滅火器設(shè)計計算

1、推車式干粉滅火器設(shè)計計算書編寫：日期：審核：日期：批準(zhǔn)：日期：目錄1、目的及適用范圍2、產(chǎn)品設(shè)計依據(jù)3、滅火器設(shè)計壓力和工作壓力的計算4、滅火器水壓試驗壓力計算5、滅火器筒體材料的選擇6、滅火器筒體壁厚的計算7、筒體爆破壓力的計算8、筒體容積的計算9、器頭螺紋連接強(qiáng)度的校核計算10、開啟力計算1、目的及適用范圍MFTZ/ABC 型推車式干粉滅火器由筒體、器頭、噴射系統(tǒng)、推車行走系統(tǒng)、開啟機(jī) 構(gòu)等組成，利用氮氣為驅(qū)動氣體，將筒體內(nèi)的 ABC 干粉滅火劑以粉霧狀噴出撲滅火焰， 是一種高效能的滅火器， 它主要適用于撲救易燃液體、 可燃?xì)怏w和電器設(shè)備的初起火災(zāi)， 還能撲滅棉、麻織品、木竹等固體物質(zhì)的初

2、起火災(zāi)。為確保滅火器性能符合產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)，特對滅火器的設(shè)計壓力、筒體強(qiáng)度、容積等主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計算。本設(shè)計計算書適用于 MFTZ/ABC35 型推車式干粉滅火器。2、產(chǎn)品設(shè)依據(jù)GB8109-2005 推車式滅火器GB4066.2-2004干粉滅火劑 第2部分： ABC 干粉滅火劑GB5100-1994鋼質(zhì)焊接氣瓶機(jī)械工程手冊 機(jī)械工業(yè)出版社物理化學(xué) 上?；W(xué)院胡美等編3、滅火器設(shè)計壓力和工作壓力的計算根據(jù) GB8109-2005 的規(guī)定， MFTZ/ABC35 型推車式干粉滅火器使用溫度范圍為 -20 +55，為確保在 -20時的噴射性能， 根據(jù)試驗證明，當(dāng)滅火器氮氣壓力為 1.04Mp

3、a（表 壓）時，低溫噴射性能符合 GB8109-2005 的要求。為保證 -20時滅火器內(nèi)部壓力為 1.04MPa（表壓），+20時應(yīng)充裝氮氣壓力和 +55時滅火器內(nèi)部平衡壓力由 物理化學(xué) 中查理定律可計算為：msmsPsTs式中： P -20時滅火器內(nèi)部平衡壓力 MpaPs +20時滅火器內(nèi)部平衡壓力 MpaPms +55時滅火器內(nèi)部平衡壓力 Mpa-20+273=253K+20+273=293K+55+273=328KT -20對應(yīng)的絕對使用溫度Ts +20對應(yīng)的絕對使用溫度Tms +55對應(yīng)的絕對使用溫度則：P TsPsPTTs1.04 2932531.2MPaPs Tm s1.2 32

4、82931.34MPa由計算結(jié)果和工作壓力（ Ps），設(shè)計壓力（即最大工作壓力 Pms）的定義，可確定推 車干粉滅火器的工作壓力 （按額定充裝和加壓的滅火器在 20中放置 18h 后內(nèi)部平衡壓 力）為 1.2Mpa，設(shè)計壓力即最大工作壓力 （按額定充裝和加壓的滅火器在 55環(huán)境中放 置 18h 后內(nèi)部平衡壓力）經(jīng)試驗證明為 1.4MPa。4、滅火器水壓試驗壓力計算根據(jù) GB8109-2005 第 6.10.1.1條款規(guī)定：推車式滅火器的鋼質(zhì)焊接筒體的材料、 設(shè)計、制造、檢驗規(guī)則和試驗方法應(yīng)符合 GB5100 的要求。其中水壓試驗壓力 Pt 為 1.5 倍的最大工作壓力 Pms 或 2.0MPa

5、，取其中較大者Pt=1.5 ×Pms式中： Pt水壓試驗壓力 MPaPms最大工作壓力 MPa則Pt=1.5× 1.4=2.1MPa由計算結(jié)果，可確定 MFTZ/ABC35 型推車式干粉滅火器水壓試驗壓力為 2.1MPa。5、滅火器筒體材料的選擇根據(jù) GB5100-1994 標(biāo)準(zhǔn)中第 5.1條款的規(guī)定，考慮到材料的機(jī)械性能等條件，擬選 定 HP295 氣瓶鋼板，其機(jī)械性能按 Q/BQB321-94- 寶山鋼鐵（集團(tuán)）公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)焊 接氣瓶用熱軋鋼板及鋼帶如表 1：表1牌號屈服點s MPa抗拉強(qiáng)度 b MPa伸長率 s%HP295295440266、滅火器筒體壁厚的計算6.1

