矿用隔爆型电气设备的外壳强度设计探讨.doc

矿用隔爆型电气设备的外壳强度设计探讨 ? 30?煤矿机电2006年第6期 矿用隔爆型电气设备的外壳强度设计探讨 钱松,倪春明 (煤炭工业上海电气防爆检验站,上海200062) 摘要:运用材料力学原理,对矿用隔爆型电气设备外壳进行受力分析,详细介绍了矿用隔爆外 壳的设计方法. 关键词:矿用;隔爆型;外壳;设计 中图分类号:TH123文献标识码:B文章编号:1001—0874(2006)06—0030—04 EnclosureStrengthDesignofMiningFlame—proofElectricalApparatus QIANsoN1Chun—ming (ShanghaiFlameproofElectricityIns.pectionStationofCoalMineIndustry,Shanghai200062,China) Abstract:Bythetheoryofmaterialmechanics,thestresssituationofminingflame—proofelectricalapparatus enclosureisanalyzed,andthemethodofdesignisintroduced. Keywords:mining;flameproof;ellelosure;design l引言 矿用隔爆型电气设备将可能产生火花的部件放 在密封的外壳中.这种外壳需要有一定的结构强度 和联结尺寸.当从环境中进入壳内的爆炸性气体混 合物被壳内的火花,电弧引燃时,外壳不会被破坏, 也不致引爆环境中的爆炸性混合物,这种外壳称为 隔爆外壳,具有这种结构的电气设备称为隔爆型电 气设备.本文针对隔爆外壳的强度问题提出初浅看 法,以供探讨研究. 2圆筒形隔爆外壳设计 隔爆型外壳的壁厚一般较薄,在其内部爆炸所产 生的压力下,可以假设其好象薄膜般地进行工作,主 要承受拉力的作用.因此,在圆筒壁的纵向和横向截 面上,拉应力沿壁厚方向为均匀分布的,如图1所示. 口 lz蝣zI 图1圆筒形截面拉应力示意图 为了计算筒壁在各截面上的应力,可用截面法 分别通过圆筒直径的纵,横向截面将圆筒截为两部 分,取其中一部分圆筒(连同其内部的气体)为研究 对象,如图2所示.因Dgt;gt;6,圆筒外壳内的内压强 P远小于和:,垂直于筒壁的径向应力很小,可 以忽略不计,在筒壁上按通过直径的纵,横向截面取 出一个单元体,则此单元体处于平面应力状态,其主 应力为: DDoD ,z,,0 图2圆筒纵,横向截面|匝力图 通常防爆外壳采用Q235这类塑性材料,按最 大切应力理论或形状改变比能理论,其单元体上各 主应力以下式得: .:≤[]l毫LJ :≤2与Lj 式中:p一爆炸压力,Pa; D一平均直径,m; 21106年第6期煤矿机电?31? 6一厚度,m; []一许用应力. 用上两式对圆筒型薄壁外壳进行强度校核或选 择所用材料的壁厚.还要考虑一定的安全系数n, 钢板厚度的负公差及使用过程中的腐蚀等相关因 素,相应调整计算壁厚. 3端盖设计 常见的圆形端盖有球面端盖,平面端盖和椭圆 形截面端盖.球面形端盖应力分析情况与圆筒形基 本相同,可直接给出公式. 对图3a:≥3~/:[0-]2 对:…?3僻 xll~t3c: a)球面带过渡圆弧端盖b)球面形端盖c)平面端差 图3端盖示意图 4圆形法兰设计 当爆炸发生时,在壳法兰和盖法兰之间形成的 隔爆接合面中,其法兰也同样受爆炸压力作用. GB3836中对隔爆接合面的间隙有严格要求,法兰必 须不能产生大的弹性变形和永久性变形.一般法兰 比外壳壁厚得多,故只需核算法兰刚度即可. 法兰的内圆周与壳体焊接,外周自由,可将其简 化为内圆周固定,外圆周自由,受均布压力P作用的 圆环,如图4所示. 其挠度公式为: ,=c 式中:C6一挠度系数; E一材料的弹性模量,Pa; n一法兰外直径,m; 6一法兰内直径,m; ^一法兰厚度,m; P一爆炸压力,Pa. 刚度条件为,m≤[,],其中[,]为许用挠度. p 图4圆形法兰受力示意图 影响许用挠度的因素有:标准规定的隔爆接合 面的最大间隙W(m),焊缝系数,平面度B(m), 安全系数k等,许用挠度为: [力≤(W/2一B)? 其法兰厚度为≥口.3√_=‰ 在实际计算时,还需考虑对受损的隔爆面修复 所需适当的维修余量D,腐蚀因素c,钢板负公差 c等,故挠度应为: ≥ √而+D+C1 焊缝系数见表1,挠度系数见表2. 表1焊缝系数 表2挠度系数 a/b1.251.51.752.O2.53.0 C60.002120.0180.05230.09350.1920.289 5方形外壳设计 煤矿井下普遍使用螺栓紧固型的隔爆型电气设 备,其主腔外壳通常均由五块等厚的矩形薄板焊成, 有时为