在防爆设备的外壳尤其是隔爆外壳上,大量使用螺栓作为紧固件固定各个部件,当这些紧固件对防爆型式有重要影响时,标准中将其规定为特殊紧固件,并有相应的要求。相关的要求主要如下:
01
通用要求
对普通的紧固件,在GB/T3836.1-2021的9.1中,要求:
——对保证专用防爆型式或用于防止触及裸露带电零件所必须的紧固件,应只能用工具(如钥匙、螺丝刀或扳手)才能松开或拆除。
——如果紧固件材料适合于外壳材料,含铝、镁、钛或锆的金属的外壳用紧固螺钉可用铝、镁、钛、锆或非金属材料制成。
运行中为调节、检查或其他操作而要求打开的盖子或紧固螺孔,只有螺纹形状适合于外壳材料时,才能在外壳材料上攻螺孔。
02
螺栓的要求
对特殊紧固件,还需要满足GB/T3836.1-2021的9.2、9.3,以及GB/T3836.2-2021的11中相关要求。具体如下:
螺栓或螺母应符合GB/T 5782、GB/T 5783、GB/T 6170或GB/T 70.1、GB/T70.2、GB/T70.4或GB/T 2672的要求,对于内六角螺栓应符合GB/T 77、GB/T 78、GB/T79或GB/T80的要求。如果采用其它形状的螺栓或螺母,需要在防爆证号增加标志“X”,并在使用条件中进行详细规定,并说明紧固件只能用相同的新品更换。
各标准所对应的螺栓或螺母形状如下:
图1 GB/T 5782 六角头螺栓 A级和B级
这种螺栓是目前使用Zui多的螺栓,该螺栓的的特点是螺杆只有前端为螺纹,靠近螺栓头部无螺纹。在计算螺栓的拧入深度时,需要关注实际有效的螺纹长度。
图2 GB/T 5783 六角头螺栓 全螺纹 A级和B级
这种螺栓在防爆产品上使用得相对较少,因为全螺纹螺杆在紧固隔爆接合面时并无优势,后半部的螺纹并没有使用到。
图3 GB/T 70. 内六角圆柱头螺钉
图4 GB/T 70.2 内六角平圆头螺钉
图5 GB/T 70.4 内六角平圆头凸缘螺钉
这几种内六角螺栓由于结构紧凑,拧动时需要的空间小,在对体积或使用场所狭小的设备上使用得比较多。
图6 GB/T 6170 1型六角螺母
I类设备上的紧固螺栓,特别是隔爆外壳上从外侧装配的特殊紧固件,由于正常使用中易受机械损坏而使防爆型式失效。在标准中要求其头部具有护圈或沉孔保护,或通过结构内在保护。护圈的形状可为全封闭的圆环形或有开口的U形,通常,在螺栓拧紧后,螺栓头部不高于护圈或沉孔。
图7 沉孔与护圈示意图
螺距及精度
螺纹符合GB/T 9144大螺距公制螺纹的要求,公差等级符合GB/T197和GB/T2516中的6g/6H。隔爆外壳上常用螺栓规格及螺距见表1。
03
紧固件的机械性能要求
紧固件应有足够的机械强度,当隔爆外壳内爆炸时,不会引起螺栓断裂。标准要求在进行外壳耐压试验时,应使用制造商规定的螺栓和螺母。试验期间使用的螺栓或螺母的性能等级,或螺栓、螺母的屈服强度和型号应在设备上标志或在相关防爆合格证上规定,并在防爆合格证号后面加上符号“X”。有关螺栓和螺母机械性能见GB/T3836.2—2021表F1。
表F1 螺栓或螺母的机械性能
04
紧固件与相关孔的特殊要求
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GB3836.1-2010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,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,Zui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。
05
示范举例
—对于I类设备,符合GB/T 3836.1要求的特殊紧固件,其头部具有护圈或沉孔,或通过设备结构内在保护;
—对于II类设备,符合GB/T 3836.1要求的特殊紧固件[1]。
对特殊紧固件的设计要求,举例如下:
举例1
如图1,假设选用符合GB/T70.1的内六角紧定螺钉(规格:M10×1.5,螺钉长L=30mm)紧固上、下法兰,下法兰螺纹孔的规格为:M10×1.5(依据GB/T9144的要求,选用粗牙螺距),螺纹配合等级应至少符合6g/6H,其中6g为外螺纹公差等级,6H为内螺纹公差等级。螺纹啮合长度h应满足h≥10。对于螺栓头下面的孔,其直径不得大于11(依据GB/T5277)。
图1 螺纹紧固件的公差和间隙[2]
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,Zui小为3mm[1]。
举例2
如图1,当选用M10螺栓紧固时,其下法兰剩余壁厚应满足t≥10/3mm;当选用M6螺栓紧固时,其下法兰剩余壁厚(应至少是螺栓或双头螺栓直径的三分之一),则t≥2mm,但对剩余壁厚的要求:Zui小为3mm,此时要求剩余壁厚t≥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,应至少保留一整扣螺纹的裕量[1]。
举例3
参考举例1,假设上法兰厚t上法兰=15mm,下法兰螺纹孔深h1=16.5mm,下法兰底孔深:h2=19mm,下法兰厚t下法兰=23mm,理论剩余螺纹长=t上法兰+h1-L=1.5mm,有一扣螺纹裕量,且剩余壁厚t=t下法兰-h2=4mm≥10/3mm,符合要求。
举例4
找错与计算:如图1所示,工程师小王在设计隔爆型电气设备图纸时,选用M8×25的六角头螺栓(GB/T5783)紧固上下法兰,上法兰厚10mm,光孔尺寸:φ8.8;下法兰厚21mm,螺纹孔规格:M8×1-6g,螺纹孔深:16.1mm,下法兰底孔深:18mm,找出上述设计中的错误并核算螺纹裕量是否满足设计要求?如果不满足,需如何改正?
错误解法
理论剩余螺纹长=10(上法兰厚)+16.1(螺纹孔深)-25(螺栓长)=1.1mm>1mm(下法兰螺纹孔螺距),螺纹裕量满足设计要求。
正确解法
依据GB/T9144,对公称直径为8的螺纹,应选用粗牙螺距1.25,非细牙螺距1;对下法兰螺纹孔,其公差等级应为:6H,此时,下法兰螺纹孔规格:M8×1.25-6H。
理论剩余螺纹长=10+16.1-25=1.1<1.25,螺纹裕量达不到预留1扣螺纹的要求,应适当增加螺纹孔攻深使螺纹裕量满足标准要求。