CN112867296B - 一种潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隔爆外壳技术领域.公开了一种潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳，包括隔爆箱、格兰接头、防爆挠性管和防爆填料盒；防爆填料盒包括盒体、中心轴、钢丝滤网和波纹板；中心轴固定于盒体内部，钢丝滤网沿中心轴的轴向间隔设置于盒体中，波纹板填充于相邻两层钢丝滤网的间隔中，隔爆箱和盒体上均设置有多个格兰接头，并通过防爆挠性管对应连接。本发明还提供了一种潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳的测试方法。其有益效果在于：可将隔爆箱中的高压气体泄至防爆填料盒中，同时通过合理的设计防爆填料盒体积和孔波纹板的填料量，可以减小隔爆箱的厚度，一方面能够显著降低隔爆装置成本，另一方面能够增加隔爆装置安装便捷性。
Description
技术领域
本发明涉及隔爆外壳技术领域，具体涉及一种潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳及其测试方法。
背景技术
隔爆外壳是一种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混合物传播的电气设备外壳。实际应用中，多数在爆炸性环境中使用到隔爆外壳，目前存在的问题是：一般爆炸发生后首先通过隔爆外壳隔离爆炸，但是随着爆炸压力的上升，若压力增长速度过快且不及时进行泄放，极易导致隔爆外壳因耐压强度不够发生破裂，从而导致爆炸火焰及冲击波从破裂处扩散，如若此时周围存在可燃气体，则可能发生二次爆炸，造成严重后果。目前行业内对这个问题的解决措施，大多是通过增加隔爆外壳的厚度来提高耐压强度。但是，这种方式也存在局限性：随着隔爆外壳厚度的增加，整个隔爆外壳的重量会显著增加，长期使用过程中安装稳定性和安全性很难保证。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，具有泄压功能，隔爆外壳重量可控的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳。
本发明的另一目的在于提供一种隔爆外壳重量的测试方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳，包括隔爆箱、格兰接头、防爆挠性管和防爆填料盒；所述防爆填料盒包括盒体、中心轴、钢丝滤网和波纹板；所述中心轴固定于盒体内部，所述中心轴的两端分别与盒体的底部和顶部连接，所述钢丝滤网沿中心轴的轴向间隔设置于盒体中，并与中心轴连接，所述波纹板填充于相邻两层钢丝滤网的间隔中，所述隔爆箱和盒体上均设置有多个格兰接头，并通过防爆挠性管对应连接。
进一步地，所述隔爆箱包括扣合连接的箱体和箱盖；所述箱体和箱盖的扣合处设置有可更换的衬套，所述箱体和箱盖的四周均匀分布多个螺栓孔。
进一步地，还包括压力传感器，所述压力传感器与隔爆箱螺纹连接。
进一步地，所述防爆填料盒呈圆筒状，所述波纹板由多层不锈钢带压制而成。
根据上述的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳的测试方法，包括如下步骤：
S101、用一根防爆挠性管通过格兰接头将隔爆箱和防爆填料盒连接，其他未使用格兰接头用封堵原件封堵好；
S102、将波纹板填充在防爆填料盒中，再将压力传感器与隔爆箱螺纹连接；
S103、测试过程中，通过压力传感器传出的信号记录爆炸瞬间隔爆箱里的最大泄放压力Pmax1；根据隔爆外壳壁厚计算公式计算出在连接一个防爆挠性管时，当爆炸泄放压力为Pmax1时，隔爆箱外壳需要的最小厚度δ1；
S104、根据材料质量和体积的关系，确定隔爆箱的重量。
进一步地，当隔爆箱呈长方体结构时，其壳体厚度的测试方法如下：
