灭火器设计计算Word下载.docx
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根据GB8109-2005的规定,MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器使用温度范围为-20℃~+55℃,为确保在-20℃时的喷射性能,根据试验证明,当灭火器氮气压力为(表压)时,低温喷射性能符合GB8109-2005的要求。
为保证-20℃时灭火器内部压力为(表压),+20℃时应充装氮气压力和+55℃时灭火器内部平衡压力由《物理化学》中查理定律可计算为:
式中:
P—-20℃时灭火器内部平衡压力Mpa
Ps—+20℃时灭火器内部平衡压力Mpa
Pms—+55℃时灭火器内部平衡压力Mpa
T—-20℃对应的绝对使用温度-20+273=253K
Ts—+20℃对应的绝对使用温度+20+273=293K
Tms—+55℃对应的绝对使用温度+55+273=328K
则:
由计算结果和工作压力(Ps),设计压力(即最大工作压力Pms)的定义,可确定推车干粉灭火器的工作压力(按额定充装和加压的灭火器在20℃中放置18h后内部平衡压力)为,设计压力即最大工作压力(按额定充装和加压的灭火器在55℃环境中放置18h后内部平衡压力)经试验证明为。
4、灭火器水压试验压力计算
根据GB8109-2005第6.10.1.1条款规定:
推车式灭火器的钢质焊接筒体的材料、设计、制造、检验规则和试验方法应符合GB5100的要求。
其中水压试验压力Pt为倍的最大工作压力Pms或,取其中较大者
Pt=×
Pms
Pt—水压试验压力MPa
Pms—最大工作压力MPa
则Pt=×
=
由计算结果,可确定MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器水压试验压力为。
5、灭火器筒体材料的选择
根据GB5100-1994标准中第条款的规定,考虑到材料的机械性能等条件,拟选定HP295气瓶钢板,其机械性能按Q/BQB321-94-宝山钢铁(集团)公司企业标准《焊接气瓶用热轧钢板及钢带》如表1:
表1
牌号
屈服点σsMPa
抗拉强度σbMPa
伸长率δs%
HP295
≥295
≥440
≥26
6、灭火器筒体壁厚的计算
计算方法及计算公式
MFTZ/ABC35型灭火器筒体上下封头采用冲压成形工艺制造,筒体采用钢板卷圆,与封头拼焊的工艺制造。
由于筒身和封头最小壁厚计算不一,所以两者分别计算,整体选定钢板厚度应满足其中较大值。
6.1.1筒体的设计壁厚(即最小壁厚)计算,按GB5100-94标准中第条款规定的公式计算:
S1—筒体设计壁厚mm
Ph—筒体水压试验压力MPa
Di—筒体内径mm
σs—屈服应力或常温下材料屈服点MPa
φ—焊缝系数φ=
6.1.2封头设计壁厚计算,按GB5100-94标准中第条款规定的公式计算:
S2—封头设计壁厚mm
K—封头形状系数K,对于标准椭圆封头(Hi=),K=1
6.1.3整体瓶体设计壁厚计算按GB5100-94标准中第条款规定应符合。
a当钢瓶内直径Di<250mm时,不小于2mm。
b当钢瓶内直径Di≥250mm时,不小于按下式计算的厚度
S—瓶体设计壁厚mm
D0—钢瓶外直径mm
6.1.4钢瓶筒体和封头的名义壁厚按GB5100-94标准中第条款规定应相等,确定瓶体的名义厚度时,应考虑腐蚀量、钢板厚度负偏差和工艺减薄量。
计算
6.2.1MFTZ/ABC35型灭火器筒体设计壁厚(即最小壁厚)计算
其中:
Ph=
Di=314mm
σs=295MPa
φ=局部射线探伤纵焊缝系数
则:
MFTZ/ABC35型灭火器筒体设计壁厚为1.62mm。
