灭火器设计计算

1/16推车式干粉灭火器设计计算书编写：日期：审核：日期：批准：日期：2/16目录1、目的及适用范围2、产品设计依据3、灭火器设计压力和工作压力的计算4、灭火器水压试验压力计算5、灭火器筒体材料的选择6、灭火器筒体壁厚的计算7、筒体爆破压力的计算8、筒体容积的计算9、器头螺纹连接强度的校核计算10、开启力计算3/161、目的及适用范围MFTZ/ABC型推车式干粉灭火器由筒体、器头、喷射系统、推车行走系统、开启机构等组成，利用氮气为驱动气体，将筒体内的ABC干粉灭火剂以粉雾状喷出扑灭火焰，是一种高效能的灭火器，它主要适用于扑救易燃液体、可燃气体和电器设备的初起火灾，还能扑灭棉、麻织品、木竹等固体物质的初起火灾。为确保灭火器性能符合产品质量标准，特对灭火器的设计压力、筒体强度、容积等主要技术参数进行计算。本设计计算书适用于MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器。2、产品设依据GB8109-2005《推车式灭火器》GB4066.2-2004《干粉灭火剂第2部分：ABC干粉灭火剂》GB5100-1994《钢质焊接气瓶》《机械工程手册》⑸机械工业出版社《物理化学》上海化工学院胡美等编3、灭火器设计压力和工作压力的计算根据GB8109-2005的规定，MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器使用温度范围为-20℃~+55℃，为确保在-20℃时的喷射性能，根据试验证明，当灭火器氮气压力为1.04Mpa（表压）时，低温喷射性能符合GB8109-2005的要求。为保证-20℃时灭火器内部压力为1.04MPa（表压），+20℃时应充装氮气压力和+55℃时灭火器内部平衡压力由《物理化学》中查理定律可计算为：msmsssTPTPTT式中：P—-20℃时灭火器内部平衡压力MpaPs—+20℃时灭火器内部平衡压力MpaPms—+55℃时灭火器内部平衡压力MpaT—-20℃对应的绝对使用温度-20+273=253KTs—+20℃对应的绝对使用温度+20+273=293KTms—+55℃对应的绝对使用温度+55+273=328K则：MPaTTPPss2.125329304.14/16MPaTTPPssmsms34.12933282.1由计算结果和工作压力（Ps），设计压力（即最大工作压力Pms）的定义，可确定推车干粉灭火器的工作压力（按额定充装和加压的灭火器在20℃中放置18h后内部平衡压力）为1.2Mpa，设计压力即最大工作压力（按额定充装和加压的灭火器在55℃环境中放置18h后内部平衡压力）经试验证明为1.4MPa。4、灭火器水压试验压力计算根据GB8109-2005第6.10.1.1条款规定：推车式灭火器的钢质焊接筒体的材料、设计、制造、检验规则和试验方法应符合GB5100的要求。其中水压试验压力Pt为1.5倍的最大工作压力Pms或2.0MPa，取其中较大者Pt=1.5×Pms式中：Pt—水压试验压力MPaPms—最大工作压力MPa则Pt=1.5×1.4=2.1MPa由计算结果，可确定MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器水压试验压力为2.1MPa。5、灭火器筒体材料的选择根据GB5100-1994标准中第5.1条款的规定，考虑到材料的机械性能等条件，拟选定HP295气瓶钢板，其机械性能按Q/BQB321-94-宝山钢铁（集团）公司企业标准《焊接气瓶用热轧钢板及钢带》如表1：表1牌号屈服点σsMPa抗拉强度σbMPa伸长率δs%HP295≥295≥440≥266、灭火器筒体壁厚的计算6.1计算方法及计算公式MFTZ/ABC35型灭火器筒体上下封头采用冲压成形工艺制造，筒体采用钢板卷圆，与封头拼焊的工艺制造。由于筒身和封头最小壁厚计算不一，所以两者分别计算，整体选定钢板厚度应满足其中较大值。