推車式干粉滅火器設(shè)計(jì)計(jì)算書.doc

推車式干粉滅火器設(shè) 計(jì) 計(jì) 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(jì)依據(jù)3、 滅火器設(shè)計(jì)壓力和工作壓力的計(jì)算4、 滅火器水壓試驗(yàn)壓力計(jì)算5、 滅火器筒體材料的選擇6、 滅火器筒體壁厚的計(jì)算7、 筒體爆破壓力的計(jì)算8、 筒體容積的計(jì)算9、 器頭螺紋連接強(qiáng)度的校核計(jì)算10、 開啟力計(jì)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?dú)鉃轵?qū)動(dòng)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(duì)滅火器的設(shè)計(jì)壓力、筒體強(qiáng)度、容積等主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)計(jì)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(cè)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(jì)壓力和工作壓力的計(jì)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(shí)的噴射性能，根據(jù)試驗(yàn)證明，當(dāng)滅火器氮?dú)鈮毫?.04Mpa（表壓）時(shí)，低溫噴射性能符合GB8109-2005的要求。為保證-20時(shí)滅火器內(nèi)部壓力為1.04MPa（表壓），+20時(shí)應(yīng)充裝氮?dú)鈮毫?55時(shí)滅火器內(nèi)部平衡壓力由物理化學(xué)中查理定律可計(jì)算為：式中：P -20時(shí)滅火器內(nèi)部平衡壓力Mpa Ps +20時(shí)滅火器內(nèi)部平衡壓力Mpa Pms +55時(shí)滅火器內(nèi)部平衡壓力Mpa T -20對(duì)應(yīng)的絕對(duì)使用溫度-20+273=253KTs +20對(duì)應(yīng)的絕對(duì)使用溫度+20+273=293K Tms +55對(duì)應(yīng)的絕對(duì)使用溫度+55+273=328K 則：由計(jì)算結(jié)果和工作壓力（Ps），設(shè)計(jì)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(jì)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(yàn)證明為1.4MPa。4、滅火器水壓試驗(yàn)壓力計(jì)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(jì)、制造、檢驗(yàn)規(guī)則和試驗(yàn)方法應(yīng)符合GB5100的要求。其中水壓試驗(yàn)壓力Pt為1.5倍的最大工作壓力Pms或2.0MPa，取其中較大者 Pt=1.5Pms式中：Pt水壓試驗(yàn)壓力MPa Pms最大工作壓力MPa則 Pt=1.51.4=2.1MPa由計(jì)算結(jié)果，可確定MFTZ/ABC35型推車式干粉滅火器水壓試驗(yàn)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(hào)屈服點(diǎn)s MPa抗拉強(qiáng)度b MPa伸長(zhǎng)率s%HP295295440266、滅火器筒體壁厚的計(jì)算6.1計(jì)算方法及計(jì)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(jì)算不一，所以兩者分別計(jì)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(jì)壁厚（即最小壁厚）計(jì)算，按GB5100-94標(biāo)準(zhǔn)中第5.5.1條款規(guī)定的公式計(jì)算： 式中： S1筒體設(shè)計(jì)壁厚mm Ph筒體水壓試驗(yàn)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(diǎn)MPa 焊縫系數(shù) =0.96.1.2封頭設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算，按GB5100-94標(biāo)準(zhǔn)中第5.5.2條款規(guī)定的公式計(jì)算：式中：S2 封頭設(shè)計(jì)壁厚mmK封頭形狀系數(shù)K，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（Hi=0.25Di），K=16.1.3整體瓶體設(shè)計(jì)壁厚計(jì)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?jī)?nèi)直徑Di250mm時(shí)，不小于2mm。b 當(dāng)鋼瓶?jī)?nèi)直徑Di250mm時(shí)，不小于按下式計(jì)算的厚度式中：S瓶體設(shè)計(jì)壁厚mm D0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(shí) ，應(yīng)考慮腐蝕量、鋼板厚度負(fù)偏差和工藝減薄量。6.2計(jì)算6.2.1 MFTZ/ABC35型滅火器筒體設(shè)計(jì)壁厚（即最小壁厚）計(jì)算 其中： Ph = 2.1MPaDi = 314mms = 295MPa =0.9 局部射線探傷縱焊縫系數(shù) 則: MFTZ/ABC35型滅火器筒體設(shè)計(jì)壁厚為1.62mm。6.2.2MFTZ/ABC35型滅火器封頭設(shè)計(jì)壁厚（即最小壁厚）計(jì)算 其中： K = 1 則：MFTZ/ABC35型滅火器封頭設(shè)計(jì)壁厚為1.46mm。