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限制呼吸型灯具的几点设计技巧

字号+ 作者: 来源: 2010-03-22 13:39 我要评论( )

 

0  前言

限制呼吸型灯具属于“n”型防爆产品的一种。因为相关的标准在2003年才出版,所以对于我国广大用户来说是一种新的产品。而在国外,这种产品早已问世,被很好地使用在具有潜在爆炸危险性气体环境2区的场所中。这种产品进人我国后,它的特点很快显现出来。它在使用场所上与增安型灯具相同,但其光源种类比增安型灯具要多,重量比隔爆型灯具轻,但使用范围不如隔爆型灯具广。具有重量轻、适用光源种类多的特点,对使用在2区又需要光照好的场所,这种灯具无疑是一种既经济又好用的产品。

这种新型产品在防爆机理、特点、检验难点和设计上都有不少新颖之处,设计者和用户只有了解这些才能很好地设计和使用。

1  防爆机理

了解限制呼吸型灯具的防爆机理,我们先要了解它的使用场所,了解这种产品是从哪个地方人手来考虑防爆结构处理的。

限制呼吸型灯具在使用上有一定限制性,该种灯具只允许使用在具有潜在爆炸危险性气体环境2区的场所中,也就是说这种灯具使用的场所相对危险性比较小。在平时正常工作时,该环境中无爆炸危险性物质,包括气体、蒸气和薄雾,只有在出故障时才会出现危险的爆炸性气体、蒸气或薄雾,而且这种出故障的机会也非常少,即使出现故障,故障所存在的时间也非常短。正是因为使用环境的特殊性,该种灯具只须防止在极少状况下出现危险性物质、而且危险性物质持续的时间极短的状况下所出现的危险。所以,该种灯具的外壳是限制气体、蒸气和薄雾进入量,而不是防止气体、蒸气和薄雾进入。

灯具在正常工作时内部光源的发热量较高,这样会造成内部气体膨胀,就在灯具的光源腔内形成了正压。由于形成了正压,造成内部气体外泄。当灯具停止使用时,灯具内会逐渐冷却下来,这时在灯具内由于温度下降,气体体积缩小,此时灯具内的空气量已比灯具初始状态下的空气量要小,就造成了灯具内的负压。如果灯具未采取防护措施,而此时又恰恰发生事故,有危险物质泄露,那么危险物质就有可能进入灯具内。当再次使用灯具时,灯具内部的高温就有可能点燃此存在于灯具内的爆炸性气体、蒸气或薄雾,出现危险事故。限制呼吸型灯具正是根据灯具的这种特点,将光源及其相关的电器部件装入限制呼吸型外壳内。限制呼吸型外壳是指能限制气体、蒸气和薄雾进人的一种外壳。也就是说,限制呼吸型灯具是一种具有特殊外壳的灯具产品。这种产品增加了壳体限制气体、蒸气和薄雾进入的能力,所以在短时间内危险物质不会进入灯具。当然,如果事故维持的时间较长的话,还会出现危险。因此对于这种灯具,又采取了相应的措施来进一步增加安全性。首先限制了它的使用场所,只允许使用在2区,这样由于事故维持的时间短,事故出现的次数少,减少了出现危险的机会。同时,对于这种外壳内的危险部件,如镇流器、灯座、启动器等进行了严格的性能检验,保证了部件的安全可靠性,这样,这种防爆灯具才是安全的。

在限制呼吸型灯具出现前,防爆灯具的大家庭中有两种常用的灯具:隔爆型灯具和增安型灯具。隔爆型灯具可以用于具有潜在爆炸危险性气体环境1区的场所中。该种灯具主要是利用产品外壳的高强度和隔爆性来达到防爆目的,允许周围环境中有事故发生,也允许灯具内存在危险物质。它是利用灯具外壳的强度防止灯具内部爆炸产生的压力损坏灯体而点燃周围环境,同时利用外壳金属接合面极小的间隙,防止灯具内的火焰传出点燃周围的可燃性物质;增安型灯具也是使用场所很广泛的一种防爆灯具,这种灯具是通过增加一系列安全措施,如加大电气间隙和爬电距离、增加外壳的防护等级、将灯具内可能出现火花的地方用隔爆措施处理、限制灯具的温度级别等来达到安全目的。在我国,这种防爆类型的灯具大部分使用在2区,只有增安型单插头荧光灯允许使用在1区。

