防爆配電箱的防爆特性，主要是由殼體的特殊設(shè)計來實(shí)現(xiàn)的，開展對防爆開關(guān)殼體設(shè)計理論的研究，對防爆開關(guān)的發(fā)展十分必要，本文對防爆開關(guān)殼體的強(qiáng)度設(shè)計作一探討。

1 引言

防爆配電箱的工作環(huán)境，例如用于煤礦的防爆開關(guān)是工作在含有大量甲烷的空氣混合氣體中，當(dāng)甲烷含量達(dá)到5%-16%時遇700℃的火源將發(fā)生爆炸，當(dāng)甲烷含量在9.5%時爆炸力zui大達(dá)7.4大氣壓，因此殼體設(shè)計就以技術(shù)條件所要求的8kg/cm3內(nèi)壓為依據(jù)，分析殼體受力情況和強(qiáng)度。

2 殼體設(shè)計理論依據(jù)

防爆配電箱在壓力容器設(shè)計中，容器在工作失效時所表現(xiàn)的強(qiáng)度性能、剛度性能、穩(wěn)定性能的三種形式中，zui重要的是強(qiáng)度問題，即在一定的壓力下容器不會發(fā)生破裂或過量的塑性變形。

常用防爆殼體外徑為600mm左右，壁厚為36mm，在工業(yè)設(shè)計計算壓力容器中屬于薄壁容器。

2.1 容器在內(nèi)壓下的受力分析

如圖1中所示:σ_m—軸向應(yīng)力;σ_Q—切向應(yīng)力;σ_r—徑向應(yīng)力。

因為在薄壁容器中σ_r相對于σ_m、σ_Q較小，故可忽略。

軸向應(yīng)力（σ_m）計算：π（Dn+Dw）/2×tσ_rm=（πD²_m）/4×P

式中Dn—容器內(nèi)徑;Dw—容器外徑;P—容器所承受的內(nèi)壓力;t—容器壁厚。因為薄壁容器中Dn、Dw相差不大，可用平均值D代替，所以上式簡化為

πDtσ_m=（πD²）/4×P得σ_m=PD/4t             （1）

切向應(yīng)力（σ_Q）計算：

如圖1中所示：PsinQdQ·D/2·L=σ_Q2Lt

σ_Q=（PDL·4σ_QL）∫^π₀sinQdQ

得：σ_Q=PD/2t                             （2）

圖1 圓筒形容器受力分析

2.2 防爆配電箱強(qiáng)度計算

強(qiáng)度理論又稱為“失效準(zhǔn)則”或“失效判據(jù)”。

由式 （ 2） 再考慮焊縫減弱及附加量等因素，可

得:

圓柱殼體   t≥（PDm/2[σ]φ－p）+C          （3）

橢球封頭   t≥（PDm/2[σ]φ－p）·K+C       （4）

式中:P—設(shè)計壓力，kg/cm²;[σ]—材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力;φ—焊縫系數(shù)或應(yīng)力折減系數(shù)（＜1）;C—壁厚附加量cm;K—橢球封頭形狀系數(shù)，見圖（2）

K=1/6[2+（D_m/2h_m）²]

圖2 橢球封頭

2.3 安全系數(shù)與許用應(yīng)力的確定

2.3.1 安全系數(shù)

對于炭鋼:材料斷裂安全系數(shù)nb=3.0 ;材料屈服極限的安全系數(shù)nb=1. 65

2.3.2 許用應(yīng)力的確定:

基本許用應(yīng)力: [σ]_g=σ_b/n_b、或[σ]_g=σ_b/n_b

設(shè)計許用應(yīng)力: [σ]=Y[σ]g，其中y為毛坯質(zhì)量系數(shù)，鋼板的毛坯質(zhì)量系數(shù)為1。

2.4 強(qiáng)度設(shè)計中的相關(guān)問題

2.4. 1 zui高工作壓力與設(shè)計壓力。設(shè)計壓力應(yīng)為zui高工作壓力的1.1-1.25倍。作為防爆開關(guān)外殼，防爆規(guī)程規(guī)定設(shè)計壓力為1.5倍工作壓力。

2.4.2 焊縫系數(shù)。焊縫系數(shù)φ是考慮焊接對容器強(qiáng)度的削弱，用以降低設(shè)計許用應(yīng)力的一個系數(shù)，φ的

大小取決于焊縫坡口形式，焊接方法，焊接工藝及焊

接檢驗探傷嚴(yán)格性，對于雙面焊的對接焊縫，又經(jīng)水

壓試驗φ=O.8。

2.4.3 壁厚附加量。壁厚附加量C=C₁+C₂+C₃

C₁為鋼板的負(fù)公差，依據(jù)板厚、取值在0.2-0.5mm;C₂為加工中的工藝減薄量，因為防焊殼體

為冷卷，冷校，故C_l=O;C₃為腐蝕裕量，因為殼體不裝腐蝕物體，故C₃=0。

3 防爆配電箱殼體設(shè)計歸納

如前所述，薄壁容器的壁厚可由（3）.（4）式得出:

因為一般殼體封頭中Dn/2hn接近于2,K 接近1，所以（3）,（4）式可歸納為一式

t≥[PDn/（2[σ]φ－P）]+C

防爆配電箱根據(jù)防爆殼體的基本特點(diǎn)（φ=0.8—0.9,C可取0.2—0.5mm，這樣得:

t≥[PDn/（1．6[σ]－P）]+0．4

又對A3鋼板[σ]可取1450kg/cm²;對礦用防爆開關(guān)P=1.5×爆炸力，即P=12kg/cm².

則t≥（12Dn/2308）+0．4=（Dn/192）+0．4          （5）

因此可將（5）式做為設(shè)計防爆殼體壁厚的參考公式，該式已在多項設(shè)計中得到了驗證。