系统分２种工作方式：手动方
当电气过载或短路，引起壳内的油或有机绝缘 物分解生成的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ燃性气体爆炸，其火焰传出外壳时， 由于隔爆构造参数对弧光短路目前还无法达到隔爆 要求，因此只能在电气方面加强绝缘，保证质量，或 采用迷宫式结构。如电缆用电子管式的保护方法来 达到防爆目的或者严格控制瓦斯的浓度。
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Ｆｉｇ·２ Ｔｈｅ ｂａｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅ］ａｌｅｓ ｗｉｔｈ ｃｌｅｆｔ
隔爆外壳的计算
隔爆外壳的计算隔爆外壳的壁厚大多是依据现有产品的数据进行选择，但是也可以进行一些简单的理论计算，作为理论根据。
隔爆外壳大多为长方形或圆筒形。
外壳的计算就是确定外壳的壁厚，法兰的厚度以及选择紧固螺钉的大小和数量。
一长方体外壳壳壁厚度的计算在计算长方体外壳壁厚时可以采用下面的公式：δ（1）式中δ壁厚的计算厚度cm；b 矩形薄板短边长度cm；k 安全系数；C 应力系数；见表1；p 设计压力，MPa；σT 薄板材料的屈服极限，MPa。
表1 应力系数 Ca为矩形薄板长边的长度cm分析式(1)和表1，可以得到薄板的边长比a/b 与薄板的厚度δ的关系，如表2所示。
表2 薄板厚度δ和边长比a/b的关系按照表2数据，可以画出长方形薄板的边长比与厚度的关系曲线，如图1所示。
图1 长方形薄板的边长比与厚度的关系曲线从图1中可以看出，长方形薄板的厚度δ随边长比a/b的增加而呈非线性地减小。
当边长比a/b=1.0，也就是说，在正方形时，薄板的厚度最大，δ=0.0237a；当边长比a/b=1.5时，薄板的厚度δ=0.0231a，此时的厚度为正方形的85％。
在长方形隔爆外壳的设计中，通常认为，长方形外壳的大侧面的长边a 与短边b之比约为3/2，是一种比较合理的结构比例，而外壳的厚度（小侧面，第三边）应该根据内部安装元器件的尺寸来确定。
在计算外壳壁厚时，只要计算得大侧面的厚度，就可以基本上确定其他壳壁的厚度了，当然，也可以将所有的壳壁的厚度计算后得到一个合适的厚度。
举例说明：试计算外形尺寸为1000mm×750mm×350mm钢制结构（Q235-A）外壳壁厚1 计算底板（1000×750 大侧面）壳壁的厚度：查表1求C：a/b=1000/750=1.33，C=0.1990；另外，令p=1MPa、σT=240MPa，k=1.3，然后，将这些数值代入式(1)，计算得到δ1=2.46cm。
2 计算顶板（750×350 小侧面1）壳壁的壁厚：查表1求C：a/b=750/350=2.1429，C=0.2208；另外，令p=1MPa、σT=240MPa，k=1.3，然后，将这些数值代入式(1)，计算得到δ2=1.21cm 。
防爆外壳的设计及工艺
二、防爆外壳（Ⅰ 类）的设计及工艺
2.外部（壳）设计
2.3.4前（门） 带设置按钮观察窗 其他按钮等组成。 注意：保证橡胶板压缩量≥1mm 钢化玻璃嵌入视窗座宽度标准 规定≥12.5mm（粘结宽度） 钢化玻璃需满足冲击试验等。 常用观察窗已足够设计使用 参见通用件。
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防爆外壳（Ⅰ 类）的设计及工艺 GB3836-2010
2.外部（壳）设计
接线端子
L≥12.5 间隙i≤0.3 粗糙度6.3
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注：安装板（隔爆板）厚度应为14或者16 接线柱标准采用：JB.T4002-2013接线端子
防爆外壳（Ⅰ 类）的设计及工艺 GB3836-2010
二、防爆外壳（Ⅰ 类）的设计及工艺
2.外部（壳）设计
2.3.2（上）盖 新规定盖板紧固件需加防护措施，防止因螺栓被撞坏使得隔爆 性能失效。 措施两种：①螺栓加护套；②盖板沉孔，螺钉埋于盖板内；
