灭火器设计计算.doc

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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

2、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 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 1.04Mp

3、a（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：msmsPsTs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 Mpa-20+273=253K+20+273=293K+55+273=328KT -20对应的绝对使用温度Ts +20对应的绝对使用温度Tms +55对应的绝对使用温度则：P TsPsPTTs1.04 2932531.2MPaPs Tm s1.2 32

4、82931.34MPa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

5、，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s MPa抗拉强度 b MPa伸长率 s%HP295295440266、灭火器筒体壁厚的计算6.1

6、 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：Ph Di2s式中：1.3S1筒体设计壁厚 mm Ph筒体水压试验压力 MPa Di筒体内径 mm s屈服应力或常温下材料屈服点 MPa 焊缝系数=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：Ph Di KS22sPh1.

7、3 h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 Di250mm 时，不小于按下式计算的厚度D0S 0 1 250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6.2.1 MFTZ/ABC35

8、 型灭火器筒体设计壁厚(即最小壁厚)计算SPh DiS12 sP1.3Ph其中：Ph = 2.1MPaDi = 314mms = 295MPa=0.9 局部射线探伤纵焊缝系数则: S12.1 3142 295 0.91.31.62mm2.1MFTZ/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S2Ph Di K2s1.3Ph其中：2.1 314 1S21.46mm2 2 2952.11.3则： 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

9、）计算D0250其中： D0=320mm320则： S 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)允 钢 板 厚许 厚 度mm偏精 度 级 别 mm2.52.833.23.5A 高精度±0.15±0.16±0.18B 较

10、高精度±0.17±0.18±0.20设计选用 B 较高精度6.3.3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)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

11、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：Pb2SbbD0Sb式中： Pb钢瓶实测爆破压力 MPa b标准规定的抗拉强度 MPa D0 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

12、体长度与公称直径比 L/D b MPa 360>360490>490容积变形率 %>1201512114208d 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， L2D0 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Pb 2Sb b b D0 Sb其中： Sb

13、= 2.28mmb =440MPaD0=320mm2 2.28 440则： Pb 2 2.28 440 6.3MPa b 320 2.28MFTZ/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，b=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

14、，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 V理 W理f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则： MFTZ/ABC35 型灭火器筒体理论容积为35 2%V理41.18 0.83L理 0.85MFTZ/ABC35 型灭火器筒体理论容积为 41.18±0.83L。8.2 MFTZ/ABC35 型灭火器筒体实际容积的计算8.2.1 初定筒体几何形状及尺寸如图示：V1 V 2V3h1h2h3hMFTZ/ABC35 型灭火器筒体实际参数选定为规参 数 格

15、数 mmMFTZ/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 LV1 V3 2 (Di )2 h11 3 3 2 1V2 圆柱形筒体容积 LDi 2V2 ( i )2 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5.4.3条款规定 h10.2Di的要求,即：MFTZ/ABC35 型灭火器筒体 h1 0. 2Di=0. 2×314=62.8mm 取 h1=72.5mm8.2.3 MFTZ/

16、ABC35 型灭火器筒体实际容积计算V 实 =V 1+V 2+V 3=2V 1+V 223 (Di2)2h1(0.3214)272.5 3.74LV2(Di )2 h2(0.314)2 480 37.17L22V 实 =2V 1+V 2 =2×3.74+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 M52×1.5（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

17、，按机械工程手册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L1.3AP LAs式中： L螺纹部分危险剖面拉应力N/mm2P螺纹部分的总拉力P = （K0+Kc）P=（1.8+0.2）P=2P27.212K0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 K0=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Amd2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 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

18、纹 Kz Pd1 b z 内螺纹 K zd b z式中： 螺纹牙的剪切应力 N/mm2d1螺纹内径mmmmd螺纹外径P与 9.1.1 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 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 0.569.1.3 螺纹牙弯曲强度计算公式外螺纹 w3P h2K zd1 b z w内螺纹 w3P h2K zd b z w式中： w螺纹牙的弯曲应力 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 GB1

19、96-63普通螺纹尺寸 h=0.5413 tPz、Kz、d1、b、z、d同 9.1.2款内容相同9.2 设计选定的参数9.2.1 图 2 筒体颈口螺纹 M52 ×1.5，采用冷轧无缝钢管 20#，从 YB231-70无缝钢管 中查得 b=42kgf/mm2=411.6N/mm2， s=25kgf/mm2=245N/mm2。图 3 器头螺纹 M52 ×1.5，选用材料为铅黄铜 HPb59-1，从 YB460-71 中查得22b=350N/mm2，s=145N/mm29.2.2 螺纹连接的各部位尺寸见图示9.2.3 最大压力的确定：筒体和连接零件按 GB8109-2005 要求