6、 計算方法及計算公式MFTZ/ABC35 型滅火器筒體上下封頭采用沖壓成形工藝制造，筒體采用鋼板卷圓， 與封頭拼焊的工藝制造。由于筒身和封頭最小壁厚計算不一，所以兩者分別計算，整體 選定鋼板厚度應(yīng)滿足其中較大值。6.1.1筒體的設(shè)計壁厚（即最小壁厚）計算，按 GB5100-94 標(biāo)準(zhǔn)中第 5.5.1條款規(guī)定的公 式計算：Ph Di2s式中：1.3S1筒體設(shè)計壁厚 mm Ph筒體水壓試驗壓力 MPa Di筒體內(nèi)徑 mm s屈服應(yīng)力或常溫下材料屈服點 MPa 焊縫系數(shù)=0.96.1.2 封頭設(shè)計壁厚計算，按 GB5100-94標(biāo)準(zhǔn)中第 5.5.2 條款規(guī)定的公式計算：Ph Di KS22sPh1.

7、3 h式中：S2 封頭設(shè)計壁厚 mmK封頭形狀系數(shù) K，對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭( Hi=0.25Di )，K=16.1.3 整體瓶體設(shè)計壁厚計算按 GB5100-94標(biāo)準(zhǔn)中第 5.5.3 條款規(guī)定應(yīng)符合。 a 當(dāng)鋼瓶內(nèi)直徑 Di<250mm 時，不小于 2mm。b 當(dāng)鋼瓶內(nèi)直徑 Di250mm 時，不小于按下式計算的厚度D0S 0 1 250式中：S瓶體設(shè)計壁厚 mmD0鋼瓶外直徑 mm6.1.4 鋼瓶筒體和封頭的名義壁厚按 GB5100-94 標(biāo)準(zhǔn)中第 5.5.4 條款規(guī)定應(yīng)相等，確定瓶 體的名義厚度時 ，應(yīng)考慮腐蝕量、鋼板厚度負(fù)偏差和工藝減薄量。6.2 計算6.2.1 MFTZ/ABC35

8、 型滅火器筒體設(shè)計壁厚(即最小壁厚)計算SPh DiS12 sP1.3Ph其中：Ph = 2.1MPaDi = 314mms = 295MPa=0.9 局部射線探傷縱焊縫系數(shù)則: S12.1 3142 295 0.91.31.62mm2.1MFTZ/ABC35 型滅火器筒體設(shè)計壁厚為 1.62mm。6.2.2MFTZ/ABC35 型滅火器封頭設(shè)計壁厚（即最小壁厚）計算S2Ph Di K2s1.3Ph其中：2.1 314 1S21.46mm2 2 2952.11.3則： MFTZ/ABC35 型滅火器封頭設(shè)計壁厚為 1.46mm。6.2.3 MFTZ/ABC35 型滅火器瓶體設(shè)計壁厚（即最小壁厚

9、）計算D0250其中： D0=320mm320則： S 320 1 2.28mm250 MFTZ/ABC35 型滅火器瓶體設(shè)計壁厚應(yīng)為 2.28mm。6.3 MFTZ/ABC35 型滅火器瓶體名義壁厚的確定6.3.1根據(jù) GB5100-94第 5.5.4條款規(guī)定，瓶體的名義壁厚確定時，應(yīng)考慮腐蝕量、鋼板 厚度負(fù)偏差和工藝減薄量。6.3.2 鋼板負(fù)偏差按 GB708-65軋制薄鋼板厚度的允許偏差表中查得有關(guān)厚度的允許 偏差列于表 2表 2(mm)允 鋼 板 厚許 厚 度mm偏精 度 級 別 mm2.52.833.23.5A 高精度±0.15±0.16±0.18B 較

