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河北快3走势图8月10号: 防爆開關殼體強度設計

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防爆開關的防爆特性,主要是由殼體的特殊設計來實現的,開展對防爆開關殼體設計理論的研究,對防爆開關的發展十分必要,本文對防爆開關殼體的強度設計作一探討。

1 引言

防爆開關的工作環境,例如用于煤礦的防爆開關是工作在含有大量甲烷的空氣混合氣體中,當甲烷含量達到5%-16%時遇700的火源將發生爆炸,當甲烷含量在9.5%時爆炸力最大達7.4大氣壓,因此殼體設計就以技術條件所要求的8kg/cm3內壓為依據,分析殼體受力情況和強度。

2 殼體設計理論依據

在壓力容器設計中,容器在工作失效時所表現的強度性能、剛度性能、穩定性能的三種形式中,最重要的是強度問題,即在一定的壓力下容器不會發生破裂或過量的塑性變形。

常用防爆殼體外徑為600mm左右,壁厚為36mm,在工業設計計算壓力容器中屬于薄壁容器。

2.1 容器在內壓下的受力分析

如圖1中所示:σm—軸向應力;σQ—切向應力;σr—徑向應力。

因為在薄壁容器中σr相對于σm、σQ較小,故可忽略。

軸向應力(σm)計算:π(Dn Dw/2×tσrm=(πD2m)/4×P

式中Dn—容器內徑;Dw—容器外徑;P—容器所承受的內壓力;t—容器壁厚。因為薄壁容器中Dn、Dw相差不大,可用平均值D代替,所以上式簡化為

πDtσm=(πD2)/4×P得σm=PD/4t             (1)

切向應力(σQ)計算:

如圖1中所示:PsinQdQ·D/2·L=σQ2Lt

σQ=(PDL·4σQL)π0sinQdQ

得:σQ=PD/2t                             (2)

1 圓筒形容器受力分析

2.2 強度計算

強度理論又稱為“失效準則”或“失效判據”。

由式 ( 2) 再考慮焊縫減弱及附加量等因素,可

:

圓柱殼體   t(PDm/2[σ]φ-p) C          (3)

橢球封頭   t(PDm/2[σ]φ-p)·K C       (4)

式中:P—設計壓力,kg/cm2;[σ]—材料在設計溫度下的許用應力;φ—焊縫系數或應力折減系數(<1;C—壁厚附加量cm;K—橢球封頭形狀系數,見圖(2)

K=1/6[2 (Dm/2hm)2]

2 橢球封頭

2.3 安全系數與許用應力的確定

2.3.1 安全系數

對于炭鋼:材料斷裂安全系數nb=3.0 ;材料屈服極限的安全系數nb=1. 65

2.3.2 許用應力的確定:

基本許用應力: [σ]g=σb/nb、或[σ]g=σb/nb

設計許用應力: [σ]=Y[σ]g,其中y為毛坯質量系數,鋼板的毛坯質量系數為1。

2.4 強度設計中的相關問題

2.4. 1 最高工作壓力與設計壓力。設計壓力應為最高工作壓力的1.1-1.25倍。作為防爆開關外殼,防爆規程規定設計壓力為1.5倍工作壓力。

2.4.2 焊縫系數。焊縫系數φ是考慮焊接對容器強度的削弱,用以降低設計許用應力的一個系數,φ的

大小取決于焊縫坡口形式,焊接方法,焊接工藝及焊

接檢驗探傷嚴格性,對于雙面焊的對接焊縫,又經水

壓試驗φ=O.8。

2.4.3 壁厚附加量。壁厚附加量C=C1 C2 C3

C1為鋼板的負公差,依據板厚、取值在0.2-0.5mm;C2為加工中的工藝減薄量,因為防焊殼體

為冷卷,冷校,故Cl=O;C3為腐蝕裕量,因為殼體不裝腐蝕物體,故C3=0。

3 防爆開關殼體設計歸納

如前所述,薄壁容器的壁厚可由(3).(4)式得出:

因為一般殼體封頭中Dn/2hn接近于2,K 接近1,所以(3),(4)式可歸納為一式

t[PDn/(2[σ]φ-P)] C

根據防爆殼體的基本特點(φ=0.8—0.9,C可取0.2—0.5mm,這樣得:

t[PDn/(16[σ]P)] 04

又對A3鋼板[σ]可取1450kg/cm2;對礦用防爆開關P=1.5×爆炸力,即P=12kg/cm2.

t(12Dn/2308) 04=(Dn/192) 04          (5)

因此可將(5)式做為設計防爆殼體壁厚的參考公式,該式已在多項設計中得到了驗證。

 

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