壓縮空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)(共23頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄臥式儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)第一章 緒論1.1設(shè)計(jì)背景 所謂容器是指用于儲(chǔ)存氣體、液化氣體、液體和固體原料、中間產(chǎn)品或成品的設(shè)備。壓力容器是容器的一種，是指最高工作壓力P0.1MPa，容積V25L，工作介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)液體的容器。它廣泛地用于化工、煉油、機(jī)械、動(dòng)力、輕工、紡織、冶金、核能及運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門(mén)，是生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的設(shè)備1。隨著石油化工、電站鍋爐和原子能工業(yè)的迅猛發(fā)展，壓力容器制造技術(shù)也有了很大的發(fā)展，它主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是壓力容器向大型化過(guò)渡，容器直徑和壁厚成倍增長(zhǎng)；二是低合金高強(qiáng)度鋼的廣泛應(yīng)用，大部分壓力容器均采用

2、了各種級(jí)別的低合金高強(qiáng)度鋼；三是焊接新工藝、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得焊接質(zhì)量進(jìn)一步提高，從而提高了這些大型產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。其中以壓力容器產(chǎn)品大型化、高參數(shù)化的趨勢(shì)尤為明顯。1000噸級(jí)的儲(chǔ)氣罐、2000噸級(jí)的煤液化反應(yīng)器、10000立方米的天然氣球罐（日本最大的天然氣球罐為30000立方米）等已經(jīng)在我國(guó)大量應(yīng)用。壓力容器在石油化工、核工業(yè)、煤化工等領(lǐng)域中的應(yīng)用場(chǎng)合也日益苛刻。因此，耐高溫、高壓和耐腐蝕的壓力容器用材料的研制與開(kāi)發(fā)一直是壓力容器行業(yè)所面臨的重大課題。對(duì)此，各國(guó)均投入了大量的人力物力從事相關(guān)的研究工作。目前，壓力容器用材料的主要研究成果和技術(shù)進(jìn)步表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：材料的高純凈度：

3、冶金工業(yè)整體技術(shù)水平和裝備水平的提高，極大地提高了材料的純凈度，提高了壓力容器用材料的力學(xué)性能指標(biāo)，提高了壓力容器的整體安全性；材料的介質(zhì)適應(yīng)性：針對(duì)各種腐蝕性介質(zhì)和操作情況，已研究開(kāi)發(fā)出超級(jí)不銹鋼、雙相鋼、特種合金等金屬材料，使之適合各種應(yīng)用條件，給容器設(shè)計(jì)者以更多選擇的空間，為長(zhǎng)期安全生產(chǎn)提供了保證；材料的應(yīng)用界限：針對(duì)高溫蠕變、回火脆化、低溫脆斷所進(jìn)行的研究，準(zhǔn)確地給出材料的適用范圍；更高強(qiáng)度材料的應(yīng)用：在設(shè)備大型化的要求下，傳統(tǒng)的材料已經(jīng)無(wú)法解決，諸如30000立方米天然氣球罐、立方米原油儲(chǔ)罐以及超高壓容器的選材問(wèn)題。目前 800MPa 高強(qiáng)材料的應(yīng)用正在引起國(guó)內(nèi)研究人員的廣泛關(guān)注2。

4、 近年來(lái)，壓力容器制造業(yè)在裝備投資中，焊接設(shè)備的比例占了40%以上。正由于這些先進(jìn)高效焊接設(shè)備及工藝的采用，使壓力容器制造技術(shù)有了更大的提高和發(fā)展。就具體的壓力容器焊接而言，焊條電弧焊的比例已逐步縮小，而埋弧自動(dòng)焊、氬弧焊、CO2氣體保護(hù)焊等先進(jìn)的焊接技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用；帶極堆焊、窄間隙埋弧焊和藥芯焊絲氣體保護(hù)焊等高效率的焊接方法設(shè)備已成為一些大型壓力容器廠必備的焊接設(shè)備；小管徑內(nèi)壁堆焊、管子-管板自動(dòng)旋轉(zhuǎn)氬弧焊、馬鞍形接管自動(dòng)焊等一系列新型焊機(jī)也在不少工廠中得到了應(yīng)用。這對(duì)于穩(wěn)定地提高壓力容器焊接質(zhì)量，提高壓力容器制造工藝水平，無(wú)疑將起到很大推動(dòng)作用。壓力容器是一個(gè)涉及多行業(yè)、多學(xué)科的綜合