20、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。9.3.2 筒体颈口内螺牙剪切强度校核9.3.2.1筒体颈口内螺牙剪切强度的计算按 9.1.2 款公式进行 . 9.3.2.2筒体颈口内螺牙剪切强度的计算

21、式中：PK z d b zP=2P22 d0 58P Pb Am Pb0 6.3 16645.1N44d0=58mmKz=0.56 d=52mm b=0.87t 1×.5=1.305mm z=6 圈20.8N /mm22 16645.10.56 58 1.305 69.3.2.3螺纹许用剪切应力 的计算 ,查机械工程手册五卷，表 27.222 2.s5245 98N /mm22.5式中： s螺纹材料屈服强度N/mm2,见 9.2.1条款内容9.3.2.4校核结果MFTZ/ABC35 型灭火器颈口内螺纹牙剪切强度 =20.8N/mm2 =98N/mm2强度足够9.3.3 筒体颈口内螺牙

22、弯曲强度校核9.3.3.1筒体颈口内螺牙弯曲强度的计算按 9.1.3 款公式进行9.3.3.2筒体颈口内螺牙弯曲强度的计算3P hw2K zd b z式中：P=2P=2×16645.1=33290.2Nh=0.5413t=0.5413 1.×5=0.81195mmKz=0.56d=52mmb=0.87t=1.305mmz=6 圈则w86.7N /mm23 33290.2 0.8119520.56 52 1.305 2 69.3.3.3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 245 2 w L s122.5N /mm2n2式中 :许

23、用拉应力N/mm2 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27.224 n=29.3.3.4校核结果22MFTZ/ABC35 型灭火器颈口螺纹 弯曲强度 w =86.7N/mm2<w =122.5N/mm2， 强度足够。9.4器头外螺纹连接强度计算9.4.1 器头外螺纹要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。9.4.2 器头外螺牙剪切强度的校核9.4.2.1器头外螺牙剪切强度 的计算按 9.1.2款公式

24、进行 .9.4.2.2 灭火器器头外螺纹剪切强度的计算PzK zd1 b z其中： Pz=33290.2N/mm2Kz=0.56 d1=52-1.0825t=52 -1.0825 1.5×=50.376mm b=0.87t=1.305mm33290.2z=6 圈48N /mm20.56 50.376 1.305 69.4.2.3 器头外螺纹许用剪切应力 的计算 s 145 58N /mm22.5 2.5 9.4.2.4校核结果MFTZ/ABC35 型灭火器器头螺纹剪切强度 =48N/mm2< =58N/mm2，强度足够9.4.3 器头外螺纹牙弯曲强度校核9.4.3.1器头外螺纹

25、牙弯曲强度计算按9.1.3 款公式进行 .9.4.3.2器头外螺纹弯曲强度的计算3P h2K zd1 b z式中:P=33290.2 N/mm2h=0.5413t=0.81195mmK=0.56d1=52-1.0825t=50.376mmb=0.87t=1.305mmz=6 圈则：3 33290.2 0.811950.56 50.376 1.3052 6289.5N /mm29.4.3.3 器头螺纹许用弯曲应力 w 的计算查机械工程手册五卷，表 27.26 及表 27.222s 145 2w L s 96.6N /mm2 n 1.5式中： L许用拉应力 N/mm2 s材料屈服极限 N/mm2

26、n安全系数，不控制预紧力时，查机械工程手册五卷表27.224， n=1.59.4.3.4校核结果MFTZ/ABC35 型灭火器器头螺纹弯曲强度 w=89.5N/mm2<w=96.6N/mm2 ，强 度足够。10、开启力计算 灭火器阀门采用内涨式密封，开启灭火器阀门必须克服灭火器开启受力图中所示 A 点向上的密封力，而密封力 F 又等于灭火器内静压力 F1 与弹簧力 F2 之和，根据 GB8109-2005第 6.10.5.4条款的规定，推车式灭火器在 55时，开启机构和喷射控制阀 的开启力不应大于 300N。7015CBAf灭火器开启 受力图10.1 灭火器开启力计算公式 根据杠杆原理 F·(AB)=f ·(BC)则 ：f F (AB)(BC)式中： f灭火器开启力 N F灭火器阀座密封力 NF=F1+F2 F1灭火器阀芯所受的静压力 NF1=P·A P灭火器设计压力 P=1.4MPa A阀芯密封口截面积 A 1 d 24 d阀芯密封口内径d=22mmF2阀门开启时弹簧工作载荷， F2 = 14.7kgf = 144.06N10.2 灭火器开启力计算12f F AB (F1 F2 ) AB (1.4 14 222 144.06) 15f BC BC 70 则 f145N< 300N故灭火器操作机构设计符合标准的要求