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：空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級：過控102學(xué)生姓名：王國濤指導(dǎo)教師：劉巖完成日期：2013-12-20 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 緒論4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第一章壓縮空氣的特性5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第二章設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇6 HYPERLINK l boo

2、kmark10 o Current Document 第三章容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7圓筒厚度的設(shè)計(jì)7封頭厚度的計(jì)算7筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8人孔的選擇9接管，法蘭，墊片和螺栓（柱）9鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第四章開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)15補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別15有效補(bǔ)強(qiáng)范圍15有效補(bǔ)強(qiáng)面積16補(bǔ)強(qiáng)面積17 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第五章強(qiáng)度計(jì)算18水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核18圓筒軸向彎矩計(jì)算18圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算及校核20切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核22圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核23鞍座應(yīng)力計(jì)

3、算及校核25第六章總結(jié)28參考文獻(xiàn)29摘要本說明書為3.0m3空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書。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，分別對儲(chǔ)罐的筒體、封頭、鞍座、接管進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用1SW6-1998M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)果滿足用戶要求，安全性與經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保要求均合格。關(guān)鍵詞：壓力容器、臥式儲(chǔ)罐、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核、開孔補(bǔ)強(qiáng)緒論設(shè)計(jì)任務(wù)：針對化工廠中常見的液氨儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬

4、設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，繪制總裝配圖，并便攜設(shè)計(jì)說明書。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，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中綜合考慮了經(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)。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

5、中文名稱：壓縮空氣Englishname:compressedair主要成分：氮?dú)?、氧氣等。外觀與性狀：無色無味沸點(diǎn)（C）：-192C（101.3千帕）相對密度（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,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，具應(yīng)用范

6、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：0.253MPa3、工作溫度：0-100C4、工作介質(zhì)：壓縮空氣5、全容積：3.0m36、設(shè)計(jì)壓力：0.25MPa7、設(shè)計(jì)溫度：100C8、公稱直徑：根據(jù)筒體全容積，粗定筒體公稱直徑為1200mm9、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sa147MPa；地腳螺栓選用

7、符合GB/T700規(guī)定的Q235,Q235的許用應(yīng)力bt147MPa11、容器類別：第二類第三章容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)，需要對該儲(chǔ)罐進(jìn)行100琳傷，所以取焊縫系數(shù)為1.0。假設(shè)圓筒白厚度在616mme圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1,可得：疲力極限強(qiáng)度b510MPa,屈服極限強(qiáng)度s345MPa,150C下的許用應(yīng)力為113MPa,利用中徑公式(3-1).pDi11200ot-mm5.3mm2小Jp211131查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-199S表7-1知，鋼板厚度負(fù)偏差為C10mm,腐蝕裕量為C21mm則筒體的名義厚度5.3mm0

8、mm1mm6.3mm圓整后取為n7mm封頭厚度的計(jì)算查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-20024中表1,得公稱直徑DN=Di=1200mm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）PcDit2 (T 小 0.5 Pc1 12002 113 1 0.5 15.28mm(3-2)同上，取C10mm,C21mm則封頭的名義厚度為Sn5.28mm0mm1mm6.28mm圓整后取為n7mm筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由封頭長短軸之比為2,即旦=2,得h=D_=1200mm=300mm2hi44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。兀一一

9、V=-DiLo+2V封4取裝料系數(shù)為0.9,則4DiL02V封即30=M.22XL0+2X0.25450.94算得L0=2.498m圓整后取為L0=2.5m表3-1封頭尺寸表公稱直往DNmm總深度Hmm內(nèi)表面積A2m容積3m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/T21518-95,查表3-3,選用凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見表3-2表3-2人孔尺寸表單位：mm密封聞型式凹凸面D670b123do24公稱壓力PNMPa1.0Di620b228螺柱數(shù)量20公稱直彳仝DN500Hi250A365螺母數(shù)量40dws530 x8H2103B175螺

10、柱尺寸M24x120db28L250總質(zhì)量kg1533.5接管、法蘭、墊片和螺栓（柱）3.5.1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/T20592-20096中表8.23-1PN帶頸對焊鋼制管法蘭，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3.2.2,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3-43.5.2墊片查HG/T20606-1997,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

11、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/T3880,代號為L3,最高工作溫度200C2:填充材料為有機(jī)非石棉纖維橡膠板有機(jī)材料，代號NAS最高工作溫度200C。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14450165125184M16207562.9

12、8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602511585144M1216504652113.5.3螺栓(螺柱)的選擇查HG/T20613-2009網(wǎng)中表5.0.7-11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螺栓及墊片名稱公稱直徑螺紋螺柱長緊固件用平墊圈mmd2H進(jìn)氣口50M169017303出氣口50M169017303排污口50M169017303人孔500溫度

13、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)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Q235-R估算鞍座的負(fù)荷：罐總質(zhì)量m=m1+2m2