5、性產(chǎn)品，其建造技術(shù)涉及到冶金、機(jī)械加工、腐蝕與防腐、無(wú)損檢測(cè)及安全防護(hù)等眾多行業(yè)。隨著冶金、機(jī)械加工、焊接和無(wú)損檢測(cè)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在世界各國(guó)投入了大量人力物力進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，壓力容器技術(shù)領(lǐng)域也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。為了生產(chǎn)和使用更安全、更具有經(jīng)濟(jì)性的壓力容器產(chǎn)品，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、焊接和檢驗(yàn)方法已經(jīng)和正在不同程度地為新技術(shù)、新工藝所代替、而冶金機(jī)械加工、焊接和無(wú)損檢測(cè)等壓力容器相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，是壓力容器行業(yè)整體制造技術(shù)水平提高的前提條件 。 中國(guó)是壓力容器的生產(chǎn)大國(guó)，目前生產(chǎn)的目的主要是滿足國(guó)內(nèi)的需求。生產(chǎn)廠家的數(shù)量

6、（約3200 家）和相應(yīng)的裝備能力均為世界領(lǐng)先，從以儲(chǔ)氣罐為代表的重型容器到高壓氣體運(yùn)輸容器等特殊的容器，中國(guó)都有很強(qiáng)的生產(chǎn)能力，并且產(chǎn)品的價(jià)格和質(zhì)量都具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。多年的生產(chǎn)實(shí)踐和國(guó)家的規(guī)范化管理，使我國(guó)的壓力容器行業(yè)形成了裝備齊全、人員配套、管理嚴(yán)格的生產(chǎn)格局，為我國(guó)的壓力容器產(chǎn)品走向世界奠定了基礎(chǔ)。隨著我國(guó)加入WTO和國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，壓力容器制造業(yè)今后也必然會(huì)有一個(gè)很大的發(fā)展，只有認(rèn)清發(fā)展趨勢(shì)，才能把握住自己的發(fā)展方向，才會(huì)使壓力容器制造業(yè)有更好的發(fā)展。1.2 儲(chǔ)罐的用途及分類 儲(chǔ)存設(shè)備又稱儲(chǔ)罐，主要是指用于儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備，在化工、石油、能源、輕工、

7、環(huán)保、制藥及食品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如氫氣儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐、石油儲(chǔ)罐、液氨儲(chǔ)罐等。儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力直接受溫度影響，且介質(zhì)往往易燃、易爆或有毒。儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式主要有臥式儲(chǔ)罐、立式儲(chǔ)罐和球形儲(chǔ)罐。1.3 儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)，是選擇儲(chǔ)罐形式和儲(chǔ)存系統(tǒng)的一個(gè)重要因素。介質(zhì)最重要的特性有：可燃性、飽和蒸汽壓、密度、腐蝕性、毒性程度、化學(xué)反應(yīng)活性（如聚合趨勢(shì)）等。儲(chǔ)存介質(zhì)可燃性的分類和等級(jí)，可在有關(guān)消防規(guī)范中查得。飽和蒸汽壓是指在一定溫度下的密閉容器中，當(dāng)達(dá)到氣液兩相平衡時(shí)氣液分界面上的蒸汽壓，它隨溫度而變化，但與容積的大小有關(guān)。對(duì)于液化石油氣和液化天然氣之類，都不是純凈物，而是一種混合物，此時(shí)

8、的飽和蒸汽壓與混合比例有關(guān)，可根據(jù)道爾頓定律和拉烏爾定律進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)儲(chǔ)存的介質(zhì)為具有高粘度或高冰點(diǎn)的液體時(shí)，為保持其流動(dòng)性，就需要對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備進(jìn)行加熱或保溫，使其保持便于輸送的狀態(tài)。儲(chǔ)存液體的密度，直接影響制造工藝和設(shè)備造價(jià)。而介質(zhì)的毒性程度則直接影響設(shè)備制造與管理的等級(jí)和安全附件的配置。儲(chǔ)存設(shè)備若盛裝液化氣體時(shí)，除了應(yīng)該考慮上述條件外，還應(yīng)注意液化氣體的膨脹性和壓縮性。液化氣體的體積會(huì)隨溫度的上升而膨脹，溫度的降低而收縮。如果環(huán)境溫度變化較大，儲(chǔ)罐就可能因超壓而爆破。為此，在儲(chǔ)存設(shè)備使用時(shí)必須嚴(yán)格控制儲(chǔ)罐的充裝量。 當(dāng)儲(chǔ)罐的金屬溫度受大氣環(huán)境溫度影響時(shí)，其最低設(shè)計(jì)溫度可按該地區(qū)氣象資料，取氣象

