Расчет прочности взрывозащищенных корпусов взрывозащищенного электрооборудования для взрывоопасных сред 

В настоящее время наиболее широко используемым взрывозащищенным электрооборудованием на предприятиях с повышенной взрывоопасностью, таких как угольные шахты и химические заводы, является взрывозащищенное оборудование взрывозащищенного типа. Необходимые взрывозащитные характеристики такого оборудования обеспечиваются не за счет внутренних электрических компонентов, а за счет взрывозащитного корпуса.

Взрывозащищенный корпус должен обладать следующими свойствами: a. Взрывозащищенность, то есть при взрыве внутри корпуса он должен предотвращать распространение взрыва на окружающую среду; b. Теплопроводность, то есть должна быть обеспечена такая температура поверхности корпуса, которая при нормальной работе и при взрыве внутри корпуса будет ниже температуры возгорания окружающей среды; c. Взрывостойкость, то есть взрывозащищенный корпус должен обладать определенной прочностью и выдерживать давление взрыва внутри, не подвергаясь заметной деформации или разрушению.
Теория и практика показывают, что взрывозащитные свойства взрывозащитного корпуса обеспечиваются, главным образом, в соответствии с требованиями главы 6 стандарта GB3836.2-83 «Взрывозащищенное электрооборудование для взрывоопасных сред. Электрооборудование взрывозащитного типа d», путем строгого контроля параметров взрывозащитных соединительных поверхностей. Теплопроводность взрывозащищенного корпуса может быть обеспечена путем ограничения повышения температуры электрических компонентов внутри корпуса в нормальном режиме работы и в аварийных ситуациях. Поэтому ключевой проблемой, стоящей перед проектировщиками взрывозащищенных корпусов, является обеспечение взрывостойкости корпуса, то есть необходимой прочности. Конструкции взрывозащищенных корпусов многообразны, а расчет их прочности относится к задачам с неопределенным количеством степеней свободы, которые трудно решить с помощью обычных методов механики материалов. Поэтому в настоящее время не существует единого метода расчета прочности взрывозащищенных корпусов. В данной статье на основе соответствующих выводов упругой механики и методов решения задач с неопределенным количеством степеней свободы в механике материалов, а также с учетом личного практического опыта, рассмотрены методы проверки прочности взрывозащищенных корпусов следующих конструкций.

1. Проверка прочности тонкостенной цилиндрической конструкции на примере конструкции, показанной на рис. 1. При взрыве на внутреннюю поверхность действует равномерная сила p, приложенная со всех сторон. Если выделить из стенки цилиндра элемент ABCD, представляющий собой поперечное сечение по продольной и поперечной плоскостям, то этот элемент подвергается растяжению в двух направлениях. Растягивающее напряжение определяется по формуле: где: D — диаметр цилиндра, мм; p — внутреннее давление на внутренней поверхности, МПа.
Поскольку внутреннее давление p, действующее на внутреннюю стенку, и атмосферное давление, действующее на внешнюю стенку, значительно меньше значений σ′ и σ″, можно считать, что напряжение в третьем направлении равно нулю.
Согласно теории четвёртой прочности, соответствующее напряжение составляет: ① Краткая биография автора: Сун Эньцзе, мужчина, 1968 года рождения, высшее образование, Тайюаньский филиал Генерального института углехимии, инженер, 030006. Если σ [σ] (допустимое напряжение), то проверка считается пройденной.
2. Проверка прочности эллиптического вращающегося тела на примере конструкции, показанной на рис. 2.
В формуле: a — половина длинной оси, мм. Поскольку внутреннее давление p, действующее на внутреннюю стенку, и атмосферное давление, действующее на внешнюю стенку, значительно меньше σb, можно считать, что напряжение в третьем направлении равно нулю. Для вращающегося эллипса точка максимального напряжения находится в положении a = 0.
Согласно теории четвёртой прочности, эквивалентное напряжение определяется следующим образом: рассмотрим в качестве примера проверку прочности круглой тонкой пластины, жестко закреплённой по периметру, как показано на рисунке 3. Согласно расчетам по упругой механике, точки наибольшего напряжения находятся на периметре круглой тонкой пластины.
Радиальное напряжение изгиба на верхней поверхности диска составляет: где: r — радиус диска, мм.
В третьем направлении внутреннее давление p, действующее на внутреннюю стенку, и атмосферное давление, действующее на внешнюю стенку, значительно меньше σ и σ, поэтому можно считать, что напряжение в третьем направлении равно нулю.
Согласно теории четвёртой прочности, соответствующее напряжение составляет: расчёт прочности прямоугольной тонкой пластины, жёстко закреплённой по четырём сторонам, на примере конструкции, показанной на рис. 4. Согласно расчётам по упругой механике, точка максимального напряжения находится в середине длинной стороны прямоугольника, как показано на рис. 4 (точка A).
В формуле: σ — напряжение в большом изгибе, МПа; a — коэффициент, зависящий от отношения длины к ширине прямоугольника, см. p — внутреннее давление на внутренней стенке, МПа.
Соотношение длины a и ширины b, согласно теории третьей прочности, соответствует следующему напряжению: если σ5 совпадает, зоны сжатия, образующиеся вокруг каждого анкерного троса, перекрывают друг друга, образуя в композитной обшивке более толстую однородную непрерывную зону сжатия, слои сжимают друг друга, значительно увеличивая межслойное трение, что повышает целостность кровли; композитная кровля образует более толстую балку, усиливая несущую способность самой кровли, что представляет собой активный способ крепления.
3.2 Эффективность крепления и экономический анализ. Ранее при строительстве штреков со сложной кровлей и большим поперечным сечением часто происходили локальные обвалы кровли, что создавало угрозу безопасности и приводило к экономическим потерям. Необходимость повторного возведения подпорок увеличивала затраты на рабочую силу и материалы, а также уменьшала габариты штреков, что сказывалось на их нормальной эксплуатации. В штреках шахты Дадугоу, где применяется анкерово-тросовое крепление, не было случаев обрушения кровли и необходимости повторного ремонта крепления. При использовании анкеров и анкерово-тросового крепления в выработке 81602 по сравнению с анкерами и I-образными стальными стойками можно сэкономить 117 000 юаней на материалах для крепления и 210 000 юаней на затратах на рабочую силу, а срок строительства сокращается на 10 дней. Использование гидравлического бурового станка для бурения отверстий под анкерные тросы по сравнению с пневматическим буром позволяет сэкономить 66 000 юаней на оборудовании и материалах, что на одном только этом забое дает экономию в 204 000 юаней. Более широкое внедрение этого метода крепления принесет еще большую экономическую выгоду.