6.2.3 MFTZ/ABC35型滅火器瓶體設(shè)計(jì)壁厚（即最小壁厚）計(jì)算其中：D0=320mm則：MFTZ/ABC35型滅火器瓶體設(shè)計(jì)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(shí)，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)鋼板厚度mm允許偏差mm精度級(jí)別2.52.833.23.5A高精度0.150.160.18B較高精度0.170.180.20設(shè)計(jì)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)mm型號(hào)筒體設(shè)計(jì)壁厚S1封頭設(shè)計(jì)壁厚S2瓶體設(shè)計(jì)壁厚S工藝減薄量鋼板負(fù)偏差瓶體名義壁厚MFTZ/ABC35型1.621.462.280.050.182.51選定為3mm根據(jù)計(jì)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(gòu)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(jì)算7.1計(jì)算方法及計(jì)算公式推車式干粉筒體爆破壓力計(jì)算按GB5100-94第5.2.3.6條款的規(guī)定：鋼瓶爆破試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合下列規(guī)定：a 在試驗(yàn)壓力Ph下，鋼瓶的容積殘余變形率不大于10%；b 爆破壓力實(shí)測(cè)值Pb，不小于按下式計(jì)算的結(jié)果： 式中： Pb鋼瓶實(shí)測(cè)爆破壓力MPab標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度MPa D0鋼瓶外直徑mmSb瓶體實(shí)測(cè)最小壁厚mm，此時(shí)擬Sb=S代入 c 鋼瓶破裂時(shí)的容積變形率（鋼瓶容積增加量與試驗(yàn)前瓶體實(shí)際容積比）不小于下表的規(guī)定：瓶體長(zhǎng)度與公稱直徑比L/Db MPa360360490490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(méi)有明顯的金屬缺陷。7.2計(jì)算7.2.1MFTZ/ABC35型推車式干粉滅火器筒體在水壓試驗(yàn)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(shí)測(cè)值Pb計(jì)算 其中：Sb= 2.28mm b =440MPaD0=320mm則：MFTZ/ABC35型滅火器爆破壓力實(shí)測(cè)值應(yīng)大于等于6.3MPa。7.2.3 MFTZ/ABC35型滅火器筒體破裂時(shí)的容積變形率計(jì)算MFTZ/ABC型推車干粉滅火器筒體長(zhǎng)度與公稱直徑比L/D1，b=440MPa，則：MFTZ/ABC35型滅火器筒體破裂時(shí)的容積變形率不小于15%。8、滅火器筒體容積的計(jì)算8.1MFTZ/ABC型滅火器筒體的理論容積的計(jì)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，廠方公布值0.1，我公司設(shè)計(jì)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(jì)算公式 式中：W表示標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的充裝量kg fABC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MFTZ/ABC35型滅火器筒體理論容積為41.180.83L。8.2 MFTZ/ABC35型滅火器筒體實(shí)際容積的計(jì)算8.2.1初定筒體幾何形狀及尺寸如圖示： V1 V2 V3 h1 h2 h3 hMFTZ/ABC35型滅火器筒體實(shí)際參數(shù)選定為規(guī)格參數(shù)mmMFTZ/ABC35Di314h625h1=h372.5h24808.2.2MFTZ/ABC35型滅火器筒體實(shí)際容積計(jì)算公式 V實(shí) = V1+V2+V3其中：V1 = V3橢圓形封頭容積 L V2 圓柱形筒體容積L Di 筒體內(nèi)直徑mm h2 圓柱形筒身高度mm h1 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 h10. 2Di=0. 2314=62.8mm 取h1=72.5mm8.2.3 MFTZ/ABC35型滅火器筒體實(shí)際容積計(jì)算V實(shí) =V1+V2+V3=2V1+V2V實(shí) =2V1+V2 =23.74+37.17=44.65L即MFTZ/ABC35型滅火器筒體實(shí)際容積為44.65L。9、筒體與器頭連接螺紋強(qiáng)度計(jì)算9.1計(jì)算方法和公式筒體與器頭連接的螺紋為M521.5（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，按機(jī)械工程手冊(cè)中有關(guān)螺紋強(qiáng)度計(jì)算的公式進(jìn)行。9.1.1螺紋連接抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式式中：L螺紋部分危險(xiǎn)剖面拉應(yīng)力 N/mm2P螺紋部分的總拉力 NP = （K0+Kc）P=（1.8+0.2）P=2PK0預(yù)緊系數(shù)，對(duì)有緊密性要求的壓力容器，查機(jī)械工程手冊(cè)表27.212選取K0=1.8。