35kg灭火器设计计算书.docx

1、35kg灭火器设计计算书受控状态： 文件编号：QJ/XHX7.3.0-002发放编号： 版本状态：B/0MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器设 计 计 算 书编写： 日期： 审核： 日期： 批准： 日期： 云南泰康消防化工集团股份有限公司目 录1、 目的及适用范围2、 产品设计依据3、 灭火器设计压力和工作压力的计算4、 灭火器水压试验压力计算5、 灭火器筒体材料的选择6、 灭火器筒体壁厚的计算7、 筒体爆破压力的计算8、 筒体容积的计算9、 器头螺纹连接强度的校核计算10、 开启力计算1、目的及适用范围MFTZ/ABC型推车式干粉灭火器由筒体、器头、喷射系统、推车行走系统、开启机构等组成，

2、利用氮气为驱动气体，将筒体内的ABC干粉灭火剂以粉雾状喷出扑灭火焰，是一种高效能的灭火器，它主要适用于扑救易燃液体、可燃气体和电器设备的初起火灾，还能扑灭棉、麻织品、木竹等固体物质的初起火灾。为确保灭火器性能符合产品质量标准，特对灭火器的设计压力、筒体强度、容积等主要技术参数进行计算。本设计计算书适用于MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器。2、产品设依据GB8109-2005 推车式灭火器GB4066.2-2004干粉灭火剂 第2部分：ABC干粉灭火剂GB5100-1994钢质焊接气瓶机械工程手册 机械工业出版社物理化学 上海化工学院胡美等编3、灭火器设计压力和工作压力的计算 根据GB810

3、9-2005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1.04Mpa（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1.04MPa（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=253KTs +20对应的绝对使用温度 +20+273=293K Tms +

4、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1.2Mpa，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1.4MPa。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1.5倍的最大工作压力Pms或2.0MPa，取其中较大者 Pt

5、=1.5Pms式中：Pt水压试验压力MPa Pms最大工作压力MPa则 Pt=1.51.4=2.1MPa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2.1MPa。5、灭火器筒体材料的选择根据GB5100-1994标准中第5.1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s MPa抗拉强度b MPa伸长率s%HP295295440266、灭火器筒体壁厚的计算6.1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

6、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5.5.1条款规定的公式计算： 式中： S1筒体设计壁厚mm Ph筒体水压试验压力MPa Di筒体内径mm s屈服应力或常温下材料屈服点MPa 焊缝系数 =0.96.1.2封头设计壁厚计算，按GB5100-94标准中第5.5.2条款规定的公式计算：式中：S2 封头设计壁厚mmK封头形状系数K，对于标准椭圆封头（Hi=0.25Di），K=16.1.3整体瓶体设计壁厚计算按GB5100-94标准中第5

7、.5.3条款规定应符合。a 当钢瓶内直径Di250mm时，不小于2mm。b 当钢瓶内直径Di250mm时，不小于按下式计算的厚度式中：S瓶体设计壁厚mm D0钢瓶外直径mm6.1.4钢瓶筒体和封头的名义壁厚按GB5100-94标准中第5.5.4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。6.2计算6.2.1 MFTZ/ABC35型灭火器筒体设计壁厚（即最小壁厚）计算 其中： Ph = 2.1MPaDi = 314mms = 295MPa =0.9 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/AB

8、C35型灭火器封头设计壁厚（即最小壁厚）计算 其中： K = 1 则：MFTZ/ABC35型灭火器封头设计壁厚为1.46mm。6.2.3 MFTZ/ABC35型灭火器瓶体设计壁厚（即最小壁厚）计算其中：D0=320mm则： MFTZ/ABC35型灭火器瓶体设计壁厚应为2.28mm。6.3 MFTZ/ABC35型灭火器瓶体名义壁厚的确定6.3.1根据GB5100-94第5.5.4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)2.52.833.23.5A高精度0.

9、150.160.18B较高精度0.170.180.20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1.621.462.280.050.182.51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

10、压力的计算7.1计算方法及计算公式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： 式中： Pb钢瓶实测爆破压力MPab标准规定的抗拉强度MPa D0钢瓶外直径mmSb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/Db MPa360360490490容积变形率%1201512114208d 钢瓶破裂不产生碎片，爆破口不发生在封头上（

11、只有一条环焊缝，L2D0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计算7.2.1MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器筒体在水压试验压力2.1MPa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 其中：Sb= 2.28mm b =440MPa D0=320mm则： MFTZ/ABC35型灭火器爆破压力实测值应大于等于6.3MPa。7.2.3 MFTZ/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

12、公称直径比L/D1，b=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8.1MFTZ/ABC型灭火器筒体的理论容积的计算由GB4066.2-2004标准中规定ABC干粉灭火剂的松密度0.80g/ml，厂方公布值0.1，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 式中：W表示标准规定的充装量kg fABC干粉灭火剂的松密度，f=0.85g/ml则：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41.180.83L。8.2 MFTZ/ABC35型灭火器筒体

