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1、隔爆外壳的计算 最好的沉淀隔爆外壳的壁厚大多是依据现有产品的数据进行选择,但是也可以进行一些简单的理论计算,作为理论根据。隔爆外壳大多为长方形或圆筒形。外壳的计算就是确定外壳的壁厚,法兰的厚度以及选择紧固螺钉的大小和数量。一 长方体外壳壳壁厚度的计算 在计算长方体外壳壁厚时可以采用下面的公式: (1) 式中 壁厚的计算厚度 cm; b 矩形薄板短边长度 cm; k 安全系数; C 应力系数;见表1; p 设计压力,MPa; T 薄板材料的屈服极限, MPa。 表 1 应力系数 Ca/b1.01.11.21.31.41.51.6C0.13740.16020.18120.19680.21000.2
2、2080.22080.2208a为矩形薄板长边的长度 cm 分析式(1)和表1,可以得到薄板的边长比a/b 与薄板的厚度的关系,如表2所示。表2 薄板厚度和边长比a/b的关系a/b1.01.11.21.31.41.51.60.0273a0.0268 a0.0261 a0.0251 a0.0241 a0.0231 a0.0216 a0.0216 a按照表2数据,可以画出长方形薄板的边长比与厚度的关系曲线,如图1所示。 图1 长方形薄板的边长比与厚度的关系曲线 从图1中可以看出,长方形薄板的厚度随边长比a/b的增加而呈非线性地减小。当边长比a/b=1.0,也就是说,在正方形时,薄板的厚度最大,=0
3、.0237a;当边长比a/b=1.5时,薄板的厚度=0.0231a,此时的厚度为正方形的85。 在长方形隔爆外壳的设计中,通常认为,长方形外壳的大侧面的长边a 与短边b之比约为3/2,是一种比较合理的结构比例,而外壳的厚度(小侧面,第三边)应该根据内部安装元器件的尺寸来确定。在计算外壳壁厚时,只要计算得大侧面的厚度,就可以基本上确定其他壳壁的厚度了,当然,也可以将所有的壳壁的厚度计算后得到一个合适的厚度。 举例说明:试计算外形尺寸为1000mm750mm350mm钢制结构(Q235-A)外壳壁厚1 计算底板(1000750 大侧面)壳壁的厚度:查表1求C:a/b=1000/750=1.33,C
4、=0.1990;另外,令p=1MPa、T=240MPa,k=1.3,然后,将这些数值代入式(1),计算得到1=2.46cm。2 计算顶板 (750350 小侧面1)壳壁的壁厚:查表1求C: a/b=750/350=2.1429,C=0.2208;另外,令p=1MPa、T=240MPa,k=1.3,然后,将这些数值代入式(1),计算得到2=1.21cm。3 计算侧板 (1000350 小侧面2)壳壁的壁厚:查表1求C:a/b=1000/350=2.8571,C=0.2208;另外,令p=1MPa、T=240MPa,k=1.3,然后,将这些数值代入式(1),计算得到3=1.21cm。 从上述的理论
5、计算可以看出,底板厚度应该选取=25mm,顶板和侧板的厚度应该选取=13mm。但是,一个箱体具有不同的壁厚,显然不能令人满意。为改变这种情况,在底板上焊接加强筋,以减小底板的厚度。 如采用合适的十字形加强筋的话,就把底板分成面积相等的4小块,每一小块的尺寸为500375。这时,按式(1)计算出4=1.22cm。这个数值和顶板、侧板的厚度基本相同。 根据上述的理论计算和实际的设计经验,建议这个隔爆外壳壁厚的设计厚度选取=15mm 上述计算经过计算机模拟计算和防爆的相关试验完全满足要求。二 圆筒形隔爆外壳壁厚的计算 计算圆筒形隔爆外壳的壁厚时可以采用下列公式: (2)式中: 圆筒形外壳的壁厚,cm
6、; P 设计压力, MPa; Di 圆筒形外壳的内径,cm; t 设计温度下圆筒形外壳材料的许用应力,MPa 焊缝系数,见表3表3 焊缝系数焊缝种类探伤范围100无损探伤局部无损探伤不做无损探伤双面对接焊1.00.90.7单面对接焊焊缝全长有垫板0.90.80.65焊缝全长无垫板0.750.70.6现举例如下:试计算内径为300mm的钢质结构(Q235-A)圆筒形隔爆外壳的壁厚。设:设计压力p=1MPa,钢板采用单面对接焊,并且不做无损探伤检查。查资料得 Q235-A的许用应力=111.8MPa。 数据代入公式(2)中,得圆筒形隔爆外壳的壁厚=0.23cm。可以采用3mm。三 圆筒形隔爆外壳端