S101、用一根防爆挠性管通过格兰接头将隔爆箱和防爆填料盒连接，其他未使用格兰接头用封堵原件封堵好；
S102、将波纹板填充在防爆填料盒中，此时波纹板的填充量为100％，再将压力传感器与隔爆箱螺纹连接；
S103、测试过程中，通过压力传感器传出的信号记录爆炸瞬间隔爆箱里的最大泄放压力Pmax1；
根据长方体隔爆外壳壁厚计算公式：
其中，δ-平面薄板的计算厚度，b-矩形薄板短边的长度，k-安全系数，c-应力系数，P-设计压力，δT-薄板材料的屈服极限；
计算出在连接一个防爆挠性管时，当爆炸泄放压力为Pmax1时，隔爆箱外壳需要的最小厚度δ1；
S104、根据材料质量和体积的关系，确定隔爆箱的重量。
进一步地，当隔爆箱呈圆筒结构时，其壳体厚度的计算方法如下：
S101、用一根防爆挠性管通过格兰接头将隔爆箱和防爆填料盒连接，其他未使用格兰接头用封堵原件封堵好；
S102、将波纹板填充在防爆填料盒中，此时波纹板的填充量为100％，再将压力传感器与隔爆箱螺纹连接；
S103、测试过程中，通过压力传感器传出的信号记录爆炸瞬间隔爆箱里的最大泄放压力Pmax2；
根据圆筒隔爆外壳壁厚计算公式：
其中，其中，δ-圆桶薄壁的计算厚度，P-设计压力，Di-圆桶薄壁的内径，[σ]t-设计温度下圆筒材料的许用应力，φ-焊缝系数；
计算出在连接一个防爆挠性管时，当爆炸泄放压力为Pmax2时，防爆箱外壳设计需要的最小厚度δ2；
S104、根据材料质量和体积的关系，确定隔爆箱的重量。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、本发明的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳，包括隔爆箱和防爆填料盒，该装置能够满足防爆要求，在易燃易爆场所安全使用；利用防爆挠性管将隔爆箱和防爆填料盒连接，可将隔爆箱中的高压气体泄至防爆填料盒中，同时通过合理的设计防爆填料盒体积和孔波纹板的填料量，可以减小隔爆箱的厚度，一方面能够显著降低隔爆装置成本，另一方面能够增加隔爆装置安装便捷性。
2、本发明中的防爆填料盒设计呈圆筒状，能够增大泄放面积，防爆填料盒中填充波纹板，进一步提高了泄放效率，使得泄放效果更佳。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳的结构示意图；
图2示出了根据本发明中的波纹板的结构示意图；
图3示出了根据本发明中隔爆箱的结构示意图
图中，1为隔爆箱；2为格兰接头；3为防爆挠性管；4为防爆填料盒；5为波纹板；6为螺栓孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1-图3所示的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳，包括隔爆箱1、格兰接头2、防爆挠性管3和防爆填料盒4；所述防爆填料盒4包括盒体、中心轴、钢丝滤网和波纹板5；所述中心轴固定于盒体内部，所述中心轴的两端分别与盒体的底部和顶部连接，所述钢丝滤网沿中心轴的轴向间隔设置于盒体中，并与中心轴连接，所述波纹板填充于相邻两层钢丝滤网的间隔中，所述隔爆箱1和盒体上均设置有多个格兰接头2，并通过防爆挠性管3对应连接。隔爆箱1采用钢板或铸钢材料制成、实际使用中，根据需要计算确定格兰接头2的用量，暂时用不到的则需用封堵原件进行封堵。封堵原件采用Q345制成，形状为阶梯状。采用防爆挠性管3将隔爆箱1和防爆填料盒4连接，能够对隔爆箱1进行泄压，降低隔爆箱1中气体的压力，有效控制隔爆箱1的厚度和重量。
所述波纹板5由多层不锈钢带压制而成，防爆填料盒4呈圆筒状，内部从上到下设置有多层平板状钢丝滤网，并通过中心轴加固，不锈钢波纹板5逐层填充。中心轴始终贯穿每层钢丝滤网和波纹板。其中，不锈钢波纹板片填充数量可根据实际情况增减。