9、局實(shí)測(cè)的10年逐月平均最低溫度的最小值。隨著液化氣體溫度的下降，罐內(nèi)壓力也將較大幅度下降，此時(shí)罐體的應(yīng)力水平就有較大的降低。為此，在確定儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溫度時(shí)，可按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行低溫低應(yīng)力分析。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部因溫度降低而使內(nèi)壓低于大氣壓時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行罐體的穩(wěn)定性校核，以免發(fā)生失穩(wěn)失效。1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)針對(duì)化工廠中常見(jiàn)的氣體儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。1.5 設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)儲(chǔ)存設(shè)備，首先必須滿足各種給定的工藝要求，考慮儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)、容量的大小、設(shè)置的位置、鋼材的耗量以及施工的條件等來(lái)確定儲(chǔ)罐的形式；在設(shè)計(jì)中還必須考慮場(chǎng)地的條件：環(huán)境溫度、風(fēng)載荷、地震

10、載荷、雪載荷、地基條件等，因此設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)儲(chǔ)存設(shè)備時(shí)必須針對(duì)上述條件進(jìn)行綜合的考慮，以確定最佳的設(shè)計(jì)方案。綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安全可靠性。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.6 設(shè)計(jì)特點(diǎn)壓力容器的外殼由筒體、封頭、密封裝置、開(kāi)孔接管、支座及安全附件六大部件組成。常、低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。本設(shè)計(jì)書(shū)主要介紹了儲(chǔ)氣罐的的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部件的選用。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，

11、這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.7設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1-1表1-1序號(hào)名 稱指 標(biāo)1設(shè)計(jì)壓力MPa0.62設(shè)計(jì)溫度903最高工作壓力MPa0.554最高工作溫度<905工作介質(zhì)壓縮空氣6主要受壓元件的材料Q235-A7焊接接頭系數(shù)0.858腐蝕裕度mm2.09全容積m33.010容器類別第一類第二章 容器主要原件的設(shè)計(jì)2.1圓筒厚度的設(shè)計(jì)全容積為3m3的臥式壓縮空氣儲(chǔ)罐，焊接系數(shù)為=0.85，根據(jù)HGT3154-1985臥式橢圓形封頭貯罐系列表6，取Di=1000mm。設(shè)計(jì)壓力Pc =0.6MPa，此儲(chǔ)罐的最高工作溫度為90，圓筒材料為Q235-A 假

12、設(shè)圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：疲勞極限強(qiáng)度b=375MPa，屈服極限強(qiáng)度s=235MPa，在90時(shí)近似取為100時(shí)的t =113MPa。利用公式，=PcDi2t -Pc =0.6×10002×0.85×113-0.6=3.13mm (2-1)查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定及其中表7-3查得壓力容器專用鋼板厚度負(fù)偏差不大于0.25 mm，鋼板厚度負(fù)偏差為可以忽略，即C1=0，而有GB150-1998中3.5.5.1知，腐蝕裕量C2=.2:則筒體的名義厚度n3.13+0+2=5.13:根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格

13、，查鋼板的常用厚度表，圓整為n=6mm。2.2 封頭的設(shè)計(jì)從受力與制造角度分析，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但其缺點(diǎn)是深度大，沖壓較困難；而橢圓形封頭深度比半徑小，易于沖壓成型，是目前低壓容器中用的較多的，故采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同,則封頭的設(shè)計(jì)厚度: (2-2) 考慮到鋼板負(fù)偏差，所以封頭厚度應(yīng)再加上C=C1+C2=2，即 n 3.32+2=5.32mm根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表，圓整為n=6mm，可見(jiàn)跟筒體等厚。由Di/2hi=2，得hi=Di/4=1000/4=250mm封頭的容積：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表1和表B.1、表B.2,選擇

14、封頭的型號(hào)為EHA1000×6-Q235A，橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積、質(zhì)量見(jiàn)表2-1和圖1。表2-1 封頭尺寸表公稱直徑DN mm總深度H mm內(nèi)表面積A 容積質(zhì)量Kg10002751.16250.150553.8 圖12.3人孔的選擇根據(jù)HG/T 21518-2005回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，查表3-3，選用凹凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見(jiàn)下表：表2-2 人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面MFMD6705530公稱壓力PN MPa0.658560螺柱數(shù)量16公稱直徑DN400280A385螺母數(shù)量32426×18135B175螺柱尺寸M39×3×210d3