6.1.1筒体的设计壁厚（即最小壁厚）计算，按GB5100-94标准中第5.5.1条款规定的公式计算：5/16hsihPDPS3.121式中：S1—筒体设计壁厚mmPh—筒体水压试验压力MPaDi—筒体内径mmσs—屈服应力或常温下材料屈服点MPaφ—焊缝系数φ=0.96.1.2封头设计壁厚计算，按GB5100-94标准中第5.5.2条款规定的公式计算：式中：S2—封头设计壁厚mmK—封头形状系数K，对于标准椭圆封头（Hi=0.25Di），K=16.1.3整体瓶体设计壁厚计算按GB5100-94标准中第5.5.3条款规定应符合。a当钢瓶内直径Di＜250mm时，不小于2mm。b当钢瓶内直径Di≥250mm时，不小于按下式计算的厚度12500DS式中：S—瓶体设计壁厚mmD0—钢瓶外直径mm6.1.4钢瓶筒体和封头的名义壁厚按GB5100-94标准中第5.5.4条款规定应相等，确定瓶体的名义厚度时，应考虑腐蚀量、钢板厚度负偏差和工艺减薄量。6.2计算6.2.1MFTZ/ABC35型灭火器筒体设计壁厚（即最小壁厚）计算hsihPDPS3.121其中：Ph=2.1MPaDi=314mmσs=295MPahsihPKDPS3.1226/16φ=0.9局部射线探伤纵焊缝系数则:mmS62.11.23.19.029523141.21MFTZ/ABC35型灭火器筒体设计壁厚为1.62mm。6.2.2MFTZ/ABC35型灭火器封头设计壁厚（即最小壁厚）计算hsihPKDPS3.122其中：K=1mmS46.11.23.1295213141.22则：MFTZ/ABC35型灭火器封头设计壁厚为1.46mm。6.2.3MFTZ/ABC35型灭火器瓶体设计壁厚（即最小壁厚）计算12500DS其中：D0=320mm则：mmS28.21250320∴MFTZ/ABC35型灭火器瓶体设计壁厚应为2.28mm。6.3MFTZ/ABC35型灭火器瓶体名义壁厚的确定6.3.1根据GB5100-94第5.5.4条款规定，瓶体的名义壁厚确定时，应考虑腐蚀量、钢板厚度负偏差和工艺减薄量。6.3.2钢板负偏差按GB708-65《轧制薄钢板厚度的允许偏差表》中查得有关厚度的允许偏差列于表2表2(mm)2.52.8~33.2~3.5A高精度±0.15±0.16±0.18B较高精度±0.17±0.18±0.20设计选用B较高精度钢板厚度mm允许偏差mm精度级别7/166.3.3工艺减薄量由于封头采用拉伸成型，考虑拉伸工艺减薄量≤5%可取0.05mm。6.3.4钢瓶名义壁厚确定为表3表3(mm)筒体设计壁厚S1封头设计壁厚S2瓶体设计壁厚S工艺减薄量钢板负偏差瓶体名义壁厚MFTZ/ABC35型1.621.462.280.050.18＞2.51选定为3mm根据计算值，考虑到钢板厚度负偏差，腐蚀量及封头拉伸的工艺减薄量，以及便于采购管理等因素，从而确定MFTZ/ABC35型瓶体的筒身和封头选用HP295气瓶钢板（普通轧制精度），厚度选定为3.0mm，允许钢板偏差±0.18mm。7、灭火器筒体爆破压力的计算7.1计算方法及计算公式推车式干粉筒体爆破压力计算按GB5100-94第5.2.3.6条款的规定：钢瓶爆破试验结果应符合下列规定：a在试验压力Ph下，钢瓶的容积残余变形率不大于10%；b爆破压力实测值Pb，不小于按下式计算的结果：bbbbSDSP02式中：Pb—钢瓶实测爆破压力MPaσb—标准规定的抗拉强度MPaD0—钢瓶外直径mmSb—瓶体实测最小壁厚mm，此时拟Sb=S代入c钢瓶破裂时的容积变形率（钢瓶容积增加量与试验前瓶体实际容积比）不小于下表的规定：瓶体长度与公称直径比L/DσbMPa≤360＞360~490＞490容积变形率%＞1201512参数mm型号8/16≤114208d钢瓶破裂不产生碎片，爆破口不发生在封头上（只有一条环焊缝，L≤2D0的钢瓶除外），纵焊缝及其熔合线上，环焊缝上（垂直于环焊缝除外）。e钢瓶的爆破口为塑性断口，即断口上有明显的剪切唇，但没有明显的金属缺陷。7.2计算7.2.1MFTZ/ABC35型推车式干粉灭火器筒体在水压试验压力2.1MPa下，钢瓶的容积残余变形率不大于10%。