自动测量系统收发装置的防爆外壳设计和研究

论文摘要

石油、化工、军工、医药等企业的爆炸危险环境中使用的电动机、电器、仪表产品，由于在正常工作时会产生电弧、火花和危险高温，一旦环境中的可燃性混合物的浓度达到爆炸极限范围，就会引起周围的环境产生爆炸。因此，这些电气产品均设计成防爆型电气设备。通常防爆型电气设备是通过隔爆外壳来实现防爆安全的隔爆外壳是具有隔爆结构参数的特制外壳，并具有耐爆性和不传爆性。由于防爆电气是一种特殊的电气产品，任何防爆电气产品的失效，都有可能造成人身及财产方面的重大损失。因此，针对防爆电气产品的设计必须严格参照产品设计标准并作为防爆电气产品设计、生产、检验的重要依据。一要满足危险场所划分的危险区域来选用相应的电气防爆类型；二要根据危险环境可能存在的易燃易爆气体/粉尘的种类来选择防爆电气设备的级别和温度组别；三是考虑其他环境条件对防爆性能的影响（例如：化学腐蚀、盐雾、高温高湿、沙尘雨水，或振动的影响）；四是保证安装使用维护的特殊性。防爆电气设备的防爆原理是将电气设备的爆炸原因与易爆环境隔断。本课题采用的防爆方式为隔爆，即为将带电部件放在特制的外壳内，而该外壳具有将壳内电气部件可能产生的火花和电弧，与壳外爆炸性混合物隔离开的作用。并且此外壳应能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，在该压力条件下，确保外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。本文通过对标准的研究，对防爆电气设备的外壳的设计要求进行了理论计算和经验估算，并根据计算结果设计了防爆外壳的三维结构模型，然后使用此模型进行了弹性力学的有限元分析仿真，最后，在仿真结果初步认可外壳设计后，使用快速成型法加工了样品，并与专业认证机构合作，对样品进行了一系列测试，包括结构检查、抗冲击试验、温度测定试验、热剧变试验、耐热试验、耐寒试验、外壳耐压试验，内部点燃的不传爆试验、外壳防护等级试验，测试结果表明该样品完全符合产品对外壳的要求。由于考虑了最终产品为压铸件，设计时给出了足够的安全系数，使得机加工样品实验结果，对于最终量产的性能也同样具有指导作用。所以样品实验结果，可以反映最终产品的绝大多数性能指标。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内相关行业现状及发展趋势

1.2.1 行业概貌

1.2.2 技术分析

1.2.3 发展趋势

1.3 设计目标及主要技术指标

1.3.1 设计目标

1.3.2 针对收发装置外壳的系统需求

1.3.3 对比基准

1.4 本课题主要研究内容

第二章防爆外壳设计的理论基础

2.1 防爆外壳设计的方案总体考虑

2.1.1 防爆原理

2.1.2 通用要求

2.1.3 特殊要求

2.2 防爆外壳设计的标准研究

2.2.1 设备分类和温度组别

2.2.2 外壳

2.2.3 紧固件

2.2.4 连接件和接线空腔

2.2.5 接地连接件

2.2.6 电缆和导管引入装置

2.2.7 隔爆接合面

2.2.8 透明件

2.2.9 外壳机械强度

2.2.10 电缆和导线的引入与接线

2.2.11 补充规定

2.2.12 型式检验

2.2.13 出厂检验

2.3 防爆外壳产品的需求分解

2.3.1 工作环境

2.3.2 外壳材料

2.4 小结

第三章产品方案研究

3.1 方案形成

3.1.1 隔爆材质选择

3.1.2 形状选择

3.1.3 厚度选择

3.1.4 接合面结构参数

3.1.5 观察窗的设计

3.2 设计参数计算

3.2.1 内径计算

3.2.2 壁厚

3.2.3 外径

3.2.4 高度和长度

3.2.5 螺纹接合

3.2.6 带有安全玻璃的前罩壳

3.2.7 收发装置和测量处理单元的连接

3.3 方案细化

3.3.1 最终方案

3.3.2 机械规格

3.3.3 机械结构

3.3.4 使用方法

3.4 详细设计

3.5 小结

第四章仿真实验及样品测试

4.1 仿真实验

4.1.1 仿真条件

4.1.2 仿真过程

4.1.3 仿真结果

4.1.4 结果分析

4.2 快速成型样品测试

4.2.1 结构检查

4.2.2 抗冲击试验

4.2.3 温度测定试验

4.2.4 热剧变试验

4.2.5 耐热试验

4.2.6 耐寒试验

4.2.7 外壳耐压试验

4.2.8 内部点燃的不传爆试验

4.2.9 外壳防护等级试验

4.3 小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 本文的不足及展望

参考文献

致谢

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