10、高精度±0.17±0.18±0.20設(shè)計選用 B 較高精度6.3.3工藝減薄量由于封頭采用拉伸成型，考慮拉伸工藝減薄量 5%可取 0.05mm。6.3.4 鋼瓶名義壁厚確定為表 3表 3(mm)參數(shù)型 mm號筒體設(shè)計壁厚 S1封頭設(shè)計壁厚 S2瓶體設(shè)計 壁厚 S工藝減薄量鋼板負(fù)偏差瓶體名義壁厚MFTZ/ABC35 型1.621.462.280.050.18> 2.51 選定為 3mm根據(jù)計算值，考慮到鋼板厚度負(fù)偏差，腐蝕量及封頭拉伸的工藝減薄量，以及便于 采購管理等因素， 從而確定 MFTZ/ABC35 型瓶體的筒身和封頭選用 HP295氣瓶鋼板（普 通軋制

11、精度），厚度選定為 3.0mm，允許鋼板偏差± 0.18mm。7、滅火器筒體爆破壓力的計算7.1 計算方法及計算公式推車式干粉筒體爆破壓力計算按 GB5100-94第 5.2.3.6 條款的規(guī)定：鋼瓶爆破試驗結(jié) 果應(yīng)符合下列規(guī)定：a 在試驗壓力 Ph 下，鋼瓶的容積殘余變形率不大于 10%；b 爆破壓力實測值 Pb，不小于按下式計算的結(jié)果：Pb2SbbD0Sb式中： Pb鋼瓶實測爆破壓力 MPa b標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度 MPa D0 鋼瓶外直徑 mmSb瓶體實測最小壁厚 mm，此時擬 Sb=S 代入c 鋼瓶破裂時的容積變形率（鋼瓶容積增加量與試驗前瓶體實際容積比）不小于下 表的規(guī)定：瓶

12、體長度與公稱直徑比 L/D b MPa 360>360490>490容積變形率 %>1201512114208d 鋼瓶破裂不產(chǎn)生碎片，爆破口不發(fā)生在封頭上（只有一條環(huán)焊縫， L2D0 的鋼瓶除 外 ），縱焊縫及其熔合線上，環(huán)焊縫上（垂直于環(huán)焊縫除外） 。e 鋼瓶的爆破口為塑性斷口，即斷口上有明顯的剪切唇，但沒有明顯的金屬缺陷。7.2 計算7.2.1MFTZ/ABC35 型推車式干粉滅火器筒體在水壓試驗壓力 2.1MPa 下，鋼瓶的容積殘 余變形率不大于 10%。7.2.2MFTZ/ABC35 型滅火器筒體爆破壓力的實測值 Pb 計算Pb 2Sb b b D0 Sb其中： Sb

13、= 2.28mmb =440MPaD0=320mm2 2.28 440則： Pb 2 2.28 440 6.3MPa b 320 2.28MFTZ/ABC35 型滅火器爆破壓力實測值應(yīng)大于等于 6.3MPa。7.2.3 MFTZ/ABC35 型滅火器筒體破裂時的容積變形率計算MFTZ/ABC 型推車干粉滅火器筒體長度與公稱直徑比 L/D 1，b=440MPa，則： MFTZ/ABC35 型滅火器筒體破裂時的容積變形率不小于 15%。8、滅火器筒體容積的計算8.1MFTZ/ABC 型滅火器筒體的理論容積的計算由 GB4066.2-2004 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定 ABC 干粉滅火劑的松密度 0.80g/ml

14、，廠方公布值± 0.1，我公司設(shè)計選定的 ABC 干粉滅火劑的充裝系數(shù)為 0.85g/ml滅火器筒體理論容積的計算公式 V理 W理f式中： W 表示標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的充裝量 kgfABC 干粉滅火劑的松密度， f=0.85g/ml則： MFTZ/ABC35 型滅火器筒體理論容積為35 2%V理41.18 0.83L理 0.85MFTZ/ABC35 型滅火器筒體理論容積為 41.18±0.83L。8.2 MFTZ/ABC35 型滅火器筒體實際容積的計算8.2.1 初定筒體幾何形狀及尺寸如圖示：V1 V 2V3h1h2h3hMFTZ/ABC35 型滅火器筒體實際參數(shù)選定為規(guī)參 數(shù) 格

