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    防爆開關殼體強度設計
    發布者:13634219657  發布時間:2011-12-05 10:10:24

    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,當甲烷含量在9.5%時力最大達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DnDw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×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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