空氣儲(chǔ)罐設(shè)備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、齊齊哈爾大學(xué)設(shè)備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 題目名稱(chēng)： 空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 過(guò)控102 學(xué)生姓名： 王國(guó)濤 指導(dǎo)教師： 劉巖 完成日期： 2013-12-20 目 錄摘要3緒論4第一章 壓縮空氣的特性5第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇6第三章 容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73.1圓筒厚度的設(shè)計(jì)73.2封頭厚度的計(jì)算73.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)83.4人孔的選擇93.5接管，法蘭，墊片和螺栓（柱）93.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12第四章 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)154.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別154.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍154.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積164.4補(bǔ)強(qiáng)面積17第五章 強(qiáng)度計(jì)算185.1水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核185.2圓筒軸向彎矩計(jì)算1

2、85.3圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算及校核205.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核225.5圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核235.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核25第六章 總結(jié)28參考文獻(xiàn)29摘要本說(shuō)明書(shū)為3.0m3空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。扼要介紹了臥式儲(chǔ)罐的特點(diǎn)及在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，詳細(xì)的闡述了臥式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算及制造、檢修和維護(hù)。本文采用分析設(shè)計(jì)方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、鞍座、接管進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用1SW6-1998對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后形成合理的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)結(jié)果滿(mǎn)足用戶(hù)要求，安全性與經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保要求均合格。關(guān)鍵詞：

3、壓力容器、臥式儲(chǔ)罐、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)緒論1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)：針對(duì)化工廠中常見(jiàn)的液氨儲(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，并便攜設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。1.2設(shè)計(jì)思想：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)，這樣設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，綜合的進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 容器的設(shè)計(jì)一般由筒體,封頭，法蘭，支座，接管等組成。常，低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)師可直接選用。本設(shè)計(jì)書(shū)主要介紹了液罐的筒體，封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部

4、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)家使用標(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，合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)。第一章 壓縮空氣的特性中文名稱(chēng)： 壓縮空氣English name： compressed air主要成分： 氮?dú)?、氧氣等。外觀與性狀：無(wú)色無(wú)味沸點(diǎn)()：192（101.3千帕）相對(duì)密度(水=1)： 0.9健康危害：無(wú)環(huán)境危害： 無(wú)燃燒危險(xiǎn)： 無(wú)危險(xiǎn)特性：高壓常溫儲(chǔ)存，高溫劇烈震動(dòng)易爆。特性總述：壓縮空氣，即被外力壓縮的空氣。它具有下列明顯的特點(diǎn)：清晰透明，輸送方便，沒(méi)有特殊的有害性能，沒(méi)有起火危險(xiǎn)，不怕超負(fù)荷，能在許多不利環(huán)境下工作，空氣在地面上到處都有，取之不盡。來(lái)源：

5、大氣中的空氣常壓為0.1Mpa，經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)加壓后達(dá)到理想的壓力。作用或用途：壓縮空氣是僅次于電力的第二大動(dòng)力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應(yīng)用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機(jī)械、輕工、紡織、汽車(chē)制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國(guó)防、科研等行業(yè)和部門(mén)。第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1、設(shè)計(jì)題目：壓縮空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)2、最高工作壓力：0.2533、工作溫度：0-1004、工作介質(zhì)：壓縮空氣5、全容積：3.06、設(shè)計(jì)壓力： 0.257、設(shè)計(jì)溫度：1008、公稱(chēng)直徑：根據(jù)筒體全容積，粗定筒體公稱(chēng)直徑為1200mm。9、焊接接頭系數(shù)：1.010、主要元件材料的選擇：根據(jù)GB150-19981表4-1，選用

6、筒體材料為Q235-B（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB6654）;根據(jù)JB/T47312,鞍座選用材料為Q235-B，其許用應(yīng)力;地腳螺栓選用符合GB/T 700規(guī)定的Q235，Q235的許用應(yīng)力11、容器類(lèi)別：第二類(lèi),第三章 容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1圓筒厚度的設(shè)計(jì)由于該容器儲(chǔ)存壓縮空氣，所以該容器的焊縫都要采用全焊透結(jié)構(gòu)，需要對(duì)該儲(chǔ)罐進(jìn)行100%探傷，所以取焊縫系數(shù)為。假設(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，屈服極限強(qiáng)度，下的許用應(yīng)力為，利用中徑公式 （3-1）查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-19983表7-1知，鋼板厚度負(fù)偏差為,腐蝕裕量為則筒體的名義厚度圓整后取為3.2

