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

2、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

3、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：式中：P -20时灭火器内部平衡压力Mpa Ps +20时灭火器内部平衡压力Mpa Pms +55时灭火器内部平衡压力Mpa T -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=293K Tms +55对应的绝对使用温度+55+273=328K 则：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2

4、0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=1.5Pms式中：Pt水压试验压力MPa Pms最大工作压力MPa则 Pt=1.51.4=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、。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

6、-94标准中第5.5.1条款规定的公式计算： 式中： S1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：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Di250mm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式中：S瓶体设计壁厚mm D0钢瓶外直径mm6.1.4钢瓶

7、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型灭火器筒体设计壁厚（即最小壁厚）计算 其中： Ph = 2.1MPaDi = 314mms = 295MPa =0.9 局部射线探伤纵焊缝系数 则: 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 其中： K = 1 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

8、壁厚）计算其中：D0=320mm则：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)钢板厚度mm允许偏差mm精度级别2.52.833.23.5A高精度0.150.160.18B较高精度0.170.180.20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

9、.3.4钢瓶名义壁厚确定为表3表3(mm)参数mm型号筒体设计壁厚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1.621.462.280.050.182.51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

10、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： 式中： Pb钢瓶实测爆破压力MPab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：瓶体长度与公称直径比L/Db MPa360360490490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

11、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 其中：Sb= 2.28mm b =440MPaD0=320mm则：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/D1，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/AB

12、C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 式中：W表示标准规定的充装量kg fABC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MFTZ/ABC35型灭火器筒体理论容积为41.180.83L。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 V2 V3 h1 h2 h3 hMFTZ/ABC35型灭火器筒体实际参数选定为规格参数m

13、mMFTZ/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 L V2 圆柱形筒体容积L Di 筒体内直径mm h2 圆柱形筒身高度mm h1 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 h10. 2Di=0. 2314=62.8mm 取h1=72.5mm8.2.3 MFTZ/ABC35型灭火器筒体实际容积计算V实 =V1+V2+V3=2V1+V2V实 =2V1+V2 =23.74+37.17

14、=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M521.5（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。9.1.1螺纹连接抗拉强度计算公式式中：L螺纹部分危险剖面拉应力 N/mm2P螺纹部分的总拉力 NP = （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，查机械工程手册表27.212选取K0=1.8。Kc刚性系数，查机

15、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 N 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 mm2L 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内螺纹式中： 螺纹牙的剪切应力N/mm2d1螺纹内径 mmd螺纹外径 mmP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/t9时，Kz = 0.560.75,校核时取0.56

16、9.1.3螺纹牙弯曲强度计算公式外螺纹内螺纹式中：w螺纹牙的弯曲应力 N/mm2w 螺纹牙的许用弯曲应力 N/mm2h螺纹牙的公称工作高度查GB196-63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M521.5，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M521.5，选用材料为铅黄铜HPb59-1，从YB460-71中查得b=350N/mm2，s=145N/mm29.2.2螺纹连接的各部位尺寸见图

17、示9.2.3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

18、筒体颈口内螺牙剪切强度的计算式中：P=2Pd0=58mmKz=0.56d=52mmb=0.87t1.5=1.305mmz=6圈则9.3.2.3螺纹许用剪切应力的计算,查机械工程手册五卷，表27.222 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式中： P=2P=216645.1=33290.2Nh=0.5413t=0.541

19、31.5=0.81195mmKz=0.56d=52mmb=0.87t=1.305mmz=6圈则9.3.3.3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规定式中:许用拉应力 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MFTZ/ABC35型灭火器颈口螺纹 弯曲强度w =86.7N/mm2w =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款公式进行.9.4.2.2 灭火器器头外螺纹剪切强度的计算其中：Pz=33290.2N/mm2Kz=0.56d1=52-1.0825t=52 -1.08251.5=50.376mmb=0.87t=1.305mmz=6圈9.4.2.3器头外螺纹许用剪切应力的计算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