防爆開關的工作環境，例如用于煤礦的防爆開關是工作在含有大量甲烷的空氣混合氣體中，當甲烷含量達到5%-16%時遇700℃的火源將發生，當甲烷含量在9.5%時力最大達7.4大氣壓，因此殼體設計就以技術條件所要求的8kg/cm3內壓為依據，分析殼體受力情況和強度。

2 殼體設計理論依據

在壓力容器設計中，容器在工作失效時所表現的強度性能、剛度性能、穩定性能的三種形式中，最重要的是強度問題，即在一定的壓力下容器不會發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，在工業設計計算壓力容器中屬于薄壁容器。

2.1 容器在內壓下的受力分析

如圖1中所示:σ_m—軸向應力;σ_Q—切向應力;σ_r—徑向應力。

因為在薄壁容器中σ_r相對于σ_m、σ_Q較小，故可忽略。

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

式中Dn—容器內徑;Dw—容器外徑;P—容器所承受的內壓力;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 強度計算

強度理論又稱為“失效準則”或“失效判據”。

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

K=1/6[2+(D_m/2h_m)²]

圖2 橢球封頭

2.3 安全系數與許用應力的確定

2.3.1 安全系數

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

2.3.2 許用應力的確定:

基本許用應力: [σ]_g=σ_b/n_b、或[σ]_g=σ_b/n_b

設計許用應力: [σ]=Y[σ]g，其中y為毛坯質量系數，鋼板的毛坯質量系數為1。

2.4 強度設計中的相關問題

2.4. 1 最高工作壓力與設計壓力。設計壓力應為最高工作壓力的1.1-1.25倍。作為防爆開關外殼，防爆規程規定設計壓力為1.5倍工作壓力。

2.4.2 焊縫系數。焊縫系數φ是考慮焊接對容器強度的削弱，用以降低設計許用應力的一個系數，φ的

大小取決于焊縫坡口形式，焊接方法，焊接工藝及焊

接檢驗探傷嚴格性，對于雙面焊的對接焊縫，又經水

壓試驗φ=O.8。

2.4.3 壁厚附加量。壁厚附加量C=C₁+C₂+C₃

C₁為鋼板的負公差，依據板厚、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 防爆開關殼體設計歸納

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

根據防爆殼體的基本特點(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P=1.5×力，即P=12kg/cm².

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

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