15、86b60L250總質(zhì)量kg3662.4接管和法蘭壓縮空氣氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口，進(jìn)氣口，出氣口，人孔，溫度計(jì)口，壓力表口，安全閥口，排廢口。如圖2所示： 圖2 查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表8.2 3-3 PN帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中附錄D中表D-5,得各法蘭的質(zhì)量。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表3.2.2，法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。表2-3 選擇工藝接管序號(hào)工稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)形式用途或名稱a200PN1.6 DN200 HG20592-97RF出氣口b16M16

16、5;1.5 YB231-70內(nèi)螺紋進(jìn)氣口c32PN1.6 DN32 HG20592-97RF安全閥口d20M20×1.5 YB231-70內(nèi)螺紋壓力表口e400人孔f2531 YB231-70內(nèi)螺紋排污口2.5螺栓（螺柱）的選擇 查HG/T 20613-2009 鋼制管法蘭用緊固件中表5.0.7-11和附錄中表A.0.1,得螺柱的長(zhǎng)度和平墊圈尺寸，見(jiàn)表2-4表2-4序號(hào)工稱直徑mm螺紋mm螺柱長(zhǎng)mm數(shù)量(個(gè))螺柱長(zhǎng)mmd1d1ha200M241301225444c32M16854173032.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用Q235-B

17、。 首先粗略計(jì)算支座負(fù)荷 儲(chǔ)罐總質(zhì)量： (2-3)式中:罐體的質(zhì)量，Kg水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量，Kg附件的質(zhì)量，Kg 1 罐體質(zhì)量W1儲(chǔ)罐公稱容積為3，筒體公稱直徑=,由V=4×Di2L+2V封 (2-4),封頭容積V封=0.1505，解得L=3.44m，即取L=3440mm。 罐體的自重由壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得，公稱直徑，壁厚，筒體重:m=DiL=3.14×1×0.006×7850×3.44=508.76Kg (2-5)，封頭自重為，故罐體自重1. 水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量W2儲(chǔ)罐的總?cè)莘e水壓試驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度為 ，故水壓試驗(yàn)時(shí)罐內(nèi)水重。2. 其

18、他附件質(zhì)量W3人孔質(zhì)總量為,加上其他的附件總重約為600Kg。3. 設(shè)備總質(zhì)量W ，約為43.4KN，則每個(gè)鞍座承受的重量為21.7kN。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表1，首先優(yōu)先選擇輕型支座。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表2。表2-5 鞍座尺寸表公稱直徑DN1000腹板6墊板320允許載荷QkN140筋板1706鞍座高度h200140e55底板760200螺栓間距6001706鞍座質(zhì)量Kg4710墊板弧長(zhǎng)1180增加100mm增加的質(zhì)量Kg7該對(duì)鞍座標(biāo)記為JB/T4712.1-2007 鞍座A2000-S和JB/T4712.1-2007 鞍

19、座A2000-F。第三章 開(kāi)孔強(qiáng)度設(shè)計(jì)根據(jù)GB150中8.3，知該儲(chǔ)罐中只有人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。3.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法的判斷其中開(kāi)孔直徑d=di+2C=400+2×2=404mm (3-1)d<D i/2=1000/2=500mm故可以采用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管材料選用Q235-A，其許用應(yīng)力t=113MPa根據(jù)GB150-1998中式8-1， (3-2)殼體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度=3.32mm強(qiáng)度削弱系數(shù),所以補(bǔ)強(qiáng)的面積： (3-3)3.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 1有效補(bǔ)強(qiáng)B按GB150中式8-7，得：有效寬度 (3-4) (3-5) 取最大值 2外側(cè)有效高度根據(jù)GB150中式8-8，得：h1&

20、#39;=dnt=404×6=49.23mm (3-6) (3-7) 取最小的h1=49.2350mm3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)GB150-1998中式8-9，得： h2=dnt=404×6=50mm (3-8) (3-9)3.3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)GB150中式8-10 式8-13，分別計(jì)算如下：Ae=A1+A2+A3 (3-10) 1 筒體多余面積A1=（B-d）(e- )- 2et(e-)(1- fr)=(808-404)(4-3.32)-0=405mm2 (3-11) 2接管的多余面積 A2=2h1（et-t）fr+2h2（et-C2）fr=2×63.66×