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防爆外壳（Ⅰ 类）的设计及工艺 GB3836-2010
二、防爆外壳（Ⅰ 类）的设计及工艺
设计基础
2.不传爆性能要求：隔爆外壳主要是根据间隙隔爆的原理设计， 它是一种路径隔爆，隔爆间隙取决于两个因素： ①隔爆接合面间隙 ic ： 外壳与门结构方式有两种：快开门（≤0.3）和螺钉门（≤0.4） 为防爆站要求，企业标准和执行力度会更为严格（≤0.25）。 测量工具：塞尺。
二、防爆外壳（Ⅰ 类）的设计及工艺
设计外壳：内部设计和外部（壳）设计，从内向外设计的原则。 1.内部设计
①内部电气元器件要布局结构紧凑，布局合理，便于安装、调试、 使用和维护（经验），安装板材料可选钢板、环氧板、铝板等。 注意：要保证电气间隙和爬电距离要满足要求（不同电压等级）。
隔爆外壳的计算
隔爆外壳的计算隔爆外壳的壁厚大多是依据现有产品的数据进行选择，但是也可以进行一些简单的理论计算，作为理论根据。
隔爆外壳大多为长方形或圆筒形。
外壳的计算就是确定外壳的壁厚，法兰的厚度以及选择紧固螺钉的大小和数量。
一长方体外壳壳壁厚度的计算在计算长方体外壳壁厚时可以采用下面的公式：δ（1）式中δ壁厚的计算厚度cm；b 矩形薄板短边长度cm；k 安全系数；C 应力系数；见表1；p 设计压力，MPa；σT 薄板材料的屈服极限，MPa。
表1 应力系数 Ca为矩形薄板长边的长度cm分析式(1)和表1，可以得到薄板的边长比a/b 与薄板的厚度δ的关系，如表2所示。
表2 薄板厚度δ和边长比a/b的关系按照表2数据，可以画出长方形薄板的边长比与厚度的关系曲线，如图1所示。
图1 长方形薄板的边长比与厚度的关系曲线从图1中可以看出，长方形薄板的厚度δ随边长比a/b的增加而呈非线性地减小。
当边长比a/b=1.0，也就是说，在正方形时，薄板的厚度最大，δ=0.0237a；当边长比a/b=1.5时，薄板的厚度δ=0.0231a，此时的厚度为正方形的85％。
在长方形隔爆外壳的设计中，通常认为，长方形外壳的大侧面的长边a 与短边b之比约为3/2，是一种比较合理的结构比例，而外壳的厚度（小侧面，第三边）应该根据内部安装元器件的尺寸来确定。
在计算外壳壁厚时，只要计算得大侧面的厚度，就可以基本上确定其他壳壁的厚度了，当然，也可以将所有的壳壁的厚度计算后得到一个合适的厚度。
举例说明：试计算外形尺寸为1000mm×750mm×350mm钢制结构（Q235-A）外壳壁厚1 计算底板（1000×750 大侧面）壳壁的厚度：查表1求C：a/b=1000/750=1.33，C=0.1990；另外，令p=1MPa、σT=240MPa，k=1.3，然后，将这些数值代入式(1)，计算得到δ1=2.46cm。
2 计算顶板（750×350 小侧面1）壳壁的壁厚：查表1求C：a/b=750/350=2.1429，C=0.2208；另外，令p=1MPa、σT=240MPa，k=1.3，然后，将这些数值代入式(1)，计算得到δ2=1.21cm 。
矿用隔爆型电气设备外壳设计原则全套
矿用隔爆型电气设备外壳设计原则全套-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。
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，并且用一股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。
二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/T3836.2-2021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。
压力变送器隔爆设计
压力变送器隔爆设计是指将压力变送器外壳设计为隔爆标准壳体，其设计、制造和装配过程需严格遵循相关规范和管理办法，以确保壳体内的爆炸不会引发壳体外风险性气体的爆炸
