過程設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)完整版

PAGE過程設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄一、設(shè)計(jì)目的4二、設(shè)計(jì)內(nèi)容51.確定筒體的直徑和高度52.確定夾套的直徑和高度53.確定夾套的材料和壁厚64.確定內(nèi)筒的材料和壁厚75.水壓試驗(yàn)及其強(qiáng)度校核86.選擇釜體法蘭97.選擇攪拌器、攪拌軸和聯(lián)軸器108.選擇攪拌傳動(dòng)裝置和密封裝置119.校核L1/B和L1/d1110.容器支座的選用計(jì)算1211.選用手孔、視鏡、溫度計(jì)和工藝接管13三、總結(jié)14四、致謝15五、參考書籍與指導(dǎo)老師16一設(shè)計(jì)目的1.機(jī)械是一門與工程實(shí)踐緊密相關(guān)的課程，僅通過書本知識(shí)的學(xué)習(xí)很難做到真正體會(huì)知識(shí)的內(nèi)涵。因此，進(jìn)行此次課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練對(duì)領(lǐng)會(huì)所學(xué)知識(shí)具有重要意義。2.通過設(shè)計(jì)能提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，加強(qiáng)對(duì)課本知識(shí)內(nèi)容的理解，了解和熟悉相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，加深對(duì)過程設(shè)備的理解。3.通過全面考慮設(shè)計(jì)內(nèi)容及過程的參與，初步掌握過程設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，掌握識(shí)圖、制圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、編寫設(shè)計(jì)說明書等設(shè)計(jì)基本技能，培養(yǎng)一定的工程設(shè)計(jì)能力，樹立正確的設(shè)計(jì)理念，為今后的工作實(shí)踐打下基礎(chǔ)。4.課程設(shè)計(jì)中很多問題需要同學(xué)們之間的相互探討和交流，在設(shè)計(jì)過程中不僅能夠做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互學(xué)習(xí)，而且有助于增強(qiáng)同學(xué)之間溝通交流的能力。5.設(shè)計(jì)中需要查閱許多資料，可以學(xué)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)、規(guī)范及相關(guān)資料的查閱方法，并且在課程設(shè)計(jì)中需要正確選用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)利用設(shè)計(jì)資料的能力。6.通過設(shè)計(jì)培養(yǎng)積極思考、深入鉆研、獨(dú)立工作的能力，踏實(shí)細(xì)致、積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)精神，及高質(zhì)量高要求按時(shí)完成任務(wù)的工作習(xí)慣。二設(shè)計(jì)內(nèi)容現(xiàn)在以設(shè)計(jì)任務(wù)書所示的設(shè)備設(shè)計(jì)條件D為例來進(jìn)行攪拌釜反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。確定筒體的直徑和高度選取反應(yīng)釜裝料系數(shù)η=0.8設(shè)備體積V=3.5m3由表中V=3.5m3，對(duì)于液-液相類型選取=1.2，由式計(jì)算得Di=1.549m將計(jì)算結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，選取筒體直徑=1500mm，查附錄，DN=1500mm時(shí)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭曲面高度h1=375mm，封頭直邊高度h2=40mm，容積=0.4860m3，表面積=2.5568m3。由查表得每一米高的筒體容積為V1=1.767m3,表面積F1=4.71m2。由計(jì)算得到H=(3.5-0.4860)/1.767=1.7057m筒體高度圓整為H=1700mm。H/D=1.13，復(fù)核結(jié)果基本符合原定范圍。2.