21、;4-4×1+2×0×4-2=0mm2 (3-12) 3焊縫金屬截面積焊角去6mm (3-13) 4補(bǔ)強(qiáng)面積 Ae=A1+A2+A3=405+0+36=441mm因?yàn)椋蚤_(kāi)孔需另行補(bǔ)強(qiáng)另行補(bǔ)強(qiáng)面積為A4A-Ae=1342-441=901mm2 (3-14) 3.4補(bǔ)強(qiáng)圈得設(shè)計(jì)根據(jù)管道公稱直徑DN=400mm選擇補(bǔ)強(qiáng)圈，參照J(rèn)B/T4736取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D=680；內(nèi)徑d=426mm,因?yàn)锽>D,補(bǔ)償圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi);補(bǔ)償圈厚度為：=A4D-d=-426=3.55mm (3-15)考慮到鋼板的負(fù)偏差故圓整為6mm。第四章 強(qiáng)度設(shè)計(jì)4.1水壓試驗(yàn)校核試驗(yàn)壓力P

22、T=1.25P=1.25×0.6=0.75Mpa (4-1) 圓筒的薄膜應(yīng)力T=PT（Di-e）2e=0.75×(1000-4)2×4=93.375Mpa (4-2) 0.9s=0.9×0.85×235=180 MPa即0.9s>T所以水壓試驗(yàn)合格。4.2圓筒軸向應(yīng)力彎矩計(jì)算圓筒的平均半徑Ra=Di/2 +n/2=1000/2+6/2=503mm (4-3)鞍座反力F=mg/2=21.7kN。 (4-4)1圓筒中間截面上的軸向彎矩如圖4-1：根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-2，得： M1=FL41+2Ra2- hi2L21+43&

23、#215;hiL-4AL =21700×+25032- +43×-4×=1.27×107Nmm (4-5) 2鞍座平面上的軸向彎矩根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-3，得： M2=-FA1-1-AL+Ra2- hi22AL1+43×hiL=-21700×2201-1-+5032- 25022×220×34401+43×=-1.43×105Nmm (4-6)4.3 圓筒的軸向應(yīng)力及校核根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-4 式7-7計(jì)算1圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力最高點(diǎn)

24、處： 1=PcRa2e-M13.14Ra2e=0.6×106×5032×4-1.27×1073.14×5032×4=37.73Mpa (4-7)最低點(diǎn)處： 2=PcRa2e-M13.14Ra2e=0.6×106×5032×4+1.27×1073.14×5032×4=37.73Mpa （4-8）由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算并校核鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計(jì)算： a).當(dāng)圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強(qiáng)圈或被封頭加強(qiáng)（即）時(shí)，軸向應(yīng)力位于橫截面最高

25、點(diǎn)處. 取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.則:3=PcRa2e-M23.14K1Ra2e=0.6×106×5032×4+-1.43×1053.14×1.0×5032×4 =37.73MPa （4-9） b).在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力：4=PcRa2e-M23.14K2Ra2e=0.6×106×7052×4+-1.43×1053.14×1.0×5032×4 =37.73MPa （4-10）3.圓筒軸向應(yīng)力校核A=0.094Ri/e=

26、0./4=0.00075 （4-11）查過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)中圖4-8得，,則B=23EA=23×2.0×105×0.00075=100MPa （4-12）max=1,2,3,4=37.73MPa （4-13）act=t=113MPa （4-14）滿足條件act>max4.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算機(jī)校核1圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-9計(jì)算查JB/T 4731-2005中表7-2，得：K3=0.880 K4=0.401=K3FRae=0.880×21.70.503×4=9.5MPa （4-15）2圓筒被封頭加強(qiáng)（）時(shí)，其最

27、大剪應(yīng)力根據(jù)JB/T4731-2005中式7-10，計(jì)算得：h=K4FRahe=0.401×21.70.503×4=4.33MPa (4-16)3切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力的0.8倍，即封頭的切向剪應(yīng)力，應(yīng)滿足 而=9.5MPa0.8t=0.8×113=90.4MPa，即故圓筒滿足強(qiáng)度要求。K=162+Di2hi2=162+10002×2502=1 (4-17)h=KPc Di2he=1×0.6×10002×4=75MPah=1.57MPa1.25t-h=1.25×113-4.3

