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

2、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)，特對滅火器的設(shè)計壓力、筒體強度、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)焊接氣瓶機械工程手冊機械工業(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1.04Mpa（表壓）時，低溫噴

3、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：式中：P -20時滅火器內(nèi)部平衡壓力Mpa Ps +20時滅火器內(nèi)部平衡壓力Mpa Pms +55時滅火器內(nèi)部平衡壓力Mpa T -20對應(yīng)的絕對使用溫度-20+273=253KTs +20對應(yīng)的絕對使用溫度+20+273=293K Tms +55對應(yīng)的絕對使用溫度+55+273=328K 則：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2

4、0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.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，取其中較大者 Pt=1.5×Pms式中：Pt水壓試驗壓力MPa Pms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

5、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，考慮到材料的機械性能等條件，擬選定HP295氣瓶鋼板，其機械性能按Q/BQB321-94-寶山鋼鐵（集團）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抗拉強度b MPa伸長率s%HP295295440266、滅火器筒體壁厚的計算6.1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。筒體的設(shè)計壁厚（即最小壁厚）計算，按GB510

6、0-94標(biāo)準(zhǔn)中第5.5.1條款規(guī)定的公式計算： 式中： S1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) =0.9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：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=1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Di250mm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式中：S瓶體設(shè)計壁厚mm D0鋼瓶外直徑mm鋼瓶筒體和封頭的名義壁厚按GB5

7、100-94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 MFTZ/ABC35型滅火器筒體設(shè)計壁厚（即最小壁厚）計算 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 其中： K = 1 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）計算其中：D0=320mm則：M

8、FTZ/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)鋼板厚度mm允許偏差mm精度級別2.52.833.23.5A高精度±0.15±0.16±0.18B較高精度±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

9、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1.621.462.280.050.182.51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.6條款的規(guī)定：鋼

10、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： 式中： Pb鋼瓶實測爆破壓力MPab標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強度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：瓶體長度與公稱直徑比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

11、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MFTZ/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%。MFTZ/ABC35型滅火器筒體爆破壓力的實測值Pb計算 其中：Sb= 2.28mm b =440MPaD0=320mm則：MFTZ/ABC35型滅火器爆破壓力實測值應(yīng)大于等于6.3MPa。 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/D1，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

12、/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，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 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41.18±0.83L。8.2 MFTZ/ABC35型滅火器筒體實際容積的計算初定筒體幾何形狀及尺寸如圖示： V1 V2 V3 h1 h2 h3 hMFTZ/ABC35型滅火器筒體實際

13、參數(shù)選定為規(guī)格參數(shù)mmMFTZ/ABC35Di314h625h1=h372.5h2480MFTZ/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 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第條款規(guī)定h10.2Di的要求,即：MFTZ/ABC35型滅火器筒體 h10. 2Di=0. 2×314=62.8mm 取h1=72.5mm MFTZ/ABC35型滅火器筒體實際容積計算V實 =V1+V2+V3=2V1+V2V實 =2V1+V2 =2×3.7

14、4+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)接的抗拉強度外，還需校核螺紋牙的剪切強度和彎曲強度，按機械工程手冊中有關(guān)螺紋強度計算的公式進(jìn)行。螺紋連接抗拉強度計算公式式中：L螺紋部分危險剖面拉應(yīng)力 N/mm2P螺紋部分的總拉力 NP = （K0+Kc）P=（1.8+0.2）P=2PK0預(yù)緊系數(shù)，對有緊密性要求的壓力容器，查機械工程手冊表27.212選取K0=1.8。K

15、c剛性系數(shù)，查機械工程手冊表27.211選Kc=0.2P最大壓力對筒體連接螺紋的載荷 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/mm2螺紋牙剪切強度計算公式外螺紋內(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，Kz = 0.560.75,校核時取0.56螺紋

16、牙彎曲強度計算公式外螺紋內(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同款內(nèi)容相同9.2設(shè)計選定的參數(shù)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b=350N/mm2，s=145N/mm2螺紋連接的各部位尺寸見圖示最大壓力的確定：筒

17、體和連接零件按GB8109-2005要求必須能經(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度和彎曲強度,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#，抗拉強度和屈服強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，所以抗拉強度足夠，可以免做計算。筒體頸口內(nèi)螺牙剪切強度校核.1筒體頸口內(nèi)螺牙剪切強度的計算按款公式進(jìn)行.2筒體頸口內(nèi)螺牙剪切強度的計算式中：P=2Pd0=58mmKz=0.56d

18、=52mmb=0.87t×1.5=1.305mmz=6圈則.3螺紋許用剪切應(yīng)力的計算,查機械工程手冊五卷，表27.222 式中：s螺紋材料屈服強度 N/mm2,見條款內(nèi)容.4校核結(jié)果MFTZ/ABC35型滅火器頸口內(nèi)螺紋牙剪切強度=20.8N/mm2=98N/mm2強度足夠。筒體頸口內(nèi)螺牙彎曲強度校核.1筒體頸口內(nèi)螺牙彎曲強度的計算按款公式進(jìn)行.2筒體頸口內(nèi)螺牙彎曲強度的計算式中： 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.3螺紋許用

19、彎曲應(yīng)力的計算查機械工程手冊（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，查機械工程手冊五卷，表27.224 n=2.4校核結(jié)果MFTZ/ABC35型滅火器頸口螺紋 彎曲強度w =86.7N/mm2w =122.5N/mm2，強度足夠。9.4器頭外螺紋連接強度計算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、彎曲強度進(jìn)行校核，而器頭螺紋連接后為整體受力，抗拉強度可免于校核。器頭外螺牙剪切強度的校核.1器頭外螺牙剪切強度的計算按款公式進(jìn)行.2 滅火器器頭外螺紋剪切強度的計算其中：Pz=33290.2N/mm2Kz=0.56d1=52-1.0825t=52 -1.0825×1.5=50.376mmb=0.87t=1.305mmz=6圈.3器頭外螺紋許用剪切應(yīng)力的計算.4校核結(jié)果MFTZ/ABC35型滅火器器頭螺紋剪切強度=48N/mm2=58N/mm2，強度足夠。器頭外螺紋牙彎曲強度校核.1器頭