確定夾套的直徑和高度對(duì)于筒體內(nèi)徑，，夾套的內(nèi)徑，因此Dj=1500+100=1600mm，符合壓力容器公稱直徑系列。由估算：=(0.8×3.5-0.4860)/(1.767)=1.310m=1400mm,則=1700-1400=300mm，這樣是便于筒體法蘭螺栓裝拆的。驗(yàn)算夾套傳熱面積為F=F1Hj+Fh=1.4×4.71+2.5568=9.15>7.5m2夾套傳熱面積符合設(shè)計(jì)要求。3．確定夾套的材料和壁厚由于夾套內(nèi)的介質(zhì)為水或蒸汽，介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕輕微，故選用Q235-A為夾套材料，查手冊(cè)，知道板厚為4.5~16mm，設(shè)計(jì)溫度為165℃時(shí)，Q235-A的許用應(yīng)力（選用溫度為200°C時(shí)的許用應(yīng)力），夾套加熱蒸汽系統(tǒng)裝有安全閥，選取夾套設(shè)計(jì)壓力，即，夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫因無法雙面焊和作相應(yīng)的探傷檢查，從安全考慮，夾套上所有焊縫均取焊縫系數(shù)，取壁厚附加量中的鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.8mm，單面腐蝕取腐蝕余量C2=2mm.。夾套的壁厚計(jì)算如下：=(0.66×1600)/(2×105×0.6-0.66)+2.8=11.23mm凸形封頭的壁厚附加量也只考慮和，加工成型的減薄量由制造廠根據(jù)加工條件來確定，以保證壁厚符合圖紙要求，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以不作考慮。取C1=0.8mm，C2=2mm，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形夾套封頭的壁厚為:=(0.66×1600)/(2×105×0.6-0.5×0.66)+1.8=11.23mm圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn)，選取夾套的筒體和封頭壁厚均為=12mm。4．確定內(nèi)筒的材料和壁厚筒體材料也選用Q235-R，筒體設(shè)計(jì)內(nèi)壓為p=1.1Pw=0.33MPa,設(shè)計(jì)溫度120℃，參考前面計(jì)算夾套壁厚的結(jié)果，同時(shí)考慮到筒體又要受外壓作用，按設(shè)計(jì)外壓p=0.66MPa，所得壁厚大于內(nèi)壓設(shè)計(jì)壁厚，則按外壓穩(wěn)定設(shè)計(jì)的壁厚一定能滿足內(nèi)壓設(shè)計(jì)要求，可以不再做內(nèi)壓設(shè)計(jì)校核。以下進(jìn)行筒體外壓校核：筒體受單面腐蝕，初選筒體壁厚tn＝14mm。選取，，筒體有效壁厚te=tn-C=14-2.8=11.2mm=1528mm，D0/te=1528/11.2=136mm內(nèi)筒受外壓作用的計(jì)算長(zhǎng)度L為被夾套包圍的筒體部分加凸形封頭高的1/3。L=Hj+h2+h1/3=1400+40+375/3=1565mmL/D0=1565/1500=1.04查教材《過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》（華東理工大學(xué)出版社，2006）圖，由D0/te=1548/11.2=138mm和L/D0=1565/1500=1.04，查得系數(shù)A=8.1×10-4；再查該書，由系數(shù)A查得系數(shù)B=105MPa。筒體的需用外壓為=B/(D0/te)=105/(136)=0.770MPa>0.66MPa,且基本比較接近，所以取筒體=14mm,此外外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強(qiáng)度均能滿足要求。選取筒體下封頭壁厚=14mm，壁厚附加量中c1=0.8mm,c2=2mm,所以筒體下封頭的有效壁厚te=tn-C==14-2.8=11.2mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的外壓計(jì)算當(dāng)量球面半徑=0.9×1500=1350mm計(jì)算系數(shù)A為A=0.125/(1350/11.2)=1.04×10-3查表，得B=115MPa=115/(1350/11.2)=0.95MPa>0.66MPa取筒體下封頭壁厚=14mm，符合外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強(qiáng)度要求。筒體的上封頭只受內(nèi)壓作用，并不受外壓作用，為了便于制造取上封頭和下封頭壁厚相同。