壓力容器設(shè)計說明書儲罐液氨液態(tài)二氧化碳儲罐設(shè)計

1、焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械制造與自動化學(xué)生姓名盧警浩學(xué)號2011062058設(shè)計題目液態(tài)氮氣儲罐設(shè)計設(shè)計要求及技術(shù)參數(shù)：參數(shù)：直徑1.6 m材質(zhì)16MnDR條件：工作壓力1.6MPa設(shè)計壓力1.6MPa技術(shù)要求：1 寫出該結(jié)構(gòu)的兒種設(shè)計方案2強度計算及尺寸選擇3繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計圖4. 撰寫主要工藝過程5. 撰寫設(shè)計說明書進(jìn)度安排：1熟悉零件：講授課程，熟悉零件2天2查閱相關(guān)資料，提岀可行方案3天3上機(jī)畫圖6天4書寫說明書5天5圖紙及丄藝的檢測3天6答辯2天指導(dǎo)教師（簽字）：學(xué)院院長（簽字）：年 月曰年 月 日目錄第一章.設(shè)計選材及結(jié)構(gòu)31.設(shè)計壓力32筒體的選材及結(jié)構(gòu)33

2、.封頭的結(jié)構(gòu)及選材3第二章.設(shè)計計算31. 筒體壁厚及長度計算32. 封頭壁厚計算43. 壓力試驗5第三章.人孔補強設(shè)計方法判別5第四章.接管、法蘭、墊片和螺栓的選擇7第五章.鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計10第六章.容器焊縫標(biāo)準(zhǔn)12第七章.筒體和封頭的校核 121. 筒體軸向應(yīng)力校核14(1) 由彎矩引起的軸向應(yīng)力14(2) 設(shè)計壓力引起的軸向應(yīng)力14(3) 軸向應(yīng)力組合與校核142. 筒體和封頭切向應(yīng)力校核14第八章.焊縫接頭的布置15第九章.外層絕熱材料167總結(jié)錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯誤！未定義書簽。第一章.設(shè)計選材及結(jié)構(gòu)1 設(shè)計壓力設(shè)計壓力：1.6飆的壓力合適。06MPa5p10MP“屈于中

3、壓容器。 設(shè)計溫度：20C為-40C40C條件下工作，屬于低溫容器。2. 筒體的選材及結(jié)構(gòu)Q345R3. 封頭的結(jié)構(gòu)及選材筒體的公稱直徑必有標(biāo)準(zhǔn)選擇，而它的長度L可以根據(jù)容積要求來決定。設(shè)計L/D二4V=12濃公式 K Dj2L=i2m3(l + 5%)計算出 Di = 1.589mm圓整后Di = 1600mm采用EHAffljPI形封頭表2.1 橢圓封頭標(biāo)準(zhǔn)公稱直徑DN/mm總?cè)凵頗/iwn容積V/W3質(zhì)雖Kg16004250. 5864323.4封頭取與筒休相同材料。第二章.設(shè)計計算1. 筒體壁厚及長度計算(1)計算壓力Pc：液柱靜壓力：Pl=pgh=l 100x9.8x1.6=1.73

4、 xl04paP1/P=1.73x104/2.16x1065%故液柱靜壓力可以忽略，即Pc=P=2. 16X106Pa査壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼得16MnDR的密度為7.85t/R,熔點 為1430C,許用應(yīng)力&列于下表：圓筒的計算壓力為2. 16 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙 面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭,取焊接接頭系數(shù)為1.00,全部無損探傷。取 許用應(yīng)力為163 Mpao壁厚：v ptD,2.16x1600“6 =10.67 mm2&了0 - pc 2x163x1-2.16鋼板厚度負(fù)偏差G =0.8,取雙面腐蝕取腐蝕裕童C2 =2nnno設(shè)計厚

5、度為：= + C2= 12.67名義厚度為：戈=5 + Cl + C2=1347 加加圓整后取名義厚度14umio充裝系數(shù)耿0. 9（2）筒體長度計算V=-Di2L+2Vf 4即：11x1x2x0.5864計算得：L=6. 008m L=6m2. 封頭壁厚計算標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，型號代號為EHA,則: 封頭計算公式：億D2冊-0.5幾26x16002x163x1-0.5x2.16= 10.64可見封頭厚度近似等丁筒體厚度，則取同樣厚度。由冊r得：直邊高蝦=叫=汕3. 壓力試驗水圧試驗，液體的溫度不得低于5C：試驗方法：試驗時容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗過稈 屮，應(yīng)保持容器外