7、封頭厚度的計(jì)算查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-20024中表1，得公稱(chēng)直徑選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，長(zhǎng)短軸比值為2，根據(jù)1中橢圓形封頭計(jì)算中式（7-1） (3-2)同上，取，則封頭的名義厚度為圓整后取為3.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由封頭長(zhǎng)短軸之比為2，即，得查標(biāo)準(zhǔn)4中表B.1 EHA和B.2 EHA表橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，質(zhì)量，見(jiàn)表3-1和圖3-1。取裝料系數(shù)為0.9，則即算得圓整后取為表3-1 封頭尺寸表公稱(chēng)直徑DN mm總深度H mm內(nèi)表面積A 容積質(zhì)量Kg12003251.65520.254576.4圖3-1 橢圓形封頭3.4人孔的選擇根據(jù)HG/T 21518-95，查表3-3，選用凸面的法蘭，其明

8、細(xì)尺寸見(jiàn)表3-2表3-2 人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面D67023d。24公稱(chēng)壓力PN MPa1.062028螺柱數(shù)量20公稱(chēng)直徑DN500250A365螺母數(shù)量40530x8103B175螺柱尺寸M24x120db28L250總質(zhì)量kg1533.5接管、法蘭、墊片和螺栓（柱）接管和法蘭該壓縮空氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置物料入口、物料出口、溫度計(jì)口、壓力表口、安全閥口、液面計(jì)口、排污口和人孔。初步確定各口方位如圖3-2：圖3-2 各管口方位查HG/T 20592-20096中表8.2 3-1 PN帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱(chēng)直徑，查得各法蘭的尺寸。查6中附錄D中表D-3,得各法蘭的質(zhì)量。查6

9、中表，法蘭的密封面均采用RF（凸面密封）。將查得的各參數(shù)整理如表3-4墊片查HG/T 20606-1997，得各管口的墊片尺寸如表3-3：表3-3 墊片尺寸表管口名稱(chēng)公稱(chēng)直徑內(nèi)徑D1外徑D2進(jìn)料口5061107出料口5061107排污口5061107人孔500溫度計(jì)口202761壓力表口202761安全閥口253471排空口253471注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880，代號(hào)為L(zhǎng)3，最高工作溫度200。2：填充材料為有機(jī)非石棉纖維橡膠板有機(jī)材料，代號(hào)NAS，最高工作溫度200。3：墊片厚度均為1.5mm。表3-4 各管口法蘭尺寸表名稱(chēng)法蘭質(zhì)量Kg公稱(chēng)直徑DN法蘭外徑D螺栓孔

10、中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個(gè)）螺栓規(guī)格法蘭厚度C法蘭頸NRSH1進(jìn)料口14450165125184M16207562.98出料口14450165125184M16207562.98排污口14450165125184M16207562.98人孔418500溫度計(jì)口602010575144M1216404562壓力表口602010575144M1216404562安全閥口602511585144M1216504652排空口602511585144M1216504652螺栓（螺柱）的選擇查HG/T 20613-20098中表-11和附錄中表A.0.1,得螺柱的長(zhǎng)度和平墊圈尺寸如表3-5：

11、表3-5 螺栓及墊片名稱(chēng)緊固件用平墊圈 mm公稱(chēng)直徑螺紋螺柱長(zhǎng)H進(jìn)氣口50M169017303出氣口50M169017303排污口50M169017303人孔500溫度計(jì)口20M127513242.5壓力表口20M127513242.5安全閥口25M127517302.53.6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。估算鞍座的負(fù)荷：罐總質(zhì)量 （3-3）筒體質(zhì)量： 單個(gè)封頭的質(zhì)量，充液質(zhì)量：，水壓試驗(yàn)充滿(mǎn)水，故取介質(zhì)密度為， 則附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為，其他接管總和為200kg，即綜上所述則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量為，即為。查JB4712.1-20079

12、表1，優(yōu)先選擇輕型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表3-6：表3-6 鞍座尺寸表公稱(chēng)直徑DN1200腹板6墊板320允許載荷QkN145筋板2006鞍座高度h200140e55底板880200螺栓間距7201706鞍座質(zhì)量Kg5610墊板弧長(zhǎng)1410增加100mm增加的高度Kg7鞍座的安裝位置根據(jù)2中規(guī)定，應(yīng)盡量使支座中心到封頭切線的距離A小于等于，當(dāng)無(wú)法滿(mǎn)足A小于等于時(shí)，A值不宜大于。為圓筒的平均內(nèi)徑。即取鞍座的安裝位置如圖3-3所示：圖3-3 鞍座安裝位置第四章 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)根據(jù)1中式8.3，知該儲(chǔ)罐中只有人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。4.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別人孔開(kāi)孔直徑為 且 故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算