筒體的上封頭只受內(nèi)壓作用，并不受外壓作用，為了便于制造上封頭壁厚與筒體下封頭相同。5.水壓試驗(yàn)及其強(qiáng)度校核內(nèi)筒體水壓試驗(yàn)壓力由pT=0.33+0.1=0.43MPa和pT=1.25p=0.4125MPa中大者，取pT=0.45Mpa。夾套水壓試驗(yàn)壓力由pT=0.66+0.1=0.76Mpa和pT=1.25p=0.825MPa中大者，取pT=0.85Mpa。內(nèi)筒水壓試驗(yàn)時(shí)，壁內(nèi)應(yīng)力=0.45×（1500+11.2）/（2×11.2×0.85）=35.7Mpa=0.45×（0.9×1500+0.5×11.2）/(2×0.85×11.2)=32.0Mpa夾套水試驗(yàn)時(shí)，壁內(nèi)應(yīng)力=111.8Mpa=100.4Mpa由于Q235-A在常溫時(shí)的屈服強(qiáng)度為，計(jì)算可見水壓試驗(yàn)時(shí)內(nèi)筒、夾套壁內(nèi)應(yīng)力都小于，水壓試驗(yàn)安全，滿足要求?？梢娝畨涸囼?yàn)時(shí)內(nèi)筒，夾套壁內(nèi)應(yīng)力都小于0.9σs，水壓試驗(yàn)安全。在水壓試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，釜體將受外壓作用。因夾套的實(shí)驗(yàn)壓力為PTj=0.85Mpa，而筒體的許用外壓為[P]=0.761MPa，固在夾套的水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，筒內(nèi)需要沖壓才能穩(wěn)定。6．選擇釜體法蘭根據(jù)筒體內(nèi)操作壓力、溫度和筒體直徑，查表初選乙型平焊法蘭和《壓力容器法蘭類型與技術(shù)條件》，法蘭材料為Q235-A,。再查標(biāo)準(zhǔn)JB4702—2000《乙型平焊法蘭》，公稱壓力PN1.0MPA的Q235-A乙型平焊法蘭在操作溫度下120℃時(shí)的許用工作壓力為0.66MPa。大于筒體設(shè)計(jì)壓力0.6MPa，所選用的乙型平焊法蘭合適。查標(biāo)準(zhǔn)《非金屬軟墊片》，《纏繞墊片》，和《金屬包墊片》以及《壓力容器法蘭類型與技術(shù)條件》，選擇石棉橡膠墊片和光滑面密封。查標(biāo)準(zhǔn)《甲乙型平焊法蘭》，選用乙型平焊法蘭光滑密封面，公稱壓力為1.0MPa，公稱直徑為DN1500.標(biāo)記為：法蘭GII10I-1500JB/T4701-2000墊片1500-1.0JB/T4704-20007.選擇攪拌器、攪拌軸和聯(lián)軸器根據(jù)工藝條件要求，查閱《槳式攪拌器》（HG/T2123—1991），選攪拌器外徑800mm,攪拌器直徑d=60mm的平槳式攪拌器，標(biāo)記為：攪拌器800-60HG/T2501.4-1991選擇攪拌軸材料為45鋼，查表得鋼的許用扭應(yīng)力為，計(jì)算系數(shù)，則攪拌軸的直徑為mmmm)3.893~12.36(65.52)118~107(33nPAd考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱和物料對(duì)軸的腐蝕，并根據(jù)表3-8可，取攪拌軸的直徑為60mm。查閱標(biāo)準(zhǔn)《攪拌傳動(dòng)裝置——聯(lián)軸器》（HG21570—1995）中夾殼式聯(lián)軸器型式、尺寸、技術(shù)要求，選用C型凸緣聯(lián)軸器。公稱直徑60mm的聯(lián)軸器的最大扭矩為Mn=975N?m。驗(yàn)算聯(lián)軸器的扭矩，查表3-12，選取工作情況系數(shù)K=1.5，聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩為Mnj=KMn=1.5×9550×2.5/65=551<MnC型凸緣聯(lián)軸器的標(biāo)記為：聯(lián)軸器DN60HG21570—19958.選擇攪拌傳動(dòng)裝置和密封裝置查標(biāo)準(zhǔn)《攪拌傳動(dòng)裝置和密封-傳動(dòng)軸、減速器型號(hào)及技術(shù)參數(shù)》（HG21568-1995）及其附錄《單級(jí)立式擺線針輪減速器》，按照攪拌功率和轉(zhuǎn)速選擇擺線針齒行星減速機(jī)BLD1.5-2-29Q(Q表示夾殼式軸頭)。查閱標(biāo)準(zhǔn)《Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)》（JB/T10391-2002），選電機(jī)Y100L-2，額定功率：3KW，轉(zhuǎn)速1500r/min，根據(jù)表3-13查的擺線針齒行星減速機(jī)傳動(dòng)效率為0.95，減速機(jī)功率為30.95=2.85KW>2.5KW，符合攪拌標(biāo)準(zhǔn)要求。