灭火器设计计算.

1、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：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1、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

2、。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-20C +55C，为确保在-20C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

3、符合GB8109-2005的要求。为保证-20 C时灭火器内部压力为1.04MPa（表压），+20E时应充装氮气压力和+55E时灭火器内部平衡压力由 物理化学 中查理定律可计算为：PsTs式中：P -20T时灭火器内部平衡压力 MpaPs +20 T时灭火器内部平衡压力 MpaPms +55 T时灭火器内部平衡压力 Mpa-20+273=253K+20+273=293K+55+273=328KT -20 T对应的绝对使用温度Ts +20 T对应的绝对使用温度Tms +55 T对应的绝对使用温度则:P Ts1.04 293253&1.2MPaPsTms1.2 328293:1.34MPa

4、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 20C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 55C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 MPaPm

5、s最大工作压力MPa贝 UPt=1.5X 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（T s MPa抗拉强度（T b MPa伸长率S s%HP295> 295> 440> 26&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

6、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。筒体的设计壁厚（即最小壁厚）计算，按GB5100-94标准中第条款规定的公式计算：Ph Di电s *式中：1.3S1筒体设计壁厚mmPh筒体水压试验压力MPaDi筒体内径mmC s屈服应力或常温下材料屈服点 MPaU 焊缝系数U =0.9封头设计壁厚计算，按 GB5100-94标准中第条款规定的公式计算:cPh Di KS22。sPh1.3式中：S2 圭寸头设计壁厚mmK 封头形状系数K，对于标准椭圆封头(Hi=0.25Di), K=1整体瓶体设

7、计壁厚计算按 GB5100-94标准中第条款规定应符合。a当钢瓶内直径DiV250mm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D0S- 1250式中：S瓶体设计壁厚mmD0钢瓶外直径mm钢瓶筒体和封头的名义壁厚按 GB5100-94标准中第条款规定应相等，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6.2.1 MFTZ/ABC35型灭火器筒体设计壁厚(即最小壁厚)计算SPh Di12s_p1.3Ph其中：Ph = 2.1MPaDi = 314mmer s = 295MPaU =0.9局部射线探伤纵焊缝系数2.1 3142

8、 295 0.91.3:' 1.62 mm-2.1MFTZ/ABC35型灭火器筒体设计壁厚为1.62mm。型灭火器封头设计壁厚（即最小壁厚）计算S2 =Ph Di K2d1.3-Ph其中:2.1 汉 314 汉 1S21.46mm2 295,2.11.3贝U: MFTZ/ABC35型灭火器封头设计壁厚为1.46mm。6.2.3 MFTZ/ABC35型灭火器瓶体设计壁厚（即最小壁厚）计算D。250其中：D0=320mm320贝y： S 二320 1 =2.28mm250 MFTZ/ABC35型灭火器瓶体设计壁厚应为 2.28mm。6.3 MFTZ/ABC35型灭火器瓶体名义壁厚的确定根据

9、GB5100-94第条款规定，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。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)允、钢板厚许厚度精度一级一2.52.833.23.5A高精度± 0.15± 0.16± 0.18B较高精度± 0.17± 0.18± 0.20设计选用B较高精度工艺减薄量由于封头采用拉伸成型，考虑拉伸工艺减薄量w5%可取0.05mm。634钢瓶名义壁厚确定为表3表 3(mm)参 数型、 mm号筒体设计壁厚S1封头设计壁厚S2瓶体设计壁厚S工

10、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,允许钢板偏差土 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

11、果：2SbbD0 - Sb式中：Pb钢瓶实测爆破压力 MPa（T b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/Dd b MPaw 360>360490> 490容积变形率%> 1201512w 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< 2D。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

12、算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%。型灭火器筒体爆破压力的实测值 Pb计算Pb 2 D。-Sb其中：Sb= 2.28mmob =440MPaDo=32Omm2汇2 28汇440贝卩：彳 2.28 440 6.3MPa320 -2.28 MFTZ/ABC35型灭火器爆破压力实测值应大于等于 6.3MPa。7.2.3 MFTZ/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，o b=440MPa,贝U: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

13、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，厂方公布值土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V理=Wf式中：W表示标准规定的充装量kgfABC干粉灭火剂的松密度，f=0.85g/ml贝U: MFTZ/ABC35型灭火器筒体理论容积为35 ±2%V理0.85 MFTZ/ABC35型灭火器筒体理论容积为 41.18土 0.83L。8.2 MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积的计算初定筒体几何形状及尺寸如图示：-V2V3h-h2h

14、3hMFTZ/ABC35型灭火器筒体实际参数选定为规参数格 数 mmMFTZ/ABC35Di314h625hi=h372.5h2480型灭火器筒体实际容积计算公式V 实=V 计 V2+V3其中：Vi = V3椭圆形圭寸头容积LVi 二 V3 二(2)2 hi32V2 圆柱形筒体容积LD i 2 V2（ L） h22Di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第条款规定h1 >0.2Di的要求，即:MFTZ/ABC35 型灭火器筒体 h1> 0. 2Di=0. 2X 314=62.8mm 取 hi=72.5mm8.2.3 MFTZ/ABC

15、35型灭火器筒体实际容积计算V 实=Vi+V2+V3=2Vi+V2i7：(Di2)2hi（严72.5 =3.74LV2 =蔥(2)2 h2 二丫“0314)2480 =37.17L2 2V 实=2Vi+V2 =2X 3.74+37.17=44.65L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 X 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，按机械工程手册中有关螺纹强度计算的公式进行。螺纹

