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魏德米勒亞太區(qū)行業(yè)自動(dòng)化和解決方案事業(yè)部總監(jiān)  閆方波

1.概述

防爆電氣設(shè)備的電纜引入裝置指的是允許將一根或多根電纜或光纜引入電氣設(shè)備內(nèi)部并能保證其防爆型式的裝置。防爆電纜引入裝置是防爆電氣設(shè)備一個(gè)重要的組成部分；而隔爆型電纜引入裝置是所有防爆電纜引入裝置中要求最嚴(yán)苛、應(yīng)用最廣泛。密封圈是隔爆型電纜引入裝置中最關(guān)鍵的部件，其性能直接決定隔爆功能的實(shí)現(xiàn)；而由密封圈引起的失效占隔爆電纜引入裝置總失效90%以上。本文主要對(duì)隔爆型電纜引入裝置的密封圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，橡膠材料選擇，橡膠硬度等方面進(jìn)行探討。

2.隔爆型電纜引入裝置介紹

根據(jù)GB3836.2-2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電纜引入裝置的防爆類(lèi)型可分為隔爆型、增安型等類(lèi)別，而隔爆型又可分為密封圈式和填料式兩類(lèi)；根據(jù)螺紋型式可分為公制、NPT制。典型的密封圈式隔爆電纜引入裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

3.隔爆型電纜引入裝置密封圈的技術(shù)和試驗(yàn)要求

隔爆型電纜引入裝置是采用壓緊件壓緊密封圈，使橡膠密封圈變形抱緊電纜；防止電纜受到拉力或扭力被隨意拉動(dòng)，并能阻止電氣設(shè)備內(nèi)部爆炸從電纜引入口傳播到外面危險(xiǎn)環(huán)境中。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1-2010和GB3836.2-2010規(guī)定，隔爆型電纜引入裝置的密封圈應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

3.1密封圈耐熱耐寒老化試驗(yàn)

該試驗(yàn)應(yīng)在加緊電纜狀態(tài)下進(jìn)行，耐熱性能應(yīng)采用與防爆型式完整性有關(guān)的電纜引入裝置非金屬部件來(lái)確定(即密封圈)。耐熱試驗(yàn)按照其最高工作溫度是否超過(guò)75°C分為兩種情況：如果最高工作溫度不超過(guò)75°C時(shí)，應(yīng)存放在相對(duì)濕度為90+/-5%、溫度高于最高工作溫度20+/-2°C，至少為80°C的環(huán)境中28天。如最高工作溫度高于75°C，以上規(guī)定的四周時(shí)間應(yīng)由在溫度95+/-2°C、相對(duì)濕度為90+/-5%的環(huán)境中保持14天和接著在環(huán)境溫度高于最高工作溫度20+/-2K的空氣箱中再保持14天代替。經(jīng)過(guò)耐熱試驗(yàn)的樣品，在室溫下靜置24h后再進(jìn)行耐寒測(cè)試，耐寒性能應(yīng)能在最低工作溫度降低5~10°C的環(huán)境條件下保持24h。

3.2密封圈密封性能試驗(yàn)

隔爆型電纜引入裝置應(yīng)能通過(guò)密封性能試驗(yàn)，密封性能試驗(yàn)方法：首先采用清潔、拋光、干燥的低碳鋼圓形芯棒，芯棒直徑等于制造廠(chǎng)規(guī)定的密封圈允許的最小電纜直徑。然后把密封圈安裝在電纜引入裝置內(nèi)，并在壓緊螺母上施加制造廠(chǎng)規(guī)定扭力，以保證I類(lèi)2MPa液壓II類(lèi)3MPa液壓下保證密封。裝配后，安裝在液壓裝置內(nèi)，從上液體后液壓逐漸上升，對(duì)于I類(lèi)在2MPa壓力下保持10s,II類(lèi)在3MPa壓力下保持10s。試驗(yàn)時(shí)，可使用顏色水作為液體，如果吸水紙上沒(méi)有任何泄漏痕跡則認(rèn)為滿(mǎn)足密封要求。最后進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)方法是：在壓緊元件上施加密封試驗(yàn)中所需扭力的2倍力矩，但施加的力矩值至少為圓形電纜所允許的最大電纜直徑的3倍或非圓形電纜最大允許的電纜周長(zhǎng)，試驗(yàn)后拆掉引入裝置并檢查其零件情況；若未發(fā)現(xiàn)任何元件損壞則認(rèn)為試驗(yàn)合格。需要注意：密封圈的任何損壞可以忽略不計(jì)，因該試驗(yàn)的目的是為了說(shuō)明電纜引入裝置的機(jī)械強(qiáng)度滿(mǎn)足其使用條件。