6、表面的干燥。試驗時壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗壓力后，保壓時 間一般不少于30inino然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%,并保持足夠長的時間以便 對所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗。水壓試驗時的壓力= 1.25x2.16=2.7A/pa水壓試驗的應(yīng)力校核: 水壓試驗時的應(yīng)力氣器滬“水壓試驗時的許用應(yīng)力為0.9r v = 0.9 x 1.00 x 315 = 283.5Mpa tt0.9s故筒體滿足水壓試驗時的強度要求。第三章.人孔補強設(shè)計方法判別表4.1 人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸表密封而 PN/ DN dwXs dD DI HlH2 總質(zhì)雖型式Mpa突而 2.5500530X12

7、5007306602701232981. 內(nèi)壓容器開孔后所需的補強面積A 皿+遲(1-力)式中開孔直徑：d =d, + 2C = 500 + 2x2.8 = 5056mm :人孔材料采用16MnDR.許用應(yīng)力為163MPd所以f=l殼體開孔的計算厚度為3 =10.67mmA=5O5.6 X 10.67+0=5394.75 mm22. 有效補強范圍(1) 有效補強B根據(jù)GB150公式B =2(7=2 x 505.6 = 1011.2mmB2 =d + 2/)h + 2/)hr = 505.6 + 2x14 + 2x12 = 557.6mm B = max( ) = 1011 .limn(2) 外

8、側(cè)有效高度根據(jù)GB150公式h；=4dit =75()5.6x12 = 77.89mm= 280mmh|=min&, h) = 77.89mm(3) 內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)GB150-1998公式篦=JdSit = v505.6xl2 = 77.89禺”=0每= nii(禺，力 2”)= 3. 有效補強面積Ae = Ax+ A2+ A3(1) 筒體多余面積人A, =(3_)(吐_5)_2陽雇_$)(1_方)= 505.6x(11.2-10.67)-2 x 9.2(11.2-10.67)x0 = 267.97mm2(2) 接管多余而積A2 = 2/ij(et()fr + 2h2(5et- C2)fr=

9、 2 x 77.89x(9.2 - 3.33)x1+0 = 914.43mm2(3) .焊縫金屬面積焊腳取12A,=丄xl22 x2 = 144mm?2(4) .補強面積Ae = Al+A2+A. = 267.97 + 914.43 + 144 = 1326 Amm2 因為所以開孔需另行補強，而積為人 人=A-Ae = 5394.75-1326.4 = 4068.35/n/n2 計算補強圈厚度：cA44068.35&一 =s.54mrnB_Di505.6x2-535第四章.接管、法蘭、墊片和螺栓的選擇1. 接管和法蘭液二氧化碳儲罐應(yīng)設(shè)置排污口，氣相平衡口，氣相口，出液口，進(jìn)液口，人孔，液位計口

10、，溫度計口，壓力表口，安全閥口，排空口。接管和法蘭布置如圖3所示，法蘭簡圖如圖所示：AiHG/T20592-2009鋼制管法蘭中表8.2 3-1 PN10帶頸對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱肖徑, 査得各法蘭的尺寸。HG/T20592-2（X）9鋼制管法蘭中附錄D中表D-3,得各法蘭的質(zhì)雖。HGAT 20592-2009鋼制管法蘭中表322,法蘭的密封面均釆用MFM （閱凸面密封）。序號名稱公稱 直徑DN鋼管外 徑法蘭 焊端外 徑法蘭 外徑D螺栓孔 中心圓 直徑K螺栓 孔直 徑L螺栓孔 數(shù)蛍n（個）螺栓Th法蘭 厚度C法蘭頸法蘭咼度H法蘭 質(zhì)量NS0(Ra排污口8089B200160188M16

11、201053.2106504bu相平 衡口8089B200160188M16201053.2106504cu相口8089B200160188M16201053.2106504d出液口8089B200160188M16201053.2106504e進(jìn)液口8089B200160188M16201053.2106504f人孔500530B6706202620M24285627.116129039.5gl-2液位計 口3238B140100184M1218402.364402h溫度計 口2025B10575144M1218402.364401m壓力表 口2025B10575144M1218402.36