隔爆型压力变送器选用高精度、高稳定性压力传感器组件，其全密封焊接的封装技术和完善的装配工艺确保了产品的优异质量和最佳性能。
此外，隔爆外壳作为隔爆型压力变送器的关键部分，必须满足外壳机械强度条件和控制接合面间隙不传爆条件，以确保其能够承受内部爆炸压力并阻止内部爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播。
防爆壳标准
防爆壳标准
防爆壳必须具备以下设计要求：
1. IP防护等级要求：对于隔爆型外壳，粉尘防爆电气设备的外壳必须达到两类要求：
①尘密外壳：外壳的结构设计成隔尘结构，粉尘不能进入，外壳的防外物能力为6级。
②防尘外壳：不能完全防止粉尘进入，但进入量不足以影响电气设备的正常运行，外壳防外物能力为5级。
气体隔爆外壳要求外壳的防护能力必须达到IP54以上。
本安型防爆外壳对外壳的要求相对要低，只需IP20以上即可。
2. 材料选择要求：对于隔爆型外壳，要求外壳材料应热稳定性好，强度够，能承受爆炸压力而不损坏和变形，其隔爆接合面应能承受爆炸而不传爆。
一般可以采用铸铁、碳钢、不锈钢等材质。
3. 非金属部件要求：防爆外壳的非金属部件应能满足相关标准的耐热耐寒要求、光老化、火焰烧蚀试验等。
4. 外壳的外观要求。
以上是防爆壳的一些标准，具体会因产品类型、使用环境等因素而有所不同。
如果需要更详细的信息，建议咨询相关行业的专家或查阅具体的行业标准。
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防爆电器丛书隔爆外壳的设计刘让编着二零零七年八月浙江乐清隔爆外壳的设计刘让编着一概述防爆产品的外壳设计，特别是隔爆型外壳的设计已有许多方法，本文想从理论基础说起，尽量避免繁琐的高等数学的计算，并简化计算以达到实用性强、易掌握的目的。
使防爆产品的质量有更大的提高。
本文主要针对从事防爆产品设计和防爆外壳工艺的技术人员，并具有中专学历以上的人员学习，隔爆外壳的设计包括两个方面的内容：1.隔爆参数的设计；2.外壳强度的设计。
外壳的隔爆参数主要是指隔爆结合面的形式、隔爆面间隙和结合面的宽度以及结合面的粗糙度等，这些参照GB3836 的有关内容正确选择就可以。
近年来，随着技术的发展，方壳和快开门结构使用越来越多，外壳主腔使用螺钉紧固逐渐减少(但在厂用防爆产品中仍用的较多)，矿用产品螺钉紧固方式大多用于接线箱和一些小产品中，因此新的结合面紧固方式也是外壳设计的主要部分。
外壳的强度设计，是如何用最少的材料设计出强度足够的隔爆外壳，这也是许多专家研究的课题，至今尚未见到一种成熟而又精确的计算方法，设计中采用经验数据较多，有的通过试验来验证，浪费材料和裕度过大是常见的。
二外壳设计的理论基础1 虎克定律公式△LPL EA杆受拉力纵向伸长△L=L1－L (图1)单位长度杆的纵向伸长(线应变)：ε= PLP 轴向力A 杆的横截面E 弹性模量 MPaEA 杆的抗拉(压)刚度这样虎克定律的另一表达式 ε=σ= P杆中的正应力(拉为正，压为负) E A2 低碳钢试件的拉伸图 （1）标准试样(图 2) L 工作段在这一长度内任何横截面上的应力均相同L=10d 或 L=5dL=11.3.或 L =5.65（2）低碳钢试样的拉伸图 (图 3)Ⅰ弹性阶段△LPL。
EAⅡ屈服阶段试件长度急剧变化，但负载变动小。
Ⅲ强化阶段要继续伸长，所需要克服试件中不断增长的抗力，材料在塑性变形中不断发生强化所致，这阶段塑性变形。
Ⅳ局部变形阶段试件伸长到一定程度后，负载读数反而逐渐降低，出现”颈缩”现象，横截面急剧减小，负载读数降低，一直到试件拉断。
（3）卸载规律在强化阶段如果终止加载，在终止加载过程中，负载与伸长量之间遵循直线关系，此直线b c 和弹性阶段内的直线o a 近似平行，这过程为卸载，并将卸载时负载与试件的伸长量之间遵循的直线关系的规律称为材料的卸载规律。
(图4)由此可见，在强化阶段中，试件的变形实际上包括了弹性变形△Le 和塑性变形△Ls两部分，在卸载过程中，弹性变形逐渐消失，只留下塑性变形。