7、盖壁厚的计算对于圆筒形隔爆外壳来说,它的端盖大致可以归纳为三种形式:半球形封头-圆筒-法兰型、半椭圆截面形封头-圆筒-法兰型和平面型,如图2所示。a b c 图 2 圆筒形隔爆外壳端盖结构示意图a 半球形封头-圆筒-法兰型端盖;b 半椭圆截面形封头-圆筒-法兰型端盖;c 平面型端盖。 对于半球形封头-圆筒-法兰型端盖,圆筒部分的壁厚0可以按照下式计算: (3) 封头部分的壁厚可以按照下式计算: (4) 这里需要指出的是,半球形封头与圆筒之间的连接可以设置半径为5-10mm的圆角,这样可以有效地减少弯曲力矩和应力。在下述的半椭圆截面形封头-圆筒-法兰型端盖上也应该采用这种圆角进行过渡。 对于半椭
8、圆截面形封头-圆筒-法兰型端盖,圆筒部分的壁厚可以按照式(3)进行计算;封头部分的壁厚可以按照下式计算: (5)对于平面型端盖,圆形平板的厚度可以按照下式计算: (6)在上述的公式中:p 设计压力,MPa;r 封头的球半径,cm;r1 半球形封头-圆筒-法兰型端盖圆筒部分的半径, cm;r2 半椭圆截面形封头-圆筒-法兰型端盖椭圆的长轴半径,cm;r3 平面型端盖圆形平板的半径,cm;c 半椭圆截面形封头-圆筒-法兰型端盖封头的高度,即椭圆的短轴半径,cm;材料的许用应力,MPa。四 外壳法兰厚度的计算 在计算矩形外壳法兰的厚度时,可以采用下列公式: (7)式中: 法兰的计算厚度,cm; a
9、法兰上两个相邻的紧固螺栓(螺钉)之间的距离,cm; 扰度系数,如表4所示; p 设计压力,MPa; k 安全系数; E 所用材料的弹性模量,MPa; i 隔爆间隙,cm; B 平面度,cm; 焊缝系数,如表3所示。现以长方形钢质(Q235-A)法兰为例,计算法兰的厚度。表 4 扰度系数a/b11.522.534560.2400.1550.1660.1680.1680.1680.1680.1680.168b 隔爆接合面宽度即法兰宽度,cm假设:法兰上两个相邻的紧固螺栓之间的距离a=10cm,设计压力p=1MPa,隔爆接合面宽度b=2.5cm,隔爆间隙i=0.02cm,安全系数k=1.5,平面度B
10、=0.005cm(原文为0.0004cm),扰度系数=0.168,=0.6;查材料手册得出材料的弹性模量E=2105MPa。将这些数据代入式(7)7计算得出,法兰厚度=1.44cm。当计算圆筒形外壳的圆环法兰时,仍可使用公式(7),只是在计算完成后,对计算结果乘以1.2-1.3系数就可以了。需要特别指出的是:a 上述计算的法兰厚度仅仅是经加工后应该保证的必要厚度,毛坯件的厚度应该由工艺人员予以考虑。除此之外,隔爆外壳法兰的厚度还应该根据不同材料考虑螺钉的拧入深度(推荐:紧固螺纹拧入深度可以这样考虑:对于钢及青铜,1倍螺纹直径;对于铸铁,1.25倍螺纹直径;对于铝,2倍螺纹直径)。b 法兰上两个
11、相邻的紧固螺栓之间的距离,通常情况下,取100mm是较为合理的,在相同条件下,间距太小所用的螺栓太多,间距太大时所用的螺栓少了,但是螺栓直径大了,隔爆接合面宽度将增大。五 紧固螺栓的选择在隔爆型电气设备中,隔爆外壳的紧固螺栓的选择,必须考虑诸多因素,例如,紧固螺栓的性能等级,隔爆接合面的宽度参数(L和l),紧固螺栓之间的距离,隔爆外壳壳盖的受力面积等等。在选择时,首先应该确定预选螺栓的数量,然后,按照下式计算每个螺栓所承受的拉力: (8)式中:F 每个螺栓所承受的拉力,N; p 设计压力,MPa; m 受力面积,cm2; n 紧固螺栓的数量。接着,可以根据螺栓受力大小按照表5选取螺栓直径。表 5 螺栓(4.8级)的保证载荷 N螺栓直径M3M4M5M6M8M10M12M14牙型粗牙159027704490635011500183002660036300细牙12400204001940029200引自GB 3098.1 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱8
限制150内