3.3密封圈電纜夾緊試驗(yàn)

隔爆型電纜引入裝置密封圈應(yīng)能通過(guò)電纜夾緊試驗(yàn)。試驗(yàn)方法：首先將密封圈安裝在制造廠(chǎng)規(guī)定的最小直徑電纜上，或者將密封圈裝在一個(gè)清潔、拋光、干燥的低碳鋼圓形芯棒，芯棒直徑等于制造廠(chǎng)規(guī)定的密封圈允許的最小電纜直徑，芯棒最高表面粗糙度Ra為1.6μm；然后對(duì)壓緊元件施加制造廠(chǎng)規(guī)定的力矩來(lái)壓緊密封圈，以防止電纜或芯棒滑動(dòng)，最好把準(zhǔn)備好的試驗(yàn)樣品安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)電纜或芯棒施加20倍電纜或芯棒直徑的拉力，在環(huán)境溫度20+/-5°C條件下保持6h,如果電纜或芯棒的位移量不超過(guò)6mm,則認(rèn)為密封圈電纜夾緊試驗(yàn)合格。

4.隔爆型電纜引入裝置密封圈的設(shè)計(jì)分析

4.1隔爆型電纜引入裝置密封圈設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

電纜裝置的夾緊力來(lái)自壓緊元件對(duì)密封圈的擠壓，使密封圈變形從而對(duì)電纜抱緊；所以為了確保隔爆電纜引入裝置的密封性能，必須使密封圈對(duì)電纜產(chǎn)生足夠的抱緊力，同時(shí)還需滿(mǎn)足嚴(yán)苛的耐熱耐寒測(cè)試。我們知道，通常情況下彈性密封圈是硫化橡膠制作而成；而硫化橡膠會(huì)受溫度、濕度的影響加速老化，從而逐漸失去彈性，進(jìn)而影響電纜的密封性能。所以橡膠的工作溫度范圍、抗老化、抗撕裂等特性都是我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮的。

另，密封圈的變形是通過(guò)施加在壓緊元件的力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)的；所以扭力也是我們關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。通常情況下，我們需要通過(guò)試驗(yàn)確定一個(gè)合理的最小擰緊力矩，以保證電纜引入裝置被正確可靠的安裝和使用。

4.2隔爆型電纜引入裝置密封圈夾緊力分析

當(dāng)我們按照給定的力矩?cái)Q緊壓緊元件時(shí)，壓緊元件推動(dòng)墊片給密封圈一個(gè)壓力F；按照力學(xué)作用力與反作用力定律，密封圈也給墊圈一個(gè)大小相等、方向相反地反作用力F’。因密封圈具有彈性，根據(jù)壓力與壓強(qiáng)公式：F=PS(因接觸面積S跟電纜直徑成正比，電纜越粗接觸面積越大；而壓強(qiáng)P一定)；所以電纜越粗，密封圈對(duì)電纜的抱緊力越大。

所以，我們只需考慮最小允許的電纜是否滿(mǎn)足密封測(cè)試；如最小密封電纜滿(mǎn)足密封性能試驗(yàn)，那最大的電纜由于電纜直徑大，所以密封圈對(duì)電纜的抱緊力更大。

4.3隔爆型電纜引入裝置密封圈結(jié)構(gòu)分析

目前，在隔爆型電纜引入裝置常見(jiàn)有兩種密封圈結(jié)構(gòu)：1)正壓式密封圈；2)位移式密封圈。

正壓式密封圈：一般外圈有一個(gè)類(lèi)似的V型槽；當(dāng)密封圈受到擠壓時(shí)，由于V型槽處強(qiáng)度弱，V型槽變形夾緊電纜。這類(lèi)密封圈通常：1.電纜密封圈范圍較小，2當(dāng)密封最大電纜時(shí)，密封圈對(duì)電纜的抱緊力往往過(guò)大；從而影響電纜的使用壽命。

位移式密封圈：一般前端有一段錐度，內(nèi)孔也可以同樣帶錐度；這樣當(dāng)不同直徑的電纜密封時(shí)，密封圈與電纜之間的接觸點(diǎn)不同；這樣可以避免電纜受到過(guò)大的抱緊力，從而影響電纜的絕緣性能，提供電纜的使用壽命。由于內(nèi)孔一般也帶有錐度，這樣密封圈的電纜密封范圍通常大于正壓式密封圈。

5.結(jié)束語(yǔ)

密封圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及橡膠材料的選擇是隔爆型電纜引入裝置的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。現(xiàn)在為了滿(mǎn)足客戶(hù)在高溫及極寒條件下的使用及寬范圍的電纜密封范圍；一般都采用耐高溫、抗撕裂的硅橡膠，位移式的密封結(jié)構(gòu)。

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