6.2.2MFTZ/ABC35型灭火器封头设计壁厚(即最小壁厚)计算
K=1
MFTZ/ABC35型灭火器封头设计壁厚为1.46mm。
6.2.3MFTZ/ABC35型灭火器瓶体设计壁厚(即最小壁厚)计算
D0=320mm
∴MFTZ/ABC35型灭火器瓶体设计壁厚应为。
MFTZ/ABC35型灭火器瓶体名义壁厚的确定
6.3.1根据GB5100-94第条款规定,瓶体的名义壁厚确定时,应考虑腐蚀量、钢板厚度负偏差和工艺减薄量。
6.3.2钢板负偏差按GB708-65《轧制薄钢板厚度的允许偏差表》中查得有关厚度的允许偏差列于表2
表2(mm)
~3
~
A高精度
±
B较高精度
设计选用B较高精度
6.3.3工艺减薄量由于封头采用拉伸成型,考虑拉伸工艺减薄量≤5%可取0.05mm。
6.3.4钢瓶名义壁厚确定为表3
表3(mm)
筒体设计壁厚S1
封头设计壁厚S2
瓶体设计壁厚S
工艺减薄量
钢板负偏差
瓶体名义壁厚
MFTZ/ABC35型
>选定为3mm
根据计算值,考虑到钢板厚度负偏差,腐蚀量及封头拉伸的工艺减薄量,以及便于采购管理等因素,从而确定MFTZ/ABC35型瓶体的筒身和封头选用HP295气瓶钢板(普通轧制精度),厚度选定为3.0mm,允许钢板偏差±
0.18mm。
7、灭火器筒体爆破压力的计算
推车式干粉筒体爆破压力计算按GB5100-94第5.2.3.6条款的规定:
钢瓶爆破试验结果应符合下列规定:
a在试验压力Ph下,钢瓶的容积残余变形率不大于10%;
b爆破压力实测值Pb,不小于按下式计算的结果:
Pb—钢瓶实测爆破压力MPa
σb—标准规定的抗拉强度MPa
D0—钢瓶外直径mm
Sb—瓶体实测最小壁厚mm,此时拟Sb=S代入
c钢瓶破裂时的容积变形率(钢瓶容积增加量与试验前瓶体实际容积比)不小于下表的规定:
瓶体长度与公称直径比L/D
σbMPa
≤360
>360~490
>490
容积变形率%
>1
20
15
12
≤1
14
8
d钢瓶破裂不产生碎片,爆破口不发生在封头上(只有一条环焊缝,L≤2D0的钢瓶除外),纵焊缝及其熔合线上,环焊缝上(垂直于环焊缝除外)。
e钢瓶的爆破口为塑性断口,即断口上有明显的剪切唇,但没有明显的金属缺陷。
7.2.1MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器筒体在水压试验压力下,钢瓶的容积残余变形率不大于10%。
7.2.2MFTZ/ABC35型灭火器筒体爆破压力的实测值Pb计算
Sb=
σb=440MPa
D0=320mm
∴MFTZ/ABC35型灭火器爆破压力实测值应大于等于。
7.2.3MFTZ/ABC35型灭火器筒体破裂时的容积变形率计算
MFTZ/ABC型推车干粉灭火器筒体长度与公称直径比L/D≥1,σb=440MPa,则:
MFTZ/ABC35型灭火器筒体破裂时的容积变形率不小于15%。
8、灭火器筒体容积的计算
ABC型灭火器筒体的理论容积的计算
由标准中规定ABC干粉灭火剂的松密度≥0.80g/ml,厂方公布值±
,我公司设计选定的ABC干粉灭火剂的充装系数为0.85g/ml
灭火器筒体理论容积的计算公式
W—表示标准规定的充装量kg
f—ABC干粉灭火剂的松密度,f=0.85g/ml
MFTZ/ABC35型灭火器筒体理论容积为
∴MFTZ/ABC35型灭火器筒体理论容积为±
0.83L。
MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积的计算
8.2.1初定筒体几何形状及尺寸如图示:
V1V2V3
h1h2h3
h
MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际参数选定为