通过上述说明,我们不难发现限制呼吸型灯具是通过壳体良好的密封性限制爆炸性气体、蒸气或薄雾进入灯体内部来达到防爆目的;隔爆型灯具是利用灯具外壳接合面良好的结构和高强度的外壳来达到防爆目的;增安型灯具是通过增加灯具本身的安全性来达到灯具的防爆目的。所以这三种灯具各自具有不同的特点。

2  特点

通过对限制呼吸型灯具防爆原理的叙述,我们不难发现限制呼吸型灯具主要是提高了内部元件的可靠性,同时增加了外壳的防护能力,又限制了其使用场所。这也就决定了它与其他防爆灯具不同的特点。

首先,由于对限制呼吸型灯具内元件和外壳防护能力的要求,限制呼吸型灯具在选择内部元件上就有了较高的要求:一定是性能可靠、连接牢固的部件。在选好部件后,该种灯具的主要危险源就是外壳的限制呼吸能力和产品外表的发热问题。所以在检验中最高表面温度的测定是选择灯体的表面,这一点与隔爆型产品相同,这也形成了它与增安型灯具相比最大的优点。

增安型灯具是增加灯具所有部位的安全性,包括温度的限制,所以,增安型灯具测温时是检测灯具内部各部件的最高表面温度,这样在增安型灯具确定其温度组别时是通过测量光源表面的最高温度点来确定其温度的。因此增安型灯具的发热都很高,其适用的范围较窄,那些点燃温度较低的可燃性气体环境就不适合使用增安型灯具。正是因为增安型灯具是考虑灯具内部元件的安全,这种灯具对光源的使用有一定限制。在我国目前使用的国标中,只允许单端冷启动的荧光灯、白炽灯和自镇流荧光灯使用,在目前欧洲经济共同体中所形成的标准中增加了G13G15的非热启动的荧光灯和灯泡打碎后短时点燃的灯泡(经验证,此时灯泡的短时高温不会产生危险)。从增安型灯具上的限制我们不难发现,限制呼吸型灯具由于灯具外壳采用限制呼吸型的外壳,从而在测量灯具最高表面温度时是测量灯具外表面的最高温度。这样在做好灯具设计、散热好的情况下,很容易降低灯具的最高表面温度,拓宽灯具的使用范围。在降低了灯具最高表面温度的同时,灯具所使用的光源种类也增多了。由于外壳是限制呼吸型,灯具内部相对安全了,所以除了限制那些灯具本身会产生危险的光源外,大部分光源都可以使用了。限制呼吸型灯具可以使用白炽灯、汞灯、外镇的钠灯和外镇的金属卤化物灯以及荧光灯。这样限制呼吸型灯具的照度就大大增加了,一些挂在厂房高处需要高照度、发热高的灯具就完全可以采用限制呼吸型灯具,因为在厂房的高处很容易形成2区危险场所。

其次,由于限制呼吸型灯具只须外壳有限制呼吸能力,所以它不需要和隔爆型灯具那样把外壳制造得很厚,使灯具很重。这样,在一些要求照度高、危险程度又不高的地方,限制呼吸型灯具完全可以代替隔爆型灯具,因为它比隔爆型灯具轻,但却可以采用同样的光源,有同样的温度组别。当然,它不能使用在1区危险场所,使用的范围较小,这一点是与隔爆型灯具无法相比的。

综上所述,限制呼吸型灯具有外表发热低,适用的温度范围较宽,采用光源的种类相对较多,外壳相对轻的特点。

3  检验难点

从限制呼吸型灯具的防爆原理和其特点上,我们不难发现其检验当中主要会出现问题的地方。

首先,限制呼吸型灯具对内部元件的性能要求很高,所以在检验中对灯具的内部元件的检验相当繁琐。主要集中在对镇流器、灯座和启动器的检验上。主要是镇流器的检验和启动器的检验,包括对镇流器的高压脉冲试验、对启动器座的性能检验,不但试验的费用高,而且试验时间长。

其次,限制呼吸型灯具的外壳限制呼吸能力是检验中的一个难点。对于灯具中较长的接合面,很难通过限制呼吸外壳的试验。因为在进行试验时,要求对外壳内抽真空至-3 kPa,然后依靠外壳自身的密封性能使其在3min内不下降至15kPa。这项试验对密封的要求非常严,要求密封垫的弹性非常好。在我们进行的大量试验中,没有一个单位是一次通过试验,都是在试验中不断改进,从而在最后完成产品设计定型的。