15、數(shù) mmMFTZ/ABC35Di314h625h1=h372.5h24808.2.2MFTZ/ABC35 型滅火器筒體實際容積計算公式V 實 = V1+V2+V3其中： V1 = V3橢圓形封頭容積 LV1 V3 2 (Di )2 h11 3 3 2 1V2 圓柱形筒體容積 LDi 2V2 ( i )2 h22Di 筒體內(nèi)直徑 mmh2 圓柱形筒身高度 mmh1 封頭內(nèi)凸面高度 mm，按 GB5100-94第5.4.3條款規(guī)定 h10.2Di的要求,即：MFTZ/ABC35 型滅火器筒體 h1 0. 2Di=0. 2×314=62.8mm 取 h1=72.5mm8.2.3 MFTZ/

16、ABC35 型滅火器筒體實際容積計算V 實 =V 1+V 2+V 3=2V 1+V 223 (Di2)2h1(0.3214)272.5 3.74LV2(Di )2 h2(0.314)2 480 37.17L22V 實 =2V 1+V 2 =2×3.74+37.17=44.65L即 MFTZ/ABC35 型滅火器筒體實際容積為 44.65L 。9、筒體與器頭連接螺紋強(qiáng)度計算9.1 計算方法和公式筒體與器頭連接的螺紋為 M52×1.5（見圖示、），該螺紋的連接由非標(biāo)準(zhǔn)螺紋零件構(gòu)成，屬于受軸向載荷的預(yù)緊聯(lián)接，因此除應(yīng)校核該螺紋聯(lián)接的抗拉強(qiáng)度外，還需校核螺 紋牙的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度

17、，按機(jī)械工程手冊中有關(guān)螺紋強(qiáng)度計算的公式進(jìn)行。9.1.1 螺紋連接抗拉強(qiáng)度計算公式L1.3AP LAs式中： L螺紋部分危險剖面拉應(yīng)力N/mm2P螺紋部分的總拉力P = （K0+Kc）P=（1.8+0.2）P=2P27.212K0預(yù)緊系數(shù)，對有緊密性要求的壓力容器，查機(jī)械工程手冊表選取 K0=1.8。Kc剛性系數(shù)，查機(jī)械工程手冊表 27.211選 Kc=0.2P最大壓力對筒體連接螺紋的載荷Amd2式中： Am密封口受力處最大面積mm2d密封口直徑見圖示 2.3Pmax最大壓力N/mm2Am螺紋零件受力部分最小剖面積mm2 L 螺紋零件的許用拉應(yīng)力N/mm29.1.2 螺紋牙剪切強(qiáng)度計算公式外螺

18、紋 Kz Pd1 b z 內(nèi)螺紋 K zd b z式中： 螺紋牙的剪切應(yīng)力 N/mm2d1螺紋內(nèi)徑mmmmd螺紋外徑P與 9.1.1 款內(nèi)容相同Nb螺紋牙根的寬度 mm 普通螺紋 b=0.87t mmt螺距mmz旋合圈數(shù) 螺紋牙的許用剪切應(yīng)力 N/mm2Kz考慮螺紋各圈載荷不均的系數(shù)，內(nèi)螺紋為鋼、外螺紋為銅，且d/t>9 時，Kz = 0.560.75,校核時取 0.569.1.3 螺紋牙彎曲強(qiáng)度計算公式外螺紋 w3P h2K zd1 b z w內(nèi)螺紋 w3P h2K zd b z w式中： w螺紋牙的彎曲應(yīng)力 w 螺紋牙的許用彎曲應(yīng)力h螺紋牙的公稱工作高度N/mm2N/mm2查 GB1

19、96-63普通螺紋尺寸 h=0.5413 tPz、Kz、d1、b、z、d同 9.1.2款內(nèi)容相同9.2 設(shè)計選定的參數(shù)9.2.1 圖 2 筒體頸口螺紋 M52 ×1.5，采用冷軋無縫鋼管 20#，從 YB231-70無縫鋼管 中查得 b=42kgf/mm2=411.6N/mm2， s=25kgf/mm2=245N/mm2。圖 3 器頭螺紋 M52 ×1.5，選用材料為鉛黃銅 HPb59-1，從 YB460-71 中查得22b=350N/mm2，s=145N/mm29.2.2 螺紋連接的各部位尺寸見圖示9.2.3 最大壓力的確定：筒體和連接零件按 GB8109-2005 要求