MFTZ/ABC35
Di
314
h
625
h1=h3
h2
480
8.2.2MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积计算公式
V实=V1+V2+V3
V1=V3—椭圆形封头容积L
V2—圆柱形筒体容积L
Di—筒体内直径mm
h2—圆柱形筒身高度mm
h1—封头内凸面高度mm,按GB5100-94第5.4.3条款规定h1≥的要求,即:
MFTZ/ABC35型灭火器筒体h1≥0.2Di=0.2×
314=62.8mm取h1=72.5mm
8.2.3MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积计算
V实=V1+V2+V3=2V1+V2
V实=2V1+V2=2×
+=44.65L
即MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积为。
9、筒体与器头连接螺纹强度计算
计算方法和公式
筒体与器头连接的螺纹为M52×
(见图示、),该螺纹的连接由非标准螺纹零件构成,属于受轴向载荷的预紧联接,因此除应校核该螺纹联接的抗拉强度外,还需校核螺纹牙的剪切强度和弯曲强度,按《机械工程手册》⑸中有关螺纹强度计算的公式进行。
9.1.1螺纹连接抗拉强度计算公式
σL—螺纹部分危险剖面拉应力N/mm2
PΣ—螺纹部分的总拉力N
PΣ=(K0+Kc)P=(+)P=2P
K0—预紧系数,对有紧密性要求的压力容器,查《机械工程手册》⑸表~12选取K0=。
Kc—刚性系数,查《机械工程手册》⑸表~11选Kc=
P—最大压力对筒体连接螺纹的载荷N
Am—密封口受力处最大面积mm2
d—密封口直径见图示
Pmax—最大压力N/mm2
Am—螺纹零件受力部分最小剖面积mm2
[σ]L—螺纹零件的许用拉应力N/mm2
9.1.2螺纹牙剪切强度计算公式
外螺纹
内螺纹
τ—螺纹牙的剪切应力N/mm2
d1—螺纹内径mm
d—螺纹外径mm
PΣ—与9.1.1款内容相同N
b—螺纹牙根的宽度mm普通螺纹b=mm
t—螺距mm
z—旋合圈数
[τ]—螺纹牙的许用剪切应力N/mm2
Kz—考虑螺纹各圈载荷不均的系数,内螺纹为钢、外螺纹为铜,且d/t>9时,Kz=~,校核时取
9.1.3螺纹牙弯曲强度计算公式
σw—螺纹牙的弯曲应力N/mm2
[σ]w—螺纹牙的许用弯曲应力N/mm2
h—螺纹牙的公称工作高度
查GB196-63《普通螺纹尺寸》h=t
Pz、Kz、d1、b、z、d同9.1.2款内容相同
设计选定的参数
9.2.1图2筒体颈口螺纹M52×
,采用冷轧无缝钢管20#,从YB231-70《无缝钢管》中查得σb=42kgf/mm2=mm2,σs=25kgf/mm2=245N/mm2。
图3器头螺纹M52×
,选用材料为铅黄铜HPb59-1,从YB460-71中查得
σb=350N/mm2,σs=145N/mm2
9.2.2螺纹连接的各部位尺寸见图示
9.2.3最大压力的确定:
筒体和连接零件按GB8109-2005要求必须能经受爆破试验,因此爆破压力即为最大压力,由第7条款可知:
Pmax=Pb=
筒体颈口内螺纹的连接,只需校核螺纹牙的剪切强度和弯曲强度,因为颈口内螺纹受力最薄弱处(图示2A处)未受到螺纹的拉力,只受到筒体的内压力与筒身部位受力相同,该零件设计选用材料为冷轧无缝钢管20#,抗拉强度和屈服强度与筒体材料基本相同,而最薄弱处的厚度大于筒体壁厚,直径比筒体直径小好几倍,所以抗拉强度足够,可以免做计算。
9.3.2筒体颈口内螺牙剪切强度校核
9.3.2.1筒体颈口内螺牙剪切强度的计算按款公式进行.