7.2.2MFTZ/ABC35型灭火器筒体爆破压力的实测值Pb计算bbbbSDSP02其中：Sb=2.28mmσb=440MPaD0=320mm则：MPaPb3.628.232044028.22∴MFTZ/ABC35型灭火器爆破压力实测值应大于等于6.3MPa。7.2.3MFTZ/ABC35型灭火器筒体破裂时的容积变形率计算MFTZ/ABC型推车干粉灭火器筒体长度与公称直径比L/D≥1，σb=440MPa，则：MFTZ/ABC35型灭火器筒体破裂时的容积变形率不小于15%。8、灭火器筒体容积的计算8.1MFTZ/ABC型灭火器筒体的理论容积的计算由GB4066.2-2004标准中规定ABC干粉灭火剂的松密度≥0.80g/ml，厂方公布值±0.1，我公司设计选定的ABC干粉灭火剂的充装系数为0.85g/ml灭火器筒体理论容积的计算公式fWV理式中：W—表示标准规定的充装量kgf—ABC干粉灭火剂的松密度，f=0.85g/ml则：MFTZ/ABC35型灭火器筒体理论容积为LV83.018.4185.0%235理∴MFTZ/ABC35型灭火器筒体理论容积为41.18±0.83L。8.2MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积的计算9/168.2.1初定筒体几何形状及尺寸如图示：V1V2V3h1h2h3hMFTZ/ABC35型灭火器筒体实际参数选定为MFTZ/ABC35Di314h625h1=h372.5h24808.2.2MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积计算公式V实=V1+V2+V3其中：V1=V3—椭圆形封头容积L1231)2(32hDVViV2—圆柱形筒体容积L222)2(hDViDi—筒体内直径mmh2—圆柱形筒身高度mmh1—封头内凸面高度mm，按GB5100-94第5.4.3条款规定h1≥0.2Di的要求,即：MFTZ/ABC35型灭火器筒体h1≥0.2Di=0.2×314=62.8mm取h1=72.5mm8.2.3MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积计算V实=V1+V2+V3=2V1+V2LhDVi74.35.72)2314.0(32)2(322121LhDVi17.37480)2314.0()2(2222V实=2V1+V2=2×3.74+37.17=44.65L规格参数mm10/16即MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积为44.65L。9、筒体与器头连接螺纹强度计算9.1计算方法和公式筒体与器头连接的螺纹为M52×1.5（见图示、），该螺纹的连接由非标准螺纹零件构成，属于受轴向载荷的预紧联接，因此除应校核该螺纹联接的抗拉强度外，还需校核螺纹牙的剪切强度和弯曲强度，按《机械工程手册》⑸中有关螺纹强度计算的公式进行。9.1.1螺纹连接抗拉强度计算公式LsLAP][3.1式中：σL—螺纹部分危险剖面拉应力N/mm2PΣ—螺纹部分的总拉力NPΣ=（K0+Kc）P=（1.8+0.2）P=2PK0—预紧系数，对有紧密性要求的压力容器，查《机械工程手册》⑸表27.2~12选取K0=1.8。Kc—刚性系数，查《机械工程手册》⑸表27.2~11选Kc=0.2P—最大压力对筒体连接螺纹的载荷NmAPPmax42dAm式中：Am—密封口受力处最大面积mm2d—密封口直径见图示2.3Pmax—最大压力N/mm2Am—螺纹零件受力部分最小剖面积mm2［σ］L—螺纹零件的许用拉应力N/mm29.1.2螺纹牙剪切强度计算公式外螺纹][1zbdKPz内螺纹][zbdKPz式中：τ—螺纹牙的剪切应力N/mm2d1—螺纹内径mmd—螺纹外径mm11/16PΣ—与9.1.1款内容相同Nb—螺纹牙根的宽度mm普通螺纹b=0.87tmmt—螺距mmz—旋合圈数［τ］—螺纹牙的许用剪