16、连接抗拉强度计算公式罗十LAs式中：（T L螺纹部分危险剖面拉应力N/mm2Pe螺纹部分的总拉力P=2P27.212Pe = (Ko+Kc) P= (1.8+0.2)Ko预紧系数，对有紧密性要求的压力容器，查机械工程手册表选取 Ko=1.8。Kc刚性系数，查机械工程手册表27.211选Kc=0.2P最大压力对筒体连接螺纹的载荷Am二d2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mm2T L 螺纹零件的许用拉应力N/mm2螺纹牙剪切强度计算公式外螺纹.厂2厂心内螺纹Kz 卫 d b z式中：t 螺纹牙的剪切应力 N/mm

17、2d1螺纹内径mmmmd螺纹外径Pe与款内容相同Nb螺纹牙根的宽度 mm普通螺纹b=0.87t mmt螺距mmz旋合圈数t螺纹牙的许用剪切应力N/mm2Kz考虑螺纹各圈载荷不均的系数，内螺纹为钢、外螺纹为铜，且d/t>9时,Kz = 0.560.75,校核时取 0.56螺纹牙弯曲强度计算公式外螺纹二w3P h2Kz 二 d! b z十w内螺纹二w3P' h_2Kz 二 d b z十w式中：（T w螺纹牙的弯曲应力c w 螺纹牙的许用弯曲应力h螺纹牙的公称工作高度N/mm2N/mm2查GB196-63普通螺纹尺寸h=0.5413 tPz、Kz、di、b、z、d 同 款内容相同9.2

18、设计选定的参数图2筒体颈口螺纹M52 X 1.5，采用冷轧无缝钢管20#,从YB231-70无缝钢管中查得 c b=42kgf/mm2=411.6N/mm2, c s=25kgf/mm2=245N/mm2。图3器头螺纹M52 X 1.5,选用材料为铅黄铜HPb59-1，从YB460-71中查得2 2c b=350N/mm ， c s=145N/mm螺纹连接的各部位尺寸见图示M52xl,5923最大压力的确定：筒体和连接零件按 GB8109-2005要求必须能经受爆破试验，因此 爆破压力即为最大压力，由第7条款可知：Pmax=Pb=6.3MPa9.3筒体颈口内螺纹的连接，只需校核螺纹牙的剪切强度

19、和弯曲强度，因为颈口内螺纹受力 最薄弱处（图示2A处）未受到螺纹的拉力，只受到筒体的内压力与筒身部位受力相同， 该零件设计选用材料为冷轧无缝钢管 20#，抗拉强度和屈服强度与筒体材料基本相同，而 最薄弱处的厚度大于筒体壁厚，直径比筒体直径小好几倍，所以抗拉强度足够，可以免 做计算。筒体颈口内螺牙剪切强度校核筒体颈口内螺牙剪切强度的计算按 款公式进行.9.322筒体颈口内螺牙剪切强度的计算式中：Kz 汎 d b zPe =2P22兀d0n X58P = R Am = Pb- =6.316645.1N44d0=58mmKz=0.56 d=52mmb=0.87t K5=1.305mmz=6圈-20.

20、8N /mm2216645.10.56 二 58 1.305 6螺纹许用剪切应力t 的计算，查机械工程手册五卷，表 27.222=245 = 98N / mm22.5式中：（T s螺纹材料屈服强度N/mm2,见条款内容校核结果MFTZ/ABC35型灭火器颈口内螺纹牙剪切强度 t =20.8N/mm2< t =98N/mm2强度足够筒体颈口内螺牙弯曲强度校核9.331筒体颈口内螺牙弯曲强度的计算按款公式进行9.332筒体颈口内螺牙弯曲强度的计算3 h二 w2Kz 二 d b z式中：Pe=2P=2X 16645.1=33290.2Nh=0.5413t=0.5413 1 .g=0.81195

21、mmKz=0.56d=52mmb=0.87t=1.305mmz=6圈则二w二 86.7N / mm23 33290.2 0.811950.56 二 52 1.3052 6螺纹许用弯曲应力的计算查机械工程手册（五卷）表27.26及27.222规定s 2452；w ：s122.5N / mmn 2式中：t许用拉应力N/mm2（T s 材料屈服极限N/mm2n安全系数，不控制预紧力时，查机械工程手册五卷，表 27.224n=2校核结果2 2 MFTZ/ABC35 型灭火器颈口螺纹 弯曲强度 cw =86.7N/mm v w =122.5N/mm , 强度足够。9.4器头外螺纹连接强度计算器头外螺纹要

22、承受筒体内压力和密封的预紧力，其材料为铅黄铜，其抗拉强度低于筒体颈口内螺纹的材质20#钢，因此，必须对外螺纹的剪切、弯曲强度进行校核，而器头 螺纹连接后为整体受力，抗拉强度可免于校核。器头外螺牙剪切强度的校核器头外螺牙剪切强度t的计算按款公式进行.灭火器器头外螺纹剪切强度的计算PzKz 二 d1 b z其中：Pz=33290.2N/mm2Kz=0.56 di=52-1.0825t=52 -1.0825 1.5=50.376mm b=0.87t=1.305mm33290.2z=6圈a： 48N /mm20.56 ： ： 50.376 1.305 6器头外螺纹许用剪切应力t的计算 s 145 = 58N / mm22.52.5 942.4校核结果MFTZ/ABC35型灭火器器头螺纹剪切强度 t =48N/mm2< t =58N/mm2，强度足够器头外螺纹牙弯曲强度校核器头外螺纹牙弯曲强度计算按款公式进行.器头外螺纹弯曲强度的计算3R h式中：Pe =33290.2 N/mm2h