9.3.2.2筒体颈口内螺牙剪切强度的计算
PΣ=2P
d0=58mm
Kz=
d=52mm
b=×
=1.305mm
z=6圈
则
9.3.2.3螺纹许用剪切应力[τ]的计算,查《机械工程手册》五卷,表~22
式中:
σs—螺纹材料屈服强度N/mm2,见9.2.1条款内容
9.3.2.4校核结果
MFTZ/ABC35型灭火器颈口内螺纹牙剪切强度τ=mm2<[τ]=98N/mm2强度足够。
9.3.3筒体颈口内螺牙弯曲强度校核
9.3.3.1筒体颈口内螺牙弯曲强度的计算按款公式进行
9.3.3.2筒体颈口内螺牙弯曲强度的计算
PΣ=2P=2×
h==×
=0.81195mm
b==1.305mm
9.3.3.3螺纹许用弯曲应力的计算
查《机械工程手册》(五卷)表~6及~22规定
式中:
[τ]—许用拉应力N/mm2
σs—材料屈服极限N/mm2
n—安全系数,不控制预紧力时,查《机械工程手册》五卷,表~24n=2
9.3.3.4校核结果
MFTZ/ABC35型灭火器颈口螺纹弯曲强度σw=mm2<[σ]w=mm2,强度足够。
器头外螺纹连接强度计算
9.4.1器头外螺纹要承受筒体内压力和密封的预紧力,其材料为铅黄铜,其抗拉强度低于筒体颈口内螺纹的材质20#钢,因此,必须对外螺纹的剪切、弯曲强度进行校核,而器头螺纹连接后为整体受力,抗拉强度可免于校核。
9.4.2器头外螺牙剪切强度的校核
9.4.2.1器头外螺牙剪切强度τ的计算按款公式进行.
9.4.2.2灭火器器头外螺纹剪切强度的计算
Pz=mm2
d1==52×
=50.376mm
9.4.2.3器头外螺纹许用剪切应力τ的计算
9.4.2.4校核结果
MFTZ/ABC35型灭火器器头螺纹剪切强度τ=48N/mm2<[τ]=58N/mm2,强度足够。
9.4.3器头外螺纹牙弯曲强度校核
9.4.3.1器头外螺纹牙弯曲强度计算按款公式进行.
9.4.3.2器头外螺纹弯曲强度的计算
PΣ=N/mm2
h==0.81195mm
K=
d1==50.376mm
9.4.3.3器头螺纹许用弯曲应力[σ]w的计算
查《机械工程手册》五卷,表~6及表~22
[σ]L—许用拉应力N/mm2
σs—材料屈服极限N/mm2
n—安全系数,不控制预紧力时,查《机械工程手册》五卷表~24,n=
9.4.3.4校核结果
MFTZ/ABC35型灭火器器头螺纹弯曲强度σw=mm2<[σ]w=mm2,强度足够。
10、开启力计算
灭火器阀门采用内涨式密封,开启灭火器阀门必须克服灭火器开启受力图中所示A点向上的密封力,而密封力F又等于灭火器内静压力F1与弹簧力F2之和,根据GB8109-2005第6.10.5.4条款的规定,推车式灭火器在55℃时,开启机构和喷射控制阀的开启力不应大于300N。
7015
CBA
fF
灭火器开启受力图
灭火器开启力计算公式
根据杠杆原理F·
(AB)=f·
(BC)
则:
f—灭火器开启力N
F—灭火器阀座密封力N
F=F1+F2
F1—灭火器阀芯所受的静压力N
F1=P·
A
P—灭火器设计压力P=
A—阀芯密封口截面积
d—阀芯密封口内径d=22mm
F2—阀门开启时弹簧工作载荷,F2==
灭火器开启力计算
则f≈145N<300N
故灭火器操作机构设计符合标准的要求。