12、4401n安全閥口100108B220180188M16201313.6128524.5s排空口5057B165125184M1618742.985452.52.墊片杳HGfT20609-2009鋼制管法二用金屬包覆率片九 得:表5墊片尺寸表符號管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2a排污口80109.5142b氣和平衡二80109.5142c氣相口80109.5142d出液口80109.5142e進(jìn)液口80109.5142f人孔gl-2液位計口3261.58211溫度計口2045.561m壓力表口2045.561n安全閥口80109.5142s排空口5077.5107注：1：包覆金展材料為純鋁板，

13、標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880,代號為L3。2：填充材料為有機(jī)非石棉纖維橡膠板。3：墊片厚度均為3mm。3.螺栓螺柱的選擇査HG/T 2()613-2009紈岡制管法蘭用緊固件中表5.0.7-9和附錄中表A.0丄得螺柱的長度和平址圈尺寸：表6螺栓及華片公稱直徑螺紋螺柱長緊固件用平墊圈mmba80M169Q17303b80M169017303c80M169017303d80M169017303c80M169017303t500M2412525444gl-232M168517303h:20M127513242.5m20M127513242.5nSOM169017303sM168517303第五章.鞍座選

14、型和結(jié)構(gòu)設(shè)計1 鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-B.估算鞍座的負(fù)荷：儲罐總質(zhì) 雖歹a ,筒體“ = 7d)L6n x/7 = 3.14x1.6x6x14x10_3x7.81x103 =3295.94上g .單個封頭的質(zhì)雖：査標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA橢圓形封頭 A質(zhì)星，可知，叫=323.4 充液質(zhì)量：故m.=心V = 1000xxl.62x6 + 2x0.5864= 13894Mg附件質(zhì)呈：人孔質(zhì)呈為300kg,其他接管質(zhì)呈總和估為100kg,即m4 = 400/t綜上所述，m = zM, + 2mc + 加3 + fn4 = 329

15、5.94 +2x323.4 +13894.1 + 400 = 18236.82kgG=mg= 178.72lkN,個鞍座承受的棗雖為89.361 kN由此査JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為BI,包角為12(),有墊板的鞍座。査JB47)2.1-2007表6得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表3：表3：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN16(X)腹板1.81.1390允許載荷Q/kN275Lj255h8鞍座高度h250筋板I,170墊板e70底板1120片240礬栓間距119601,20018螺孔/孔長D/124/401 (12墊板弧長1870鞍鹿質(zhì)呈Kg1162. 鞍座位克的確定因為為外伸長度A

16、=0.207L時，雙支座跨距中間截而的最人彎矩和支座截而處的彎矩絕對值相 等，從聞使上述兩截而上保持等強度，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載苗，面且支座截而處 應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小丁跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A不超過0.2L 值，為此中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB4731鋼制臥式容器規(guī)定AW0.2L=0.2 (L+2h), A最大不超過O.25L. 否則由于容器外伸端的作用將使支座截而處的應(yīng)力過大。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭諾士 = 2有h皿-牛25”故 4 0.2(L + 2/i) = 0.2(6000 + 2 x 25) = 1210加肌14Rm = Ri +(知/2 = 800 十一=0

17、7 nun24 且AVRm/2二762mm，故最大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在跨中面，校核跨屮血應(yīng)力。筒體中間截面上最高點處(2)設(shè)計壓力引起的軸向應(yīng)力由叭=嘰 p 込(6-7)所以2.16x814 78 49MPap2x11.2m23.14x/?mX-1,6565 xlQ33.14xl.0x8142xll.2= -l.x0-2MPa(6.6)(3)軸向應(yīng)力組合與校核最大軸向拉應(yīng)力出現(xiàn)在筒體中間截面最低處所以=勺 + y，= 78.49 + 3.94 = 82 43MPa許用軸向拉壓應(yīng)力o t=163MPa,而o 2a t合格。最大軸向圧應(yīng)力出現(xiàn)在充滿水時，在筒體中間截面扱高處 s=rr=：3.94MPd

18、軸向許用應(yīng)力：“0.094.R、=根據(jù)A值査外壓容器設(shè)計的材料溫度線圖得B=150MPa,取許用壓縮應(yīng)丿J a ac=150MPa, I o 1 I 89.3604 =08626814x11.2xl06封頭切向應(yīng)力計算:K4 F _ 0-01x89,3604心巧-814x11.2= 393MPa(6.9)1.25時 _ e = 13 x k J _ KH DN = i 公 x 163 - .26xl600 = MPa L J2x11.2因 zrh 1.25rr/ b” 所以合格。第八章.焊縫接頭的布置容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫、融合線和熱影響區(qū)的總稱，焊縫是焊 接接頭的主要部分。焊接接頭的形