Kc剛性系數(shù)，查機(jī)械工程手冊(cè)表27.211選Kc=0.2P最大壓力對(duì)筒體連接螺紋的載荷 N 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 mm2L 螺紋零件的許用拉應(yīng)力 N/mm29.1.2螺紋牙剪切強(qiáng)度計(jì)算公式外螺紋內(nèi)螺紋式中： 螺紋牙的剪切應(yīng)力N/mm2d1螺紋內(nèi)徑 mmd螺紋外徑 mmP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/t9時(shí)，Kz = 0.560.75,校核時(shí)取0.569.1.3螺紋牙彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式外螺紋內(nèi)螺紋式中：w螺紋牙的彎曲應(yīng)力 N/mm2w 螺紋牙的許用彎曲應(yīng)力 N/mm2h螺紋牙的公稱工作高度查GB196-63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(jì)選定的參數(shù)9.2.1圖2筒體頸口螺紋M521.5，采用冷軋無(wú)縫鋼管20#，從YB231-70無(wú)縫鋼管中查得b=42kgf/mm2=411.6N/mm2，s=25kgf/mm2=245N/mm2。圖3器頭螺紋M521.5，選用材料為鉛黃銅HPb59-1，從YB460-71中查得b=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要求必須能經(jīng)受爆破試驗(yàn),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?yàn)轭i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(jì)選用材料為冷軋無(wú)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(jì)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(jì)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(jì)算式中：P=2Pd0=58mmKz=0.56d=52mmb=0.87t1.5=1.305mmz=6圈則9.3.2.3螺紋許用剪切應(yīng)力的計(jì)算,查機(jī)械工程手冊(cè)五卷，表27.222 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(jì)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(jì)算式中： P=2P=216645.1=33290.2Nh=0.5413t=0.54131.5=0.81195mmKz=0.56d=52mmb=0.87t=1.305mmz=6圈則9.3.3.3螺紋許用彎曲應(yīng)力的計(jì)算查機(jī)械工程手冊(cè)（五卷）表27.26及27.222規(guī)定式中:許用拉應(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(shí)，查機(jī)械工程手冊(cè)五卷，表27.224 n=29.3.3.4校核結(jié)果MFTZ/ABC35型滅火器頸口螺紋 彎曲強(qiáng)度w =86.7N/mm2w =122.5N/mm2，強(qiáng)度足夠。9.4器頭外螺紋連接強(qiáng)度計(jì)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(duì)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(jì)算按9.1.2款公式進(jìn)行.9.4.2.2 滅火器器頭外螺紋剪切強(qiáng)度的計(jì)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器頭外螺紋許用剪切應(yīng)力的計(jì)算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(jì)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(jì)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圈則： 9.4.3.3器頭螺紋許用彎曲應(yīng)力w的計(jì)算查機(jī)械工程手冊(cè)五卷，表27.26及表27.222式中：L許用拉應(yīng)力N/mm2s材料屈服極限N/mm2n安全系數(shù)，不控制預(yù)緊力時(shí)，查機(jī)械工程手冊(cè)五卷表27.224，n=1.59.4.3.4校核結(jié)果MFTZ/ABC35型滅火器器頭螺紋彎曲強(qiáng)度w=89.5N/mm2w=96.6N/mm2，強(qiáng)度足夠。10、開啟力計(jì)算滅火器閥門采用內(nèi)漲式密封，開啟滅火器閥門必須克服滅火器開啟受力圖中所示A點(diǎn)向上的密封力，而密封力F又等于滅火器內(nèi)靜壓力F1與彈簧力F2之和，根據(jù)GB8109-2005第6.10.5.4條款的規(guī)定，推車式滅火器在55時(shí)，開啟機(jī)構(gòu)和噴射控制閥的開啟力不應(yīng)大于300N。 70 15C B A f F 滅火器開啟 受力圖10.1滅火器開啟力計(jì)算公式根據(jù)杠桿原理 F(AB)=f(BC)則 ：式中：f滅火器開啟力NF滅火器閥座密封力NF=F1+F2F1滅火器閥芯所受的靜壓力NF1=PAP滅火器設(shè)計(jì)壓力P=1.4MPaA閥芯密封口截面積 d閥芯密封口內(nèi)徑 d=22mmF2閥門開啟時(shí)彈簧工作載荷， F2 = 14.7kgf = 144.06N10.2滅火器開啟力計(jì)算 則f145N300N故滅火器操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。