13、实际容积的计算8.2.1初定筒体几何形状及尺寸如图示： V1 V2 V3 h1 h2 h3 hMFTZ/ABC35型灭火器筒体实际参数选定为MFTZ/ABC35Di314h625h1=h372.5h24808.2.2MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积计算公式 V实 = V1+V2+V3其中：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h10.2Di的要求,即：MFTZ/ABC35型灭火器筒体 h10. 2Di=0. 2314=62.8mm 取h1=72.5mm8

14、.2.3 MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积计算V实 =V1+V2+V3=2V1+V2V实 =2V1+V2 =23.74+37.17=44.65L即MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积为44.65L。9、筒体与器头连接螺纹强度计算9.1计算方法和公式筒体与器头连接的螺纹为M521.5（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式中：L螺纹部分危险剖面拉应力 N/mm2P螺纹部分的总拉力 NP = （K0+K

15、c）P=（1.8+0.2）P=2PK0预紧系数，对有紧密性要求的压力容器，查机械工程手册表27.212选取K0=1.8。Kc刚性系数，查机械工程手册表27.211选Kc=0.2P最大压力对筒体连接螺纹的载荷 N 式中：Am密封口受力处最大面积 mm2d密封口直径见图示2.3Pmax最大压力 N/mm2Am螺纹零件受力部分最小剖面积 mm2L 螺纹零件的许用拉应力 N/mm29.1.2螺纹牙剪切强度计算公式外螺纹内螺纹式中： 螺纹牙的剪切应力N/mm2d1螺纹内径 mmd螺纹外径 mmP与9.1.1款内容相同 Nb螺纹牙根的宽度 mm 普通螺纹b=0.87t mmt螺距 mmz旋合圈数 螺纹牙的

16、许用剪切应力 N/mm2Kz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/t9时，Kz = 0.560.75,校核时取0.569.1.3螺纹牙弯曲强度计算公式外螺纹内螺纹式中：w螺纹牙的弯曲应力 N/mm2w 螺纹牙的许用弯曲应力 N/mm2h螺纹牙的公称工作高度查GB196-63普通螺纹尺寸h=0.5413 tPz、Kz、d1、b、z、d同9.1.2款内容相同9.2设计选定的参数9.2.1图2筒体颈口螺纹M521.5，采用冷轧无缝钢管20#，从YB231-70无缝钢管中查得b=42kgf/mm2=411.6N/mm2，s=25kgf/mm2=245N/mm2。图3器头螺纹M521

17、.5，选用材料为铅黄铜HPb59-1，从YB460-71中查得b=350N/mm2，s=145N/mm29.2.2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=6.3MPa9.3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

18、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9.1.2款公式进行.9.3.2.2筒体颈口内螺牙剪切强度的计算式中：P=2Pd0=58mmKz=0.56d=52mmb=0.87t1.5=1.305mmz=6圈则9.3.2.3螺纹许用剪切应力的计算,查机械工程手册五卷，表27.222 式中：s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=20.8N/mm2=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9.1

19、.3款公式进行9.3.3.2筒体颈口内螺牙弯曲强度的计算式中： P=2P=216645.1=33290.2Nh=0.5413t=0.54131.5=0.81195mmKz=0.56d=52mmb=0.87t=1.305mmz=6圈则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27.26及27.222规定式中:许用拉应力 N/mm2 s 材料屈服极限 N/mm2n安全系数，不控制预紧力时，查机械工程手册五卷，表27.224 n=29.3.3.4校核结果MFTZ/ABC35型灭火器颈口螺纹 弯曲强度w =86.7N/mm2w =122.5N/mm2，强度足够。9.4器头外螺纹连接强

20、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的计算按9.1.2款公式进行.9.4.2.2 灭火器器头外螺纹剪切强度的计算其中：Pz=33290.2N/mm2Kz=0.56d1=52-1.0825t=52 -1.08251.5=50.376mmb=0.87t=1.305mmz=6圈9.4.2.3器头外螺纹许用剪切应力的计算9.4.2.4校核结果MFTZ/ABC35型灭

21、火器器头螺纹剪切强度=48N/mm2=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9.1.3款公式进行.9.4.3.2器头外螺纹弯曲强度的计算式中:P=33290.2 N/mm2h=0.5413t=0.81195mmK=0.56d1=52-1.0825t=50.376mm b=0.87t=1.305mmz=6圈则： 9.4.3.3器头螺纹许用弯曲应力w的计算查机械工程手册五卷，表27.26及表27.222式中：L许用拉应力N/mm2s材料屈服极限N/mm2n安全系数，不控制预紧力时，查机械工程手册五卷表27.224，n=1.59.4.3.

22、4校核结果MFTZ/ABC35型灭火器器头螺纹弯曲强度w=89.5N/mm2w=96.6N/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。 70 15C B A f F 灭火器开启 受力图10.1灭火器开启力计算公式根据杠杆原理 F(AB)=f(BC)则 ： 式中： f灭火器开启力NF灭火器阀座密封力NF=F1+F2F1灭火器阀芯所受的静压力NF1=PAP灭火器设计压力P=1.4MPaA阀芯密封口截面积 d阀芯密封口内径 d=22mmF2阀门开启时弹簧工作载荷， F2 = 14.7kgf = 144.06N10.2灭火器开启力计算 则f145N300N故灭火器操作机构设计符合标准的要求。