所述隔爆箱1包括扣合连接的箱体和箱盖；所述箱体和箱盖的扣合处设置有可更换的衬套，通过设置衬套提高箱体和箱盖的密封效果，而且衬套可更换，提高隔爆箱1的使用寿命。所述箱体和箱盖的四周均匀分布多个螺栓孔6。箱体和箱盖之间通过螺栓固定连接，进一步提高密封效果。还包括压力传感器，压力传感器与隔爆箱1螺纹连接，用于感应隔爆箱中爆炸泄放压力的大小。
一种潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳的测试方法，当隔爆箱1呈长方体结构时，其壳体厚度的测试方法如下：包括如下步骤：
S101、用一根防爆挠性管3通过格兰接头2将隔爆箱1和防爆填料盒4连接，其他未使用的格兰接头2用封堵原件封堵好；
S102、将波纹板5填充在防爆填料盒4中，此时波纹板5的填充量为100％，再将压力传感器与隔爆箱1螺纹连接；
S103、测试过程中，通过压力传感器传出的信号记录爆炸瞬间隔爆箱1里的最大泄放压力Pmax1；
根据长方体隔爆外壳壁厚计算公式：
其中，δ-平面薄板的计算厚度，b-矩形薄板短边的长度，k-安全系数，c-应力系数，P-设计压力，δT-薄板材料的屈服极限；
计算出在连接一个防爆挠性管时，当爆炸泄放压力为Pmax1时，隔爆箱外壳需要的最小厚度δ1；
S104、根据材料质量和体积的关系(防爆箱体积和厚度相关)，确定隔爆箱的重量。
其中隔爆箱的质量m等于材料的密度ρ乘以隔爆箱体积v，即m＝ρ×v，对于长方体形状的隔爆箱，体积等于长×宽×高，这里假设隔爆箱的长为a，宽为b，隔爆箱上下壳体之间的距离为h，则隔爆箱的高为h+2δ1，因此，隔爆箱的体积为v＝a×b×(h+2δ1)，从而得到隔爆箱的质量为m＝ρ×a×b×(h+2δ1)。
连接一根防爆挠性管3时，泄压速度最慢，本实施例中计算出的隔爆箱体的厚度和重量，为爆炸泄放压力Pmax1，波纹板5填充量100％的条件下，所需要的最大厚度和最重重量。实际中可更改防爆挠性管3的数量和波纹板5的填充量，进行对应计算。
实施例2：
本实施例除以下技术特征外同实施例1：
当隔爆箱呈圆筒结构时，其壳体厚度的计算方法如下：
S101、用一根防爆挠性管3通过格兰接头2将隔爆箱1和防爆填料盒4连接，其他未使用的格兰接头2用封堵原件封堵好；
S102、将波纹板5填充在防爆填料盒4中，此时波纹板5的填充量为100％，再将压力传感器与隔爆箱1螺纹连接；
S103、测试过程中，通过压力传感器传出的信号记录爆炸瞬间隔爆箱里的最大泄放压力Pmax2；
根据圆筒隔爆外壳壁厚计算公式：
其中，其中，δ-圆桶薄壁的计算厚度，P-设计压力，Di-圆桶薄壁的内径，[σ]t-设计温度下圆筒材料的许用应力，φ-焊缝系数；
计算出在连接一个防爆挠性管时，当爆炸泄放压力为Pmax2时，防爆箱外壳设计需要的最小厚度δ2；
S104、根据材料质量和体积的关系(防爆箱体积和厚度相关)，确定隔爆箱的重量。
其中隔爆箱的质量m等于材料的密度ρ乘以隔爆箱体积v，即m＝ρ×v，对于圆筒体形状的隔爆箱，体积等于底面积×高，这里假设隔爆箱的底面半径为r，上下壳体之间的距离为h，则隔爆箱的高为h+2δ2，因此，隔爆箱的体积为v＝πr2×(h+2δ2)，从而得到隔爆箱的质量为m＝ρ×πr2×(h+2δ2)。
实施例3：
本实施例除以下技术特征外同实施例1：
隔爆箱1仍为长方体结构，隔爆箱1和防爆填料盒4通过防爆挠性管3连接，波纹板5放置于圆筒状防爆填料盒4中。具体步骤为：
S101、先用一个防爆挠性管3通过格兰接头2将隔爆箱1和防爆填料盒4连接，其他未使用格兰接头用封堵原件封堵好；
S102、将波纹板5充分填充在防爆填料盒4中，此时波纹板5的填充量为80％，再将压力传感器与隔爆箱1螺纹连接；
S103、测试过程中，通过压力传感器传出的信号记录爆炸瞬间隔爆箱1里的最大泄放压力Pmax3，此时可以通过长方形隔爆外壳壁厚计算公式：
根据上述公式可以计算出当波纹板5填料量为80％，连接一个防爆挠性管，爆炸泄放压力为Pmax3时，防爆箱外壳设计需要的最小厚度δ3。
