空氣儲罐設(shè)計

設(shè)計要求設(shè)計題目：空氣儲罐的機(jī)械設(shè)計2、最高工作壓力：0.83、工作溫度：常溫4、工作介質(zhì)：空氣5、全容積：16設(shè)計參數(shù)的選擇：設(shè)計壓力：取1.1倍的最高壓力，0.88MP<1.6屬于低壓容器。筒體幾何尺寸確定：按長徑比為3.6，確定長L=640000mm,D=1800mm設(shè)計溫度取50因空氣屬于無毒無害氣體，材料取Q345為低合金鋼，合金元素含量較少，其強(qiáng)度，韌性耐腐蝕性，低溫和高溫性能均優(yōu)于同含量的碳素鋼，是壓力容器專用鋼板，主要用于制造低壓容器和多層高壓容器！封頭設(shè)計：橢圓形封頭是由半個橢圓球面和短圓筒組成，球面與筒體間有直邊段。直邊段可以避免封頭和和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率突變，以改善曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻；且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易沖壓成型，在實際生產(chǎn)中多有模具，是目前中低壓容器應(yīng)用較多的封頭。因此選用以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)型橢圓形封頭為了防止熱應(yīng)力和邊緣應(yīng)力的疊加，減少應(yīng)力集中，在封頭和筒體連接處必須有一段過渡的直邊段，直邊段的高度依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇。封頭材料與筒體相同，選用頭和筒體連接處必須有一段過渡的直邊段，直邊段的高度依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇。選材和筒體一致Q345R接管設(shè)計3.4接管設(shè)計優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強(qiáng)度較低，塑性好，焊接性能好，因此在化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮。優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強(qiáng)度較高，韌性較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇20號優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無縫鋼管制作各型號接管3.5法蘭設(shè)計法蘭連接的強(qiáng)度和緊密性比較好，裝拆也比較方便，因而在大多數(shù)場合比螺紋連接、承插式連接、鉚焊連接等型式的可拆連接顯得優(yōu)越，從而獲得廣泛應(yīng)用。平焊法蘭連接剛性較差，只能在低壓，直徑不太大，溫度不高的情況下使用。由于Q345R為碳素鋼，設(shè)計溫度50℃<300℃，且介質(zhì)無毒無害，可以選用帶頸平焊法蘭，即SO型法蘭。儲罐的設(shè)計壓力較小要保證法蘭連接面的緊密性，必須合適地選擇壓緊面的形狀。對于壓力不高的場合，常用突臺形壓緊面。突面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，裝卸容易，且便于進(jìn)行防腐襯里。儲罐由于設(shè)計壓力為0.88MPa，空氣無毒無害，可選擇突面（RF）壓緊面。由于法蘭鋼件的質(zhì)量較大，需要承受大的沖擊力作用，塑性、韌性和其他方面的力學(xué)性能也較高，所以不用鑄鋼件，可以采用鍛鋼件。接管材料為20號鋼，法蘭材料選用20Ⅱ鍛鋼。3.6接管與法蘭分配3.6.6N1、N2空氣進(jìn)、出口公稱尺寸DN250，接管尺寸j273x6。接管采用無縫鋼管，材料為20號鋼。伸出長度為150mm。選取0.88MPa等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用20Ⅱ，法蘭標(biāo)記為：SO300-2.5RF3.6.2N3排污口；公稱尺寸DN40，接管采用45x3.5無縫鋼管，材料為20號鋼，外伸長度為150mm。選取0.88MPa等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用20Ⅱ，法蘭標(biāo)記為：SO40-1.6RF3.6.3N4安全閥口公稱尺寸DN80，接管采用j89x4無縫鋼管，材料為20號鋼，外伸長度為150mm。根據(jù)GB12459-99，選用90°彎頭；彎頭上方仍有一定\所以液壓試驗應(yīng)力合格.3.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計由封頭長短軸之比為2，即QUOTEQUOTE錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。，得QUOTEQUOTE錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。查標(biāo)準(zhǔn)[4]中表B.1EHA和B.2EHA表橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，質(zhì)量，見表3-1和圖3-1。取裝料系數(shù)為0.9，則即QUOTEQUOTE錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。算得QUOTEQUOTE錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。圓整后取為QUOTEQUOTE錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。3.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計3.6.1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Q345R。估算鞍座的負(fù)荷：罐總質(zhì)量（3-3）—筒體質(zhì)量：—單個封頭的質(zhì)量，查標(biāo)準(zhǔn)封頭質(zhì)量表m2=294.3kg—充液質(zhì)量：，水壓試驗充滿水，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m0=m/4=5589.34kg則每個鞍座承受的質(zhì)量為5589.34kg，即為55.90KN<350KN,滿足要求。鞍座的安裝位置如圖3-3所示：

第四章開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計4.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計方法判別根據(jù)GB150規(guī)定，接管必要時必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計。對管N1、N2、N6、N7進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法法進(jìn)行接管補(bǔ)強(qiáng)。據(jù)前筒體與封頭計算，其計算壁厚名義厚度為10mmN1N2空氣進(jìn)、出口管：公稱尺寸DN250接管尺寸273x6mm且故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計算以20號鋼為管材，查GB150得設(shè)計溫度下20鋼許用應(yīng)力t130MPa焊接接頭系數(shù)j=1接管計算厚度：鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x0.93=0.093mmC2=1mmC=C1+C2=1.1mm名義厚度為6mm強(qiáng)度削弱系數(shù)開孔直徑d=di+2C=261+2.2=263.2mm開孔切削截面積：（4-1）=263.2x4.66+2x4.66x(6-1.1)(1-0.765)=1237.4mm24.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍4.2.1有效寬度BB1=2d=2x263.2=526.4mm（4-2）4.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)[1]中式8-8，得：4.2.3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)面積同樣對N4安全閥口公稱尺寸DN80，接管采用j89x4無縫鋼管，材料為20號鋼，外伸長度為150mm且故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計算以20號鋼為管材，查GB150得設(shè)計溫度下20鋼許用應(yīng)力t130MPa焊接接頭系數(shù)j=1接管計算厚度：鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x0.30=0.03mmC2=1mmC=C1+C2=1.03mm名義厚度為4mm強(qiáng)度削弱系數(shù)開孔直徑d=di+2C=89+2.1=91.2mm開孔切削截面積：（4-1）=91.2.2x5.5+2x5.5x(4-1.1)(1-0.765)=487.8mm24.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍4.2.1有效寬度BB1=2d=2x91.2.2=182.4mm（4-2）4.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)[1]中式8-8，得：4.2.3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6mm，則4.4補(bǔ)強(qiáng)面積因為，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)487.8-387.5=100.3mm同樣對N公稱尺寸為500mm。接管采用j530x10無縫鋼管，材料為20號鋼，外伸長度為150mm。且故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計算以20號鋼為管材，查GB150得設(shè)計溫度下20鋼許用應(yīng)力t130MPa焊接接頭系數(shù)j=1內(nèi)徑d=530-10x2=510mm接管計算厚度：鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x1.730=0.173mmC2=1mmC=C1+C2=1.173mm名義厚度為10mm強(qiáng)度削弱系數(shù)開孔直徑d=di+2C=510+1.8x2=513.6mm開孔切削截面積：（4-1）=513.6x5.5+2x5.5x(10-1.7)(1-0.765)=2846.7mm24.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍4.2.1有效寬度BB1=2d=2x513.6=1027.2mm（4-2）4.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)[1]中式8-8，得：4.2.3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6mm，則4.4補(bǔ)強(qiáng)面積因為，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)2846.7-2500.36=346.34mm25.2圓筒軸向彎矩計算圓筒的平均半徑為鞍座反力為5.2.1圓筒中間截面上的軸向彎矩根據(jù)[2]中式7-2，得：5.2.2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)力計算及校核5.3.1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計算最高點處：（5-1）最低點處：（5-2）5.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計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，軸向應(yīng)力位于橫截面最高點處.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.則b).在橫截面最低點處的軸向應(yīng)力：5.3.3圓筒軸向應(yīng)力校核（5-3）查圖4-8[10]得，,則滿足條件5.4切向剪應(yīng)力的計算及校核5.4.1圓筒切向剪應(yīng)力的計算根據(jù)[2]中式7-9計算，查[2]中表7-2，得：（5-4）5.4.2圓筒被封頭加強(qiáng)（）時，其最大剪應(yīng)力根據(jù)[2]中式7-10，計算得：（5-5）5.4.3切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力的0.8倍，即。封頭的切向剪應(yīng)力，應(yīng)滿足而故圓筒滿足強(qiáng)度要求。根據(jù)[2]中式7-12（5-6）（5-7）故封頭滿足強(qiáng)度要求5.5圓筒周向應(yīng)力的計算和校核根據(jù)鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座墊片作為加強(qiáng)用的鞍座。5.5.1在橫截面的最低點處：根據(jù)[2]中式7—18其中（容器焊在支座上）（5-8）查[2]中表7-3知，則5.5.2在鞍座邊角處由于根據(jù)[2]中式7—20:由于查[2]中表7-3知，則（5-9）5.5.3鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力由于，根據(jù)[2]中式7—225.5.4周向應(yīng)力校核根據(jù)[2]中式7.3.4.3故圓筒周向應(yīng)力強(qiáng)度滿足要求。5.6鞍座應(yīng)力計算及校核5.6.1腹板水平分力及強(qiáng)度校核根據(jù)[2]中表7—7鞍座包角，查[2]中表7—5得：。則墊板起加強(qiáng)作用，則：其中，，則則查[2]中表5—1，得：，則由于，所以其強(qiáng)度滿足要求。5.6.2鞍座壓縮應(yīng)力及強(qiáng)度校核根據(jù)[2]中表7—6，取則，鋼底板對水泥基礎(chǔ)的則所以壓應(yīng)力應(yīng)按[2]中式7—29計算：（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7—32進(jìn)行校核即滿足強(qiáng)度要求。4.1.1筒體的總體尺寸已知參數(shù):筒體公稱直徑DNDi2000mm，L4500mm4.1.2筒體壁厚設(shè)計設(shè)計溫度為85℃，查GB150得該溫度下Q345R許用應(yīng)力t170MPa取鋼板負(fù)偏差C10.3mm，鋼板腐蝕裕量C21mmpcDi1.22000計算壁厚t8.34mm4-12pc21700.851.2t設(shè)計壁厚tdtC28.3419.34mm4-2tC1C28.340.319.64mm4-3取圓整后名義厚度為tn10mm有效厚度tetnC1C2100.318.7mm4-4進(jìn)行液壓試驗，試驗液體溫度一般不低于5℃。試驗溫度下材料許用應(yīng)力170MPa，設(shè)計壓力1.2MPa，170試驗壓力pT1.25

p

1.251.21.5MPa4-5t170pTDite1.520008.7校核圓筒應(yīng)力T203.72MPa4-62te28.70.85屈服強(qiáng)度s345MPa，90s0.9345310.5MPaT0.9s，筒體試驗合格4.2封頭尺寸4.2.1封