隔爆型外壳静压试验的改进

李　祥

(凯澄起重机械有限公司，江苏江阴214429)



隔爆型外壳静压试验的改进

李祥

(凯澄起重机械有限公司，江苏江阴214429)

摘要介绍了隔爆控制箱箱体铸铁件在静压试验中碰到的问题。当ⅡC类隔爆外壳，静压试验压力由1.5MPa提高为2MPa，原有控制箱箱体无法满足要求。采用相关软件对控制箱箱体进行有限元分析，找出应力集中的危险区域，对箱体进行了结构上的改进；为了大幅提高其强度，对铸件材质进行变更；并对静压试验工装进行了调整。改进后的箱体满足了静压试验的要求，并经过多次试验验证了这些改进的有效性。

关键词隔爆控制箱；静压试验；应力；安全系数

0引言

GB 3836.2—2000 《爆炸性气体环境用电气设备 第2部分：由隔爆外壳“d”》对静压试验的要求为：对于容积大于10cm3的隔爆型产品，压力分别为1MPa(ⅡB类隔爆)、1.5MPa(ⅡC类隔爆)，加压时间为10+2s[1]。而现行新标准GB 3836.2—2010《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》提高了要求，压力分别为1.5MPa(ⅡB类隔爆)、2.0MPa(ⅡC类隔爆)，加压时间为10+2s[2]。

执行老标准进行静压试验时，隔爆控制箱箱体因容积大，特别是对于规格较大的箱体在ⅡC类隔爆要求下经常有通不过试验的情况，往往在之前的加工工序都完成，进入最后一道工序-静压试验时出现报废，之前的所有加工全部报废，必须重新投入铸件毛坯另行加工。后来发现ⅡC类隔爆控制箱箱体合格率相当低，故通常需要数量为几倍的毛坯投入，不仅浪费原材料还浪费加工工时甚至影响生产进度。当新标准提高要求时，更无法通过静压试验。

1静压试验

隔爆电气外壳的耐压试验的目的是验证外壳是否能承受内部的爆炸压力。试验时，若外壳未发生影响隔爆型式的永久变形或损坏，则认为试验合格。外壳耐压试验可以采用静压试验和动压试验。静压试验的压力介质一般选用含有防锈剂和清洗剂的水溶液，在生产中也称为水压试验。它具有成本低、安全可靠、无污染等优点。静压试验是出厂试验项目之一，静压试验的目的是正确地评判外壳强度及铸造等缺陷。静压试验须在零件精加工后进行。

控制箱静压试验的相关要求为：清除控制箱内腔的铁屑及脏物、油污后，依照控制箱的装配情况，将控制箱箱体和箱盖装配好，箱体和箱盖之间采用密封垫密封。准备好水压试验设备后，将控制箱留有透气孔，开机引水。当水从透气孔流出时，将透气孔堵住，继续注水，此时水压不断上升，观察压力表，指示达到规定值后保持一定时间、环顾一周，试验结果以结合面未发生永久性变形或外壳损坏且未通过外壳壁泄露为合格。如有铸件线状裂纹泄漏则报废。

以公司20t防爆电动葫芦上的控制箱为例进行静压试验，该控制箱外形尺寸为580×580×170(单位：mm)。在使用新标准要求进行静压试验时，原来1.5MPa压力合格的箱体现在必须承受2MPa压力才能合格。将箱体在1.5MPa压力下合格的基础上继续增加压力时，大约在超过1.6MPa时均出现裂纹，全部报废，所以必须对箱体进行改进才能满足新标准要求。

2应力分析

在原箱体不作任何改动的情况下，利用SolidWorks软件对箱体建模，用CosmosWorks对其进行有限元分析。在施加相应的制约和应力后，运行静态模型分析，当对箱体施加1.5MPa压力时，得到各个不同部位的受力情况，发现其最小安全系数[3]处仅0.86，如图1所示。并发现应力最危险区在箱体侧面与底面的连接圆角处，该区域与实际试验报废时箱体的裂纹区域是相符的。针对该危险区域将侧面与底面的圆角加大，并对局部壁厚相差较多的地方进行调整，避免局部应力集中，提高强度，增加其安全系数。在对箱体结构进行调整后，再进行同样条件下的静态模型分析后，发现原来局部应力大的地方有明显改善，如果标准要求不提高的话，在1.5MPa压力下，箱体的合格率会大大提高。但新标准要求压力须改为2MPa，并且考虑到铸件毛坯生产过程中质量控制的不稳定性，还是不能解决根本问题。这就需要大幅度提高其强度才可行。

图1　改进前1.5MPa压力控制箱箱体安全系数图解

3材质变更

如果要大幅度提高箱体的强度，仅调整其局部的结构还不能解决问题，要考虑更改材质。在综合考虑材料性能、价格、采购便利等方面因素后，决定将材质由原来的灰铸铁HT200改为球墨铸铁QT450-10。

将侧面与底面的圆角改大，并将材质进行更改后再次进行有限元分析，最小安全系数显著增加，将压力增加至2MPa，静态模型分析后得到其最小安全系数为2.51倍，如图2。

图2　改进后2MPa压力控制箱箱体安全系数图解

4改进后的静压试验

对箱体模具和材质调整后，制作出样品进行静压试验。当压力增加到1.6~1.8MPa时，压力泄露，经检查箱体并无开裂现象，压力是从试验工装的密封处泄露的，之前密封材料主要是密封垫，靠平面压紧来密封，当压力增大到一定值时，密封垫压紧力不够，压力泄露。后将密封垫改为O型密封圈，采用止口安装方式，最终使压力成功加至2MPa，经保持时间后，铸件无异常，控制箱箱体成功通过了2MPa静压试验，具体见图3。后将此改进过程应用于其它多个规格，经多次试验，证明此次改进是有效的。

图3　控制箱静压试验

5结语

综上所述，对于容积大的铸件，采用灰铸铁HT200的铸件在不能满足静压试验的要求时，可以通过有限元分析，找出最大应力处，进行相应的结构调整，有效地增加其安全系数。在结构进行优化以后还是不能很好地满足要求的话，进行材质的变更可以大幅度地提高其安全系数。通过软件的分析，可以快速有效地解决问题。

参考文献

[1]GB 3836.2—2000 爆炸性气体环境用电气设备 第2部分：由隔爆外壳“d”.绕线转子三相异步电动机技术条件.

[2]GB 3836.2—2010 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备.

[3]闻邦椿.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2010.

Improvement of Static Pressure Test for Flameproof Enclosure

LiXiang

(Kaicheng Crane Co.,Ltd.,Jiangyin 214429, China)

AbstractThis paper introduces the problem encountered in static pressure test for enclosure castings of flameproof control box. For flameproof enclosure of IIC grade, the control box can′t meet demands when the pressure of static pressure test is heightened from 1.5MPa to 2.0MPa. The related software is applied in enclosure of control box to carry out finite-element analysis, the danger area of stress focus is found out and structure of enclosure is improved. In order to greatly increase its intensity, material of casting is replaced. The clamps of static pressure test is adjusted. The improved enclosure meets the requirements of static pressure test and has verified availability of these improvements after many experiments.

Key wordsFlameproof control box；static pressure test；stress；safety factor

收稿日期：2015-07-08

作者简介：李祥男1973年生；毕业于湘潭机电高等专科学校电机专业，现从事电动葫芦的生产技术工作.

中图分类号：TM357

文献标识码：B

文章编号：1008-7281(2015)06-0018-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.06.06