S104、根据材料质量和体积的关系(防爆箱体积和厚度相关)，确定隔爆箱的重量。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳，其特征在于：包括隔爆箱、格兰接头、防爆挠性管和防爆填料盒；所述防爆填料盒包括盒体、中心轴、钢丝滤网和波纹板；所述中心轴固定于盒体内部，所述中心轴的两端分别与盒体的底部和顶部连接，所述钢丝滤网沿中心轴的轴向间隔设置于盒体中，并与中心轴连接，所述波纹板填充于相邻两层钢丝滤网的间隔中，所述隔爆箱和盒体上均设置有多个格兰接头，并通过防爆挠性管对应连接。
2.根据权利要求1所述的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳，其特征在于：所述隔爆箱包括扣合连接的箱体和箱盖；所述箱体和箱盖的扣合处设置有可更换的衬套，所述箱体和箱盖的四周均匀分布多个螺栓孔。
3.根据权利要求1所述的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳，其特征在于：还包括压力传感器，所述压力传感器与隔爆箱螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳，其特征在于：所述防爆填料盒呈圆筒状，所述波纹板由多层不锈钢带压制而成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101、用一根防爆挠性管通过格兰接头将隔爆箱和防爆填料盒连接，其他未使用格兰接头用封堵原件封堵好；
S102、将波纹板填充在防爆填料盒中，再将压力传感器与隔爆箱螺纹连接；
S103、测试过程中，通过压力传感器传出的信号记录爆炸瞬间隔爆箱里的最大泄放压力Pmax1；根据隔爆外壳壁厚计算公式计算出在连接一个防爆挠性管时，当爆炸泄放压力为Pmax1时，隔爆箱外壳需要的最小厚度δ1；
S104、根据材料质量和体积的关系，确定隔爆箱的重量。
6.根据权利要求5所述的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳的测试方法，其特征在于：当隔爆箱呈长方体结构时，其壳体厚度的测试方法如下：
S101、用一根防爆挠性管通过格兰接头将隔爆箱和防爆填料盒连接，其他未使用格兰接头用封堵原件封堵好；
S102、将波纹板填充在防爆填料盒中，此时波纹板的填充量为100％，再将压力传感器与隔爆箱螺纹连接；
S103、测试过程中，通过压力传感器传出的信号记录爆炸瞬间隔爆箱里的最大泄放压力Pmax1；
根据长方体隔爆外壳壁厚计算公式：
其中，δ-平面薄板的计算厚度，b-矩形薄板短边的长度，k-安全系数，c-应力系数，P-设计压力，δT-薄板材料的屈服极限；
计算出在连接一个防爆挠性管时，当爆炸泄放压力为Pmax1时，隔爆箱外壳需要的最小厚度δ1；
S104、根据材料质量和体积的关系，确定隔爆箱的重量。
7.根据权利要求5所述的潜在爆炸性气体环境用的新型隔爆外壳的测试方法，其特征在于：当隔爆箱呈圆筒结构时，其壳体厚度的计算方法如下：
S101、用一根防爆挠性管通过格兰接头将隔爆箱和防爆填料盒连接，其他未使用格兰接头用封堵原件封堵好；
S102、将波纹板填充在防爆填料盒中，此时波纹板的填充量为100％，再将压力传感器与隔爆箱螺纹连接；
S103、测试过程中，通过压力传感器传出的信号记录爆炸瞬间隔爆箱里的最大泄放压力Pmax2；
根据圆筒隔爆外壳壁厚计算公式：
其中，δ-圆桶薄壁的计算厚度，P-设计压力，Di-圆桶薄壁的内径，[σ]t-设计温度下圆筒材料的许用应力，φ-焊缝系数；
计算出在连接一个防爆挠性管时，当爆炸泄放压力为Pmax2时，防爆箱外壳设计需要的最小厚度δ2；
S104、根据材料质量和体积的关系，确定隔爆箱的重量。
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