13、接管材料選用Q235B，其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998中式8-1： （4-1）式中：殼體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度接管的有效厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)所以4.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B按1中式8-7，得： （4-2）外側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-8，得：內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-9，得：4.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)1中式8-10 至式8-13，分別計(jì)算如下： （4-3）筒體多余面積接管多余面積焊縫金屬截面積，焊腳去7mm，則4.4補(bǔ)強(qiáng)面積因?yàn)?，所以開(kāi)孔需另行補(bǔ)強(qiáng)另行補(bǔ)強(qiáng)面積為第五章 強(qiáng)度計(jì)算5.1水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核試驗(yàn)壓力圓筒的薄膜應(yīng)力為即，所以水壓試驗(yàn)合格5.2圓筒軸向彎矩計(jì)算圓筒的平均半徑為鞍座反力為圓筒中間截面上的軸

14、向彎矩根據(jù)2中式7-2，得：鞍座平面上的軸向彎矩根據(jù)2中式7-3，得：圖5-1（a）筒體受剪力圖圖5-1（b）筒體受彎矩圖5.3圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算及校核圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力根據(jù)2中式7-4至式7-7計(jì)算最高點(diǎn)處： （5-1）最低點(diǎn)處： （5-2）由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算及校核鞍座平面上，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)力位于橫截面最高點(diǎn)處.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.則b).在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力：圓筒軸向應(yīng)力校核 （5-3）查圖4-810得，,

15、則滿(mǎn)足條件5.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)2中式7-9計(jì)算，查2中表7-2，得： （5-4）圓筒被封頭加強(qiáng)（）時(shí)，其最大剪應(yīng)力根據(jù)2中式7-10，計(jì)算得： （5-5）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(mǎn)足而故圓筒滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。根據(jù)2中式7-12 （5-6） （5-7）故封頭滿(mǎn)足強(qiáng)度要求5.5圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核根據(jù)鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座墊片作為加強(qiáng)用的鞍座。在橫截面的最低點(diǎn)處：根據(jù)2中式718 其中（容器焊在支座上） （5-8）查2中表7-3知， 則在鞍座邊角處由于 根據(jù)2中式720:由于 查2中表7

16、-3知，則 （5-9）鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力由于，根據(jù)2中式722周向應(yīng)力校核根據(jù)2中式.3故圓筒周向應(yīng)力強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。5.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核腹板水平分力及強(qiáng)度校核根據(jù)2中表77鞍座包角，查2中表75得：。則墊板起加強(qiáng)作用，則：其中，則則查2中表51，得：，則由于，所以其強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。鞍座壓縮應(yīng)力及強(qiáng)度校核根據(jù)2中表76，取則 ，鋼底板對(duì)水泥基礎(chǔ)的則 所以壓應(yīng)力應(yīng)按2中式729計(jì)算： （5-9）其中 ，筋板面積 腹板面積：形心：腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)：代入公式得取 則根據(jù)2中式732進(jìn)行校核即滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。第六章總結(jié)本次化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周，是學(xué)習(xí)化工以來(lái)第三次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計(jì)

17、。化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)時(shí)培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)查找方法和技巧；掌握設(shè)計(jì)結(jié)果的校核，能畫(huà)出容器裝配圖。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)商的安全性金額經(jīng)濟(jì)和理性。 我們從中也明白了學(xué)無(wú)止境的道理，在我們所查找的很多參考書(shū)中，很多的知識(shí)是我們從來(lái)沒(méi)有接觸到的，我們對(duì)事物的了解還僅限于書(shū)本上，對(duì)實(shí)際當(dāng)中事物的方方面面包括經(jīng)濟(jì)成本方面上考慮的還很不夠。 在一些應(yīng)用問(wèn)題上，我直接套用了書(shū)本上的公式或過(guò)程，并沒(méi)有徹底了解各個(gè)公式的出處及用途，對(duì)于一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取，也只是根據(jù)范圍

18、自己選擇的，并不一定符合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。因此，一些計(jì)算數(shù)據(jù)有事并不是十分準(zhǔn)確的，只是擁有一個(gè)正確的范圍及趨勢(shì)，而并沒(méi)有更細(xì)的追究下去，因而可能存在一定的誤差，并影響后面具體設(shè)備的選型。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，讓我對(duì)自己的專(zhuān)業(yè)有了更加感性和理性的認(rèn)識(shí)，這多我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個(gè)很好的指導(dǎo)方向，我們了解了工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握了設(shè)計(jì)的主要程序和方法，增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還使我們樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)更尤為重要。我還要感謝我的指導(dǎo)老師薛風(fēng)老師對(duì)我們的教導(dǎo)與幫助。參考文獻(xiàn)1 GB150-1998,鋼制壓力容器2 JB/T 4731-2005,鋼制臥式壓力容器3 HG20580-1