28、3=137MPa (4-18)即h1.25t-h故封頭滿足強(qiáng)度要求。4.5圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算及校核b4=320mm;b+1.56Ran= b2=140mm (4-19)所以b4> b+1.56Ran (4-20)所以鞍座墊片作為加強(qiáng)用的鞍座。1在橫截面的最低點(diǎn)處：5=-KK5Fe+reb2 (4-22)其中k=0.1(容器焊在支座上)查,表7-3知，F(xiàn)=3780N, e=4mm, re=4mm, b2=140mm5=-0.1×0.760×+4×140=1.5MPa (4-23)2在鞍座邊角處當(dāng)L/Ra=3440/503=6.84<86=-F4e+reb

29、2-12K6FRaLe2+re2 (4-24)A/ =0./1.008<0.5查,表7-3知，6=-×4+4×140-12×0.013×21700××42+42=-7.3Pa (4-25)3鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力根據(jù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)第二版式5-25a：當(dāng)L/Ra=21700/503=43.1486=-F4eb2-3K6F2e2=-×4×140-3×0.013××42=-27.65MPa (4-26)4周向應(yīng)力校核根據(jù)JB/T 4731-2005中7.3.4.3進(jìn)行校核由于 t

30、=113MPa 所以 5< t,| 6|<t,| 6| <t故均滿足強(qiáng)度要求4.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核1腹板水平分力及強(qiáng)度校核鞍座包角，查表中表7-5相應(yīng) 則Fs=0.204×21700=4426.8N當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時(shí)：9=FsHsb0+brre (4-27)其中re=4mm, br=b2=140mm, Ra/3=503/3=168mm,H=200-10=190mm則Hs=minH,Ra3=168mm (4-28) 9=4426.8168×8+140×4=2.33MPa查JB/T 4731-2005中表5-1，得： ，滿足要求，即其強(qiáng)度合格。2鞍

31、座壓縮應(yīng)力及強(qiáng)度校核查 表7-6，因當(dāng)?shù)氐卣鸢l(fā)生幾率小，取則 FEv=1mg=0.08×4430×9.8=3473N (4-29)鋼底板對(duì)水泥基礎(chǔ) 因?yàn)?所以壓力按下式計(jì)算：sa=-FAsa-FEvH2Zr-FEvHvAsa（L-2A） (4-30) Hv=R+H=1000/2+168=668mm (4-31)筋板面積 A1=b23=140×6=840mm2 (4-32)腹板面積: A2=(l1-50) 2=（760-50）×6=4260mm2Asa=6A1+A2=6×840+4260=9300mm2 (4-45) x=l12-6-6-3-l3

32、=7602-6-6-6-170=192mm； (4-46) Z1=x+32=192+62=195mm (4-47) Z2=Z1+l3=195+170=365mm形心:yc=6A1b2+2/2Asa=6×405(140+6)/29300=19.1mm (4-48)yc'=b2+22-yc=140+62-19.1=53.9mm Iy=23×b23212+A1Z12+Z22+2L1-50312 =23×140×6212+405(1952+3652)+6(3000-50)312=1.45×1010mm3 (4-49) Iz=63×b2

33、3312+A1xyc'+23L1-50312+A2yc =3×1403×612+405×192×53.9+63×3000-5012+0×29.51 (4-50) =5.55×1012mm3腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)：max=b12-6=1702-6=79mm (4-51)Zmax=L12-6=30002-6=1494mm (4-52)Zry=IyZmax=1.45×=9.7×106mm2 （4-53）Zrz=IzZmax=5.55×=3.7×109mm2 （4-54）Zr=mi

34、nZry,Zrz=9.7×106mm2 （4-55）代入公式sa=-FAsa-FEvH2Zr-FEvHvAsa（L-2A） （4-56）sa=-3473×1902×5623-3473×（3000-2×0.00075）=-61MPa （4-57）sat=-FAsa-FfHZr=-21700×0.4×1909.7×106=-2.5MPa （4-58）K0=1.2K0sa= 1.2×147=176.4 （4-59）根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-32進(jìn)行校核滿足式和式，即滿足強(qiáng)速要求。4.7地震引起的地

