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          樂清市碩寶電氣科技有限公司

          防爆配電箱殼體強(qiáng)度設(shè)計(jì)

          時間:2013-5-9閱讀:1756
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          防爆配電箱殼體強(qiáng)度設(shè)計(jì)

           

          防爆配電箱的防爆特性,主要是由殼體的特殊設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的,開展對防爆開關(guān)殼體設(shè)計(jì)理論的研究,對防爆開關(guān)的發(fā)展十分必要,本文對防爆開關(guān)殼體的強(qiáng)度設(shè)計(jì)作一探討。

          1 引言

          防爆配電箱的工作環(huán)境,例如用于煤礦的防爆開關(guān)是工作在含有大量甲烷的空氣混合氣體中,當(dāng)甲烷含量達(dá)到5%-16%時遇700的火源將發(fā)生爆炸,當(dāng)甲烷含量在9.5%時爆炸力zui大達(dá)7.4大氣壓,因此殼體設(shè)計(jì)就以技術(shù)條件所要求的8kg/cm3內(nèi)壓為依據(jù),分析殼體受力情況和強(qiáng)度。

          2 殼體設(shè)計(jì)理論依據(jù)

          防爆配電箱在壓力容器設(shè)計(jì)中,容器在工作失效時所表現(xiàn)的強(qiáng)度性能、剛度性能、穩(wěn)定性能的三種形式中,zui重要的是強(qiáng)度問題,即在一定的壓力下容器不會發(fā)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(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算壓力容器中屬于薄壁容器。

          2.1 容器在內(nèi)壓下的受力分析

          如圖1中所示:σm—軸向應(yīng)力;σQ—切向應(yīng)力;σr—徑向應(yīng)力。

          因?yàn)樵诒”谌萜髦?sigma;r相對于σm、σQ較小,故可忽略。

          軸向應(yīng)力(σm)計(jì)算:π(Dn+Dw/2×tσrm=(πD2m)/4×P

          式中Dn—容器內(nèi)徑;Dw—容器外徑;P—容器所承受的內(nèi)壓力;t—容器壁厚。因?yàn)楸”谌萜髦?span lang="EN-US">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(yīng)力σQ計(jì)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 防爆配電箱強(qiáng)度計(jì)算

          強(qiáng)度理論又稱為“失效準(zhǔn)則”或“失效判據(jù)”。

          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(shè)計(jì)壓力,kg/cm2;[σ]—材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力;φ—焊縫系數(shù)或應(yīng)力折減系數(shù)(<1;C—壁厚附加量cm;K—橢球封頭形狀系數(shù),見圖(2)

          K=1/6[2+(Dm/2hm2]

          2 橢球封頭

          2.3 安全系數(shù)與許用應(yīng)力的確定

          2.3.1 安全系數(shù)

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

          2.3.2 許用應(yīng)力的確定:

          基本許用應(yīng)力: [σ]g=σb/nb、或[σ]g=σb/nb

          設(shè)計(jì)許用應(yīng)力: [σ]=Y[σ]g,其中y為毛坯質(zhì)量系數(shù),鋼板的毛坯質(zhì)量系數(shù)為1。

          2.4 強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題

          2.4. 1 zui高工作壓力與設(shè)計(jì)壓力。設(shè)計(jì)壓力應(yīng)為zui高工作壓力的1.1-1.25倍。作為防爆開關(guān)外殼,防爆規(guī)程規(guī)定設(shè)計(jì)壓力為1.5倍工作壓力。

          2.4.2 焊縫系數(shù)。焊縫系數(shù)φ是考慮焊接對容器強(qiáng)度的削弱,用以降低設(shè)計(jì)許用應(yīng)力的一個系數(shù),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(yàn)探傷嚴(yán)格性,對于雙面焊的對接焊縫,又經(jīng)水

          壓試驗(yàn)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(fù)公差,依據(jù)板厚、取值在0.2-0.5mm;C2為加工中的工藝減薄量,因?yàn)榉篮笟んw

          為冷卷,冷校,故Cl=O;C3為腐蝕裕量,因?yàn)闅んw不裝腐蝕物體,故C3=0。

          3 防爆配電箱殼體設(shè)計(jì)歸納

          如前所述,薄壁容器的壁厚可由(3).(4)式得出:

          因?yàn)橐话銡んw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

          防爆配電箱根據(jù)防爆殼體的基本特點(diǎn)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(guān)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(shè)計(jì)防爆殼體壁厚的參考公式,該式已在多項(xiàng)設(shè)計(jì)中得到了驗(yàn)證。

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