參考標(biāo)準(zhǔn)《單支點(diǎn)機(jī)架》（HG21566-1995），根據(jù)所選減速機(jī)設(shè)計(jì)減速機(jī)機(jī)架。根據(jù)操作條件選用帶襯套及冷卻水套鑄鐵填料箱，查《減攪拌傳動(dòng)裝置——碳鋼填料箱》（HG2153.7-1992），公稱直徑DN60的填料箱，標(biāo)記為：填料箱PN0.6DN60HG/T21537.7-19929.校核L1/B和L1/d槳式攪拌器安裝一層，根據(jù)安裝要求和考慮帶襯套填料箱有支承作用，得L1=1700+400=2100mm,參考《單支點(diǎn)機(jī)架》，機(jī)座J-A-6046215尺寸，可得B=590mmL1/B=2100/590=3.6<4L1/d=2100/60=35<40均符合要求。10.容器支座的選用計(jì)算反應(yīng)釜因需外加保溫，故選用B型懸掛式支座。反應(yīng)釜的總質(zhì)量包括物料（或水壓試驗(yàn)的水）質(zhì)量W1，釜體和夾套的質(zhì)量W2，電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、攪拌裝置、法蘭、保溫層等附件質(zhì)量W3。當(dāng)釜內(nèi)，夾套內(nèi)部充滿水時(shí)的質(zhì)量比物料重，由此W1=（3.14/4Dj2Hj+3.14/4*D2(H-Hj)+Vh+Vhj）γ=(3.14×1.62×1.4/4+3.14×1.52×(1.72-1.52)+0.4860+0.5864)×103Kg=4417.4Kg釜體和夾套的質(zhì)量可以查手冊(cè)或自行計(jì)算，由此，W2=(3.14×7.84×103×1.7×(1.5282-1.52)/4+3.14×7.84×103×1.4×(1.6242-1.62)/4+2×278.1+269.2)Kg=2379.9Kg電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)總重約100Kg，攪拌器質(zhì)量約為50Kg，筒體法蘭約為120Kg，保溫層質(zhì)量約為100Kg。手孔及其它附件約為50KgW3=100+50+120+100+50=420kgW=W1+W2+W3=7217.3kg總重力約72KN反應(yīng)釜安裝四個(gè)支座，但按三個(gè)支座承載計(jì)算，查閱標(biāo)準(zhǔn)《耳式支座》（JB/T4725-1992）可以選用承載能力為30kN的支座B3JB/T4725-199211.選用手孔、視鏡、溫度計(jì)和工藝接管由《垂直吊蓋帶頸平焊法蘭人孔》（HG21520--1995)，選用榫槽密封面的平蓋人孔II（A·G）450-0.6HG21519-1995。由標(biāo)準(zhǔn)《壓力容器視鏡》（HG/T21619-21620--1986)或《組合式視鏡》（HG21505--1992)，選用碳鋼帶頸視鏡（HGJ501-86-4）IPN1，DN80（HG/T21619--21620--1986）。加強(qiáng)套管d溫度計(jì)的選用可以參考生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄，這里取公稱長(zhǎng)度1430mm，配凸面板式平焊管法蘭PN0.6MPa，DN65，HG20593--1997（《板式平焊鋼制管法蘭》）。進(jìn)料管口b采用φ32*3.5無縫鋼管，配法蘭PN0.6，DN25，HG20592--1997（《鋼制管法蘭型式、參數(shù)（歐洲體系）》）。出料管口h采用φ57*3.5無縫鋼管，配法蘭PN0.6，DN25，HG20592--1997（《鋼制管法蘭型式、參數(shù)（歐洲體系）》）。加熱蒸汽進(jìn)口管a采用φ32*3.5無縫鋼管，配法蘭PN0.6，DN25,HG20592--1997（《鋼制管法蘭型式、參數(shù)（歐洲體系）》）。冷凝器出口管p選用φ47*3.5無縫鋼管，配法蘭PN0.6，DN45，HG20592--1997（《鋼制管法蘭型式、參數(shù)（歐洲體系）》）。壓力表接管e選用φ32×3.5無縫鋼管，配法蘭PN0.6，DN25,HG20592--1997（《鋼制管法蘭型式、參數(shù)（歐洲體系）》）。備用口f采用φ57*4無縫鋼管，配法蘭PN0.6，DN25，HG20592--1997（《鋼制管法蘭型式、參數(shù)（歐洲體系）》）。壓料管接口g采用φ57*3.5無縫鋼管，配法蘭PN0.6，DN50，HG20592--1997（《鋼制管法蘭型式、參數(shù)（歐洲體系）》）。三總結(jié)這次攪拌釜的課程設(shè)計(jì)，是我們親自將理論知識(shí)運(yùn)用于解決實(shí)際問題