35、腳螺栓應(yīng)力1 傾覆力矩計(jì)算 MEv0-0=FEvHv=3473×668=2.32×106Nm （4-60）2 由傾覆力矩引起的地腳螺栓拉應(yīng)力n=2,l=l1=760mm,Abt=4×202=314mm2 （4-61）地腳螺栓拉應(yīng)力為：bt=MEv0-0nlAbt=2.32×1062×760×314=4.86MPa （4-62）載荷組合系數(shù) K0=1.2bt=147MPa滿足式 btK0×bt 即符合強(qiáng)度要求。3由地震引起的地腳螺栓剪應(yīng)力地腳螺栓剪應(yīng)力計(jì)算N=4 FEv=3473N bt=FEvnAbt=34734×

36、314=2.77MPa （4-63） bt0.8bt=0.8×147=117.6MPa （4-64）即滿足式 符合強(qiáng)度要求。第五章 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1焊接方法焊接技術(shù)就是高溫或高壓條件下，使用焊接材料（焊條或焊絲）將兩塊或兩塊以上的母材（待焊接的工件）連接成一個(gè)整體的操作方法。焊接技術(shù)主要應(yīng)用在金屬母材上，常用的有電弧焊，氬弧焊，CO2保護(hù)焊，氧氣-乙炔焊，激光焊接，電渣壓力焊等多種，塑料等非金屬材料亦可進(jìn)行焊接。金屬焊接方法有40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊是在焊接過(guò)程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時(shí)，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形

37、成熔池。熔池隨熱源向前移動(dòng)，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。 在熔焊過(guò)程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會(huì)氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進(jìn)入熔池，還會(huì)在隨后冷卻過(guò)程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。 壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對(duì)焊，當(dāng)電流通過(guò)兩工件的連接端時(shí)，該處因電阻很大而溫度上升，當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時(shí)，在軸向壓力作用下連接成為一體。 各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過(guò)程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴(kuò)散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒(méi)有熔化過(guò)程，因而沒(méi)有象熔焊那樣的有益

38、合金元素?zé)龘p，和有害元素侵入焊縫的問(wèn)題，從而簡(jiǎn)化了焊接過(guò)程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。 5.2焊接工藝及技術(shù)要求一、 焊接技術(shù)對(duì)于壓力容器來(lái)說(shuō)，壓力容器各受壓部件的組裝大多采用焊接方式，焊縫的接頭形式和坡口形式的設(shè)計(jì)直接影響到焊接質(zhì)量與容器的安全，因而必須對(duì)容器的焊接接頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過(guò)程，焊接區(qū)由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力，矯正焊接變形。 現(xiàn)代焊接

39、技術(shù)已能焊出無(wú)內(nèi)外缺陷的、機(jī)械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭，接頭處的強(qiáng)度除受焊縫質(zhì)量影響外，還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關(guān)。接頭的基本形式有對(duì)接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。 對(duì)接接頭焊縫的橫截面形狀，決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時(shí)，為了焊透而在接邊處開(kāi)出各種形狀的坡口，以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時(shí)，除保證焊透外還應(yīng)考慮施焊方便，填充金屬量少，焊接變形小和坡口加工費(fèi)用低等因素。 厚度不同的兩塊鋼板對(duì)接時(shí)，為避免截面急劇變化引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，常把

40、較厚的板邊逐漸削薄，達(dá)到兩接邊處等厚。對(duì)接接頭的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯(lián)接，常優(yōu)先采用對(duì)接接頭的焊接。 搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單，裝配方便，焊接變形和殘余應(yīng)力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時(shí)常采用。一般來(lái)說(shuō)，搭接接頭不適于在交變載荷、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件下工作。 采用丁字接頭和角接頭通常是由于結(jié)構(gòu)上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點(diǎn)與搭接接頭的角焊縫相似。當(dāng)焊縫與外力方向垂直時(shí)便成為正面角焊縫，這時(shí)焊縫表面形狀會(huì)引起不同程度的應(yīng)力集中；焊透的角焊縫受力情況與對(duì)接接頭相似。 角接頭承載能力低，一般不單獨(dú)使用，只有在焊透時(shí)，或在內(nèi)外均有角焊縫時(shí)才有所改善，多用于封閉形結(jié)構(gòu)的拐角處。焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對(duì)于交通運(yùn)輸工具來(lái)說(shuō)可以減輕自重，節(jié)約能量。焊接的密封性好，適于制造各類容器。發(fā)展聯(lián)合加工工藝，使焊接與鍛造、鑄造相結(jié)合，可以制成大型、經(jīng)濟(jì)合理的鑄