隔爆外壳的计算

隔爆外壳的计算

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：

δ

（1）

式中δ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；

σT 薄板材料的屈服极限，MPa。

表1 应力系数 C

a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δ的关系，如表2所示。

表2 薄板厚度δ和边长比a/b的关系

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δ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，δ=0.0237a；当边长比a/b=1.5时，薄板的厚度δ=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1000mm×750mm×350mm钢制结构（Q235-A）外壳壁厚

1 计算底板（1000×750 大侧面）壳壁的厚度：查表1求C：a/b=1000/750=1.33，C=0.1990；另外，令p=1MPa、σT=240MPa，k=1.3，然后，将这些数值代入式

(1)，计算得到δ1=2.46cm。

2 计算顶板（750×350 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、σT=240MPa，k=1.3，然

后，将这些数值代入式(1)，计算得到δ2=1.21cm 。

3 计算侧板 （1000×350 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 、σT =240MPa ，k=1.3，然后，将这些数值代入式(1)，计算得到δ3=1.21cm 。

从上述的理论计算可以看出，底板厚度应该选取δ=25mm ，顶板和侧板的厚度应该选取δ=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500×375。这时，按式(1)计算出δ4=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δ=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：

[]2i

t

pD p δσφ≥- （2）

式中：δ 圆筒形外壳的壁厚，cm ； P 设计压力， MPa ； Di 圆筒形外壳的内径，cm ；

〔σ〕t 设计温度下圆筒形外壳材料的许用应力，MPa φ 焊缝系数，见表3

表3 焊缝系数

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[]tσ=111.8MPa。

数据代入公式（2）中，得圆筒形隔爆外壳的壁厚δ=0.23cm。可以采用3mm。三圆筒形隔爆外壳端盖壁厚的计算

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δ0可以按照下式计算：

[]02pR δσ≥

(3)

封头部分的壁厚可以按照下式计算：

1δ≥ (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：

[]

2

222pr c δσ≥ （5）

对于平面型端盖，圆形平板的厚度可以按照下式计算：

3δ≥

（6）

在上述的公式中： p 设计压力，MPa ； r 封头的球半径，cm ；

r 1 半球形封头-圆筒-法兰型端盖圆筒部分的半径， cm ； r 2 半椭圆截面形封头-圆筒-法兰型端盖椭圆的长轴半径，cm ； r 3 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 ；

［σ］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：

a δ≥∙ (7)

式中：δ 法兰的计算厚度，cm ；

a 法兰上两个相邻的紧固螺栓（螺钉）之间的距离，cm ； α 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 ；

φ 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

b 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=0.005cm （原文为0.0004cm ），扰度系数α=0.168，φ=0.6；查材料手册得出材料的弹性模量E=2×105MPa 。将这些数据代入式(7)7计算得出，法兰厚度δ