20、必須能經(jīng)受爆破試驗 ,因此 爆破壓力即為最大壓力 ,由第 7 條款可知：Pmax=Pb=6.3MPa9.3 筒體頸口內(nèi)螺紋的連接 ,只需校核螺紋牙的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度 ,因為頸口內(nèi)螺紋受力 最薄弱處（圖示 2A 處）未受到螺紋的拉力，只受到筒體的內(nèi)壓力與筒身部位受力相同， 該零件設(shè)計選用材料為冷軋無縫鋼管 20#，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度與筒體材料基本相同， 而 最薄弱處的厚度大于筒體壁厚，直徑比筒體直徑小好幾倍，所以抗拉強(qiáng)度足夠，可以免 做計算。9.3.2 筒體頸口內(nèi)螺牙剪切強(qiáng)度校核9.3.2.1筒體頸口內(nèi)螺牙剪切強(qiáng)度的計算按 9.1.2 款公式進(jìn)行 . 9.3.2.2筒體頸口內(nèi)螺牙剪切強(qiáng)度的計算

21、式中：PK z d b zP=2P22 d0 58P Pb Am Pb0 6.3 16645.1N44d0=58mmKz=0.56 d=52mm b=0.87t 1×.5=1.305mm z=6 圈20.8N /mm22 16645.10.56 58 1.305 69.3.2.3螺紋許用剪切應(yīng)力 的計算 ,查機(jī)械工程手冊五卷，表 27.222 2.s5245 98N /mm22.5式中： s螺紋材料屈服強(qiáng)度N/mm2,見 9.2.1條款內(nèi)容9.3.2.4校核結(jié)果MFTZ/ABC35 型滅火器頸口內(nèi)螺紋牙剪切強(qiáng)度 =20.8N/mm2 =98N/mm2強(qiáng)度足夠9.3.3 筒體頸口內(nèi)螺牙

22、彎曲強(qiáng)度校核9.3.3.1筒體頸口內(nèi)螺牙彎曲強(qiáng)度的計算按 9.1.3 款公式進(jìn)行9.3.3.2筒體頸口內(nèi)螺牙彎曲強(qiáng)度的計算3P hw2K zd b z式中：P=2P=2×16645.1=33290.2Nh=0.5413t=0.5413 1.×5=0.81195mmKz=0.56d=52mmb=0.87t=1.305mmz=6 圈則w86.7N /mm23 33290.2 0.8119520.56 52 1.305 2 69.3.3.3螺紋許用彎曲應(yīng)力的計算查機(jī)械工程手冊（五卷）表 27.26及 27.222 規(guī)定s 245 2 w L s122.5N /mm2n2式中 :許

23、用拉應(yīng)力N/mm2 s 材料屈服極限N/mm2n安全系數(shù)，不控制預(yù)緊力時，查機(jī)械工程手冊五卷，表27.224 n=29.3.3.4校核結(jié)果22MFTZ/ABC35 型滅火器頸口螺紋 彎曲強(qiáng)度 w =86.7N/mm2<w =122.5N/mm2， 強(qiáng)度足夠。9.4器頭外螺紋連接強(qiáng)度計算9.4.1 器頭外螺紋要承受筒體內(nèi)壓力和密封的預(yù)緊力，其材料為鉛黃銅，其抗拉強(qiáng)度低于 筒體頸口內(nèi)螺紋的材質(zhì) 20#鋼，因此，必須對外螺紋的剪切、彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核，而器頭 螺紋連接后為整體受力，抗拉強(qiáng)度可免于校核。9.4.2 器頭外螺牙剪切強(qiáng)度的校核9.4.2.1器頭外螺牙剪切強(qiáng)度 的計算按 9.1.2款公式

24、進(jìn)行 .9.4.2.2 滅火器器頭外螺紋剪切強(qiáng)度的計算PzK zd1 b z其中： Pz=33290.2N/mm2Kz=0.56 d1=52-1.0825t=52 -1.0825 1.5×=50.376mm b=0.87t=1.305mm33290.2z=6 圈48N /mm20.56 50.376 1.305 69.4.2.3 器頭外螺紋許用剪切應(yīng)力 的計算 s 145 58N /mm22.5 2.5 9.4.2.4校核結(jié)果MFTZ/ABC35 型滅火器器頭螺紋剪切強(qiáng)度 =48N/mm2< =58N/mm2，強(qiáng)度足夠9.4.3 器頭外螺紋牙彎曲強(qiáng)度校核9.4.3.1器頭外螺紋牙彎曲強(qiáng)度計算按9.1.3 款公式進(jìn)行 .9.4.3.2器頭外螺紋彎曲強(qiáng)度的計算3P h2K zd1 b z式中:P=33290.2 N/mm2h=0.541