4  设计A可采用的几个技巧

通过上面的分析,对限制呼吸型灯具的设计提出几个自己的建议。

首先,由于要减少限制呼吸外壳的接合面。一个限制呼吸外壳的接合面越多,它的泄露点就越多,相反,限制呼吸外壳的接合面越少,它的泄露点就越少,这样在进行限制呼吸外壳试验时,通过的机会就越大。即使有泄露,也很容易找出泄露点进行补救。

其次,减少接合面的长度。由于限制呼吸型外壳要求密封的程度很高,一个接合面的距离越长,泄露点也就越多,为密封就必须减少密封距离,这样紧固件就会增多,在安装和拆卸时就会增加麻烦。 

最后,躲避检验中的难点。在检验当中,一些内部元件的检验相当费时;也会花费大量的检验经费,我们在设计中也可以想法避免。

上面,我主要说了一些原则,下面就以限制呼吸型灯具为例,说明限制呼吸型灯具的设计要点。

首先,注意灯体的设计,这样可以降低灯具的最高表面温度。灯具的金属部分应尽量大,将光源尽量包在金属当中,利用抛物线上焦点的原理,将光尽量通过灯体的反射而打出,如果有反光伞,可以考虑反光伞尽量贴近灯体,利用灯体将热量散出。

其次,在设计透明件与灯体的接合方式上,应考虑胶粘结构。因为透明件与灯体的接合面一般是灯具中最长的一个接合面,而且由于发热易形成橡胶老化的问题,不宜采用橡胶材质进行密封,通过采用胶封的方法,结合增大灯体以降低灯体表面温度是一种较好的密封措施。这样,这个接合面在进行限制呼吸型外壳试验时就很容易通过。但是,利用胶粘剂的同时,要考虑胶粘剂的耐热温度和由于热膨胀率不同而造成的灯具透明件损坏的状况。通常解决胶粘剂热膨胀率不同的方法是在胶封剂中加入其他材料的添加剂,使玻璃的热膨胀有一定空间而不会损坏。

第三,在限制呼吸外壳内只安装光源和接线座以及灯座,而将启动器、镇流器采用其他防爆措施处理,这样可以大大降低生产成本和检验成本。

第四,采用将光源从灯体后部或从侧面取出的方式。这样可以减少灯具接合面的数量和接合面的长度。灯具一般有三个接合面,透明件与灯盖、灯盖与灯体、灯体与接线盒盖。其中灯盖与灯体的接合面常被当作更换光源的地方,但这一接合面较大,由于作为更换光源的需要,紧固件不易过多,这就形成了一个矛盾,限制呼吸试验不易通过。如果考虑将光源从后部取出更换,那么接合面的长度将大大缩短,用四个紧固件很容易密封好这个接合面。如果害怕由于后部取出光源所造成的灯座温度过高造成的灯具性能问题,可以考虑将灯具的反光伞分为两部分,大的部分是固定的,不随光源的取出而取出;另一个小的部分是可以移动的,与灯座成为一体,当光源取出时,它随之取出。它的主要作用是将打向灯座的光反射出去,使灯座的温度降低,同时将密封材料放置在温度低的地方,可以很好地防止橡胶材料的老化。

第五,是密封材料的选择。用于密封限制呼吸外壳的密封材料是很难选择的,在进行试验时,有些客户要反复进行选择才能选出一种较好的材料。当然,耐高温、不易老化、材料弹性好、恢复性好是选材的主要条件。

第六,是密封结构的选择。在国内,大多数企业所采取的密封结构通常是面密封。两个平面中间夹橡胶,此种结构有很大的弊病。首先是平面加工不好造成的,由于平面加工不好,造成平面度达不到要求,在离紧固件远的地方往往会由于受 力不均造成密封不严;其次是安装铰链不匹配,造成上下铰链互相吃劲,在安装铰链的地方不易压紧密封垫,容易造成泄露。目前较好的密封方法是采用线密封,在接合面的一面上做出凸出平面的线密封用凸起,然后用紧固件压紧,这样的密封效果较好。

5  结束语

这种产品只有很好地设计,才能保证顺利通过检验,用户只有了解了它的机理,才能正确使用,防止误用而产生的危险和损失。

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