隔爆型LED防爆灯具设计和制造

2022-12-19 10:46:03 zanele

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爆炸性环境使用的电气设备分为I类、II类和III类。II类和III类非矿用LED防爆灯主要用于存在易燃易爆气体或粉尘的行业,如石油、石化、化工、制药等。根据防爆电气设备的分析,主要采用隔爆型、增安型以及复合型等。目前,隔爆型是主流的照明灯具。本文分析了隔爆型LED防爆灯具产品的设计和制造过程中的观点和结论。

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一. LED性能特点

首先,节能。LED灯具在恒流驱动下具有低工作电压。在相同的照明效果下,耗电量是白炽灯的1/10,荧光灯的1/2。工业环境往往需要长期照明,节能效果更显著。其次,环保。LED是坚固耐用的发光体,抗冲击、不易破碎、废物可回收、无污染。光源体积小,可随意组合,是一种易于开发、易于安装和维护的紧凑型照明产品。目前LED光源比常规光源贵,但从节能的角度来看,用一年的节能来收回光源的投资,可产生节能净值的几倍利润。再次,发光效率高。LED经过几十年的发展,发光效率有了很大的提高。常规光源的光效为12-24lm/W,荧光灯50-70 lm/W,钠灯90-140 lm/W,耗电量大部分是热损失。改进后的LED光效达到80-200 lm/W,光学单色性好,光谱窄,可直接发射有色可见光,无需过滤。最后,使用寿命长。采用电子光场辐射发光,灯丝发光易燃烧、热蒸发、光衰减等。LED灯体积小、重量轻,环氧树脂封装,可承受高强度机械冲击和振动,且不易损坏。平均寿命为10万小时。LED灯具的使用寿命可达5至10年,大大降低了灯具的维护成本,避免了频繁更换灯具的问题。

二. 隔爆型LED防爆灯的防爆原理

隔爆型LED防爆灯是将光源、电源等可能点燃爆炸性气体的部件全部封闭在一个外壳之内,在其发生爆炸时,其外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙进入外壳内部的爆炸性混合物在内部爆炸而不损坏,并且不会引起外部由一种、多种气体形成的爆炸性气体环境的点燃,从而达到防爆的目的。

三. 隔爆型LED防爆灯具设计与制造

3.1产品结构

灯具外壳需要能够承受内部爆炸的冲击,根据散热与性价比结合,外壳通常由轻金属合金(ZL102)铸件制成,隔爆接合面常采用螺纹、平面、圆筒等方式;隔爆面粗糙度不允许大于6.3μm,其隔爆接合面的长度与隔爆腔内部容积大小及隔爆间隙密切相关。

防爆灯通常由光源腔、电源腔、接线腔组成;

光源腔包括壳体、光源、透明罩、反光板等。光源腔是整个灯具的出光部分,同时也是热量产生的关键部位,所以光源腔除了需具备一定的强度外,还应具备良好的散热功能,使灯具温升满足相应温度组别的要求。透明罩一般采用钢化玻璃材质,目前比较常见的方式是将透明罩用环氧树脂胶封于光源腔壳体上,并使用压圈固定(如图1),达到隔爆的效果。

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电源腔包括壳体、驱动电源、接线端子。

接线腔是灯具与外部交互的腔体,其重点在于引入装置的设计及使用。电缆引入装置为隔爆灯具中最常用的引入方式,其最常见的是使用密封圈引入和填料密封引入。采用密封圈形式的引入装置需要配套使用与密封圈尺寸匹配的电缆,并用压紧螺充分压紧以保证电气设备的防爆性能。(如图2)

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3.2 电源设计

根据LED光源的供电方式,通常有两种解决方案,一个多组电源提供多个恒流源,每个恒流源单独为每个LED供电,这些组合是灵活的。一个LED的故障不会影响其它LED的工作。另一种一体式恒流电源,缺乏灵活性意味着一个LED出现故障会影响另一个LED的运行。从系统的角度来看,根据可靠性和分析的原则,不建议组件之间进行简单的串并联。综合考虑相关因素的影响,充分利用组件以充分提高整个光源的利用率是首要考虑的问题。因此,基于多路恒流模式的直流集中供电解决方案和高压直流集中供电解决方案受到广泛关注。直流集中供电具有系统可靠性高、效率高、成本低的特点。系统化、模块化、智能化的设计大大提高了系统的易用性和可维护性,显著降低了管理和维护成本。

3.3 光源设计

光源按发光材料分类,分为固态光源和气体放电光源两大类。近年来随着科学技术的飞速发展,半导体发光二极管(LED)发展迅速。LED光源应用于工矿、学校、医院、道路等室内外照明等各个领域。在发光原理分析中,气体放电光源中使用了各种惰性气体来调节光源的光性能,如光通量、色温、显色性等。对于固态光源发出的光,不需要调整相关的光电参数。LED光源的温度不得超过80℃。随着温度升高,光输出和寿命降低。LED光输出比表示LED结温在50℃左右,灯的相对光输出比为100%。

目前较常用的光源从封装上分:集成COB、2835、3030、3535、5050、5054、7070,采用小封装,先并后串,光源分散式设计,界面友好,散热面积大,发热均布,不会局部过热,有效提高了LED灯具寿命。

隔爆型LED防爆灯作为一种主流防爆灯具,在防爆领域得到了广泛的应用。然而,仍有许多问题需要使用新技术来解决。另外,使用隔爆型LED防爆灯需要降低成本,进一步优化散热方式,选择合理的恒流驱动电源,这是设计一款好的隔爆型LED防爆灯的关键。

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