若重新加载，仍从c点开始，一直到b点，然后沿原来的曲线。
若对试件预先施加轴向拉力，使之达到强化阶段，然后卸载，则再加负载时，试件 在弹性范围内所能承受的最大负载将增大，这称为材料的冷作硬化现象，这可用来提高 材料在弹性范围内所能承受的最大负载。
（4）应力—应变曲线或σ—ε曲线 (图 5)比例极限：A 点以下，应力和应变成正比，符合虎克定律 σp弹性极限：弹性阶段最高点 B ，是卸载后不发生塑性变形的极限 σeσp 与 σe 数值相差不多，可统称弹性极限。
屈服极限：屈服阶段σ有幅度不大的波动，最高点 C 应力为屈服高限，D 点为屈服低限。
从试验结果可知，屈服低限较为稳定，故称为屈服极限 σs强度极限：强化阶段的 G 点为最高点，此点应力达到最大值，称为强度极限 σb对低碳钢来讲，极限应力：σs ，σb 是衡量材料强度的两个重要指标。
延伸率：LL 1×100%L(L ＝10d 时)L 1 拉断后的杆长；L 原长'泊桑比μ横向线应变ε/，在应力不超过比例极限σp时，它与纵向线应变的绝对值之比为一常数。
μ＝︱︱3 术语和公式(1) 挠度：轴在线的点在垂直于X轴方向的线位移υ称为该点的挠度。
横截面绕其中性轴转动的角度θ称为该截面的转角。
(图6)(2) 梁(把钢板当成两端被固定支撑的梁)在弯曲时，在横截面上既有拉应力也有压应力，在中性轴为对称轴时，拉压应力在数值上相等。
M(3) 弯应力：σmax＝WZ1对圆形截面抗弯矩W Z＝321对矩形截面抗弯矩W Z＝6三经验公式πd3bh2(图7)外壳的强度问题，归根结底是外壳壁厚的计算，按照G B3836 的有关规定，爆炸压力若以静压力考虑，对Ⅰ类ⅡA 和ⅡB 产品的外壳为1MPa ；ⅡC 为1.5MPa。
受内压操作的筒体外壳壁厚的计算：PDe C230P式中：δ：筒壁厚mmP：容器工作压力MPaDe：容器内径mmφ：焊缝强度系数De＝400-500mm 采用人工单面焊接取φ＝0.7De≥600mm 采用人工双面焊接取φ＝0.95[σ]：许用拉伸应力[σ]＝σb/n σb材料的强度极限σb＝380-400 MPa (Q235)n：安全系数取3.5C：为弥补钢板负公差所增加的厚度钢板厚度在20mm 以下取C＝1；厚于20mm 取C＝0这一公式是大容器的经验公式，在防爆电器中壁厚大于20mm 的很少，所以系数C要酌情考虑。
四大型矩形外壳的计算基础1 考虑材料塑性时梁的极限弯矩一般的计算考虑材料是在弹性范围内工作，我们需要要进一步研究材料在受到弯曲时的最大正应力达到材料屈服极限以后的弯曲问题。
纯弯曲时，梁的容许弯矩 [W]＝W ×[σ] *由以下分析可知，对于塑性材料制成的梁，以此[W]为梁的容许弯矩在强度方面尚未发 挥材料的潜力。
把低碳钢的σ—ε曲线简化(1) 当应力不超过σS 时，材料符合虎克定律；(2) 拉伸、压缩时的弹性模量相等，σS 也相等；(图(3) 应力达到σS 后，应变在此应力下增加，当外 到一定时，距中性轴最远的应力为σmax ＝σS 时M S ＝σS ×W ，这即(*)式所允许的最大弯矩， 材料并无塑性变形。
(图 9) 正应力将按σS 值 σS ，此时的弯矩，就是考虑材料塑性时的极限弯矩 M jx ，(图 1时横截面上各点均发生塑性变形，在不增加外 下，整个梁将继续变形，前已说，由于 发生强化作用，实际的M jx 比理想值 要大。
具体分析一下M jx 的变化。
面上的法向内所有元素所组成的合力 N ＝0 (图 11)A 1SAaSN ＝ σ dA ＋ (-σ )dA ＝0得 A 1＝A aA 1：受拉面积A a ：受压面积N ＝0 也是确定中性轴位置的条件，在此条件下，法向内力元素所组成的力偶矩就2是梁的极限弯矩M jxA 1SAaSM jx ＝y σ dA ＋ (-y)(-σ )daA 1Aa＝σS [ ydA ＋ y dA]＝σS (S 1＋S a )对于具有水平对称轴的横截面S 1＝S a ＝S ；S 1＋S a ＝2SS 为半个横截面的面积对中性轴的面积矩 ∴ M jx ＝σS W SW S ＝2SW S 为塑性抗弯截面模量 (cm 3) 对于矩形截面 (图 12)S ＝ A × h ＝b × h × h ＝bh 2 4 2 4 8∴ W S ＝2S ＝ bh 24将 M jx ＝σS W S 与 M ＝σS W 相比较得：M jx ＝ W SM W对不同的截面形状M jx /M 的比值不同，但都大于 1，所以，在考虑材料塑性时梁的容许弯矩[M jx ]也就相应地会比[M]有所增大。
见下表：几点说明：1 初绕度实际上是利用材料的卸载规律，提高材料的强度；(图13a)2 板材焊筋是提高零件的抗弯矩；(图13b)3 板材上压筋是综合1,2 的效应，即既利用卸载规律又提高抗弯矩。
(图13c)4 对薄板而言，板材是绕着X,Y 轴弯曲的，因而板材的变形是X,Y 两方向的综合。
(图14a 、14b 、14c)四 矩形薄板大挠度近似计算方法 近似计算的两个要点：1 掌握并集中考虑矩形薄板的最大应力部位(1) 对侧压均布的薄板的最大应力部位与最大形变部位是相对应的；(2) 最大变形如边界是刚性的，是在垂直于长边的中点方向；(3) 最大应力点在矩形板的中心，向长边垂直方向。
(图15)2 把变形的弹性面理想化为圆弧组成。
近似计算的几何关系(形变和位移关系)，把矩形板的最大变形线看成一个长板条。
(图 16)AB ＝矩形的短边 a下面受压，板条上弯，形成 p AB ，曲率半径为 X ， p AB 中心点在O ，AB 与 p AB 将有一 最大挠度f ，X 以度计。
p AB 2 ＝ 2XX360D(1)令 n ＝Xxa 2 或＝ n XXa 2 代入(1)p AB2 nana隔爆外壳的设计＝X X×2 360D2＝X X×57.2957 2(2)隔爆外壳的设计x板条按 X 轴向的应变：p AB an x ＝ 22 ＝ X X－1(3)a 57.29572∵＝sin1a＝sin 112Xn Xsin 1 1nx ＝n X X －1(4)57.2957同样，沿 Y 轴向(即沿长边方向)的应变sin11 n yy ＝n y57.2957－1(5)这就是简化的几何方程。
应力与应变的关系，即物理方程1x ＝ E 1 y ＝E( x－ y )(y －X )(6)式中 E ＝206GPa＝0.3 (钢)(4)、(5)、(6) 可以画出以n x 、x 为坐标的曲线但是公式中(6)每一组都有x 、y ，不能单独与(4)、(5)代入求解，但是x 与y 有一定的关系。
长边比短边的比例值大时，可以认为y ＝017)长边接近短边时(或相等时)，y ＝x1这样可以作出两条曲线，中间再作出一条y＝ 2x 的曲线，作为内插参考。
(图隔爆外壳的设计隔爆外壳的设计2 2对于受力条件及边界条件，采用无矩理论的大挠度理论：P X＋ y＝(7)X y h式中y ，x为任意一点在x ，y 方向的拉应力(薄膜应力)；x ,y为这点曲面在x ，y 方向的曲率半径；P为板面所受的均布载荷，h 为板厚(单位须与 x , y 一致)。
(7) 是静力学公式，是 y ， X 的二元一次方程，要找到x ，x 和y ，y 的近似 关系简化成一元方程。
矩形薄板在侧压下变形与它的长短边 a ,b 有以下关系：挠度 fa 2 8Xb 28 y∴ X＝ ay b(8)从前图知p AB 2＝ X X (这里 X 以弧度计)隔爆外壳的设计xy ρρ x x 3 233 4又x ＝sin 1a2 X33根据sin x ＝x ＋ 1 × x ＋ 1 ×3 × x＋…… 取前两项2 3 2 4 5可将 x 向的应变值为：x＝xx－1＝ aa 4822同理b 3y ＝48 2因此a 3 x＝ x xyyb2ya×b ＝ b b 3 a4 a(9)把公式(7),(8)代入(9)得x＝ Pxa 3(1 )h b 3 ＝ Pn x aa 32(1 )h b 3(10)作为特例，当 a ＝b ，此时x ＝y上式变为＝Px＝ P2h4hn x a(11)当 b ＞a 时＝P x＝ Ph2hn x a (12)这和通常材料力学求球面应力公式相当。