壓縮空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、目 錄緒論3第一章 壓縮空氣的特性4第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇5第三章 容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63.1圓筒厚度的設(shè)計(jì)63.2封頭厚度的計(jì)算63.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63.4人孔的選擇73.5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)11第四章 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)144.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別144.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍144.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積144.4補(bǔ)強(qiáng)面積15第五章 強(qiáng)度計(jì)算165.1水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核165.2圓筒軸向彎矩計(jì)算175.3圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算及校核185.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核195.5圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核205.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核225.7地震引起的地腳螺栓應(yīng)力24第六章 設(shè)計(jì)匯總25

2、 參考文獻(xiàn)27緒 論 課程設(shè)計(jì)是一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。 課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。 通過課程設(shè)計(jì),學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個(gè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)： 1. 查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集)的能力； 2. 樹立既考慮技術(shù)

3、上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問題的能力； 3. 迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力； 4. 用簡潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力 本次設(shè)計(jì)為壓縮空氣儲(chǔ)罐，在三周時(shí)間內(nèi)內(nèi)，通過相關(guān)數(shù)據(jù)及對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)的查找計(jì)算出合適的尺寸，設(shè)計(jì)出主體設(shè)備及相關(guān)配件，畫出裝備圖零件圖以及課程設(shè)計(jì)說明書。壓縮空氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常、低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。本設(shè)計(jì)書主要介紹了液罐的的筒體、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

4、參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(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)。第一章 壓縮空氣的特性中文名稱： 壓縮空氣English name： compressed air主要成分： 氮?dú)?、氧氣等。外觀與性狀：無色無味沸點(diǎn)()：192（101.3千帕）相對(duì)密度(水=1)： 0.9健康危害：無環(huán)境危害： 無燃燒危險(xiǎn)： 無危險(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，沒有特殊的有害性能，沒有起火危險(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。來源：大氣中的空氣常壓為0.1Mpa，

5、經(jīng)過空氣壓縮機(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、汽車制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國防、科研等行業(yè)和部門。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：3.33、工作溫度：<1504、工作介質(zhì)：壓縮空氣5、全容積：36、設(shè)計(jì)壓力： 3.757、設(shè)計(jì)溫度：1508、公稱直徑：根據(jù)筒體全容積，粗定筒體公稱直徑為1200mm。9、焊接接頭系數(shù)：0.8510、主要元件材料的選擇：根據(jù)GB150-19981表4-1，選用筒體材料為16MnR（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為G

6、B6654）;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、容器類別：第二類第三章 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0.8mm，故取。設(shè)計(jì)任務(wù)說明書給定腐蝕裕量。則筒體的名義厚度圓整后取為3.2封頭

7、厚度的計(jì)算查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-20024中表1，得公稱直徑選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，長短軸比值為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 封頭尺寸表公稱直徑DN mm總深度H mm內(nèi)表面積A 容積質(zhì)量Kg12003251.65520.2545234.7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，其明細(xì)

8、尺寸見表3-2：表3-2 人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凸面D77556公稱壓力PN MPa4.067060螺柱數(shù)量20公稱直徑DN500290A430螺母數(shù)量40140B225螺柱尺寸d495b62L300總質(zhì)量kg4183.5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中表，法蘭的密封面均采用RF

9、（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公稱直徑內(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L3，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法蘭質(zhì)量Kg公稱直徑DN法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓

10、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,得螺柱的長度和平墊圈尺寸如表3-5：表3-5 螺栓及墊片名稱緊固

11、件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長H進(jìn)料口50M169017303出料口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25M127517302.5排空口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672kg，即綜上所述則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量為，即為。查JB4712.1-200

12、79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)無法滿足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)方法判別人孔開孔直徑為 且 故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)

13、計(jì)算接管材料選用16MnR，其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998中式8-1： （4-1）式中：殼體開孔處的計(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8mm，則4.4補(bǔ)強(qiáng)面積因?yàn)椋蚤_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

14、上的軸向彎矩根據(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

15、得，,則滿足條件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(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

16、中表7-3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7225.5.4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)行校核即滿足強(qiáng)度要求。5.7地震引起的地腳螺栓應(yīng)力傾覆力矩計(jì)算由傾覆力矩引起的地

17、腳螺栓拉應(yīng)力根據(jù)2中式7-34計(jì)算 （5-10）其中n為承受傾覆力矩的地腳螺栓個(gè)數(shù)，；為筒體軸線兩側(cè)的螺栓間距；為每個(gè)地腳螺栓的橫截面面積，；則取載荷系數(shù)，則由于，所以強(qiáng)度符合要求。由地震引起的地腳螺栓剪應(yīng)力根據(jù)2中式7-35計(jì)算 （5-11）其中為承受剪應(yīng)力的地腳螺栓個(gè)數(shù)，；則 由于 故符合強(qiáng)度要求。第六章 設(shè)計(jì)匯總技術(shù)特性表設(shè)計(jì)壓力3.75MPa設(shè)計(jì)溫度150最高工作壓力3.3MPa工作溫度<150工作介質(zhì)壓縮空氣主要受壓元件材料16MnR焊接頭系數(shù)0.85腐蝕裕度1.5mm全容積3.0容積類別第二類表接管序號(hào)工稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途a50PN4.0 DN150 HG20592-97RF進(jìn)料口b50PN4.0 DN150 HG20592-97RF出料口c50PN4.0 DN150 HG20592-97RF排污口d500PN4.0 DN150 HG20592-97RF人孔e20PN4.0 DN150 HG20592-97RF溫度計(jì)孔g20PN4.0 DN150 HG20592-97RF壓力表口h25PN4.0 DN150 HG20592-97RF安全閥口i25PN4.0 DN150 HG20592-97RF排空口參考文獻(xiàn)1 GB150-1998,鋼制壓力容器2 JB/T 4731-2005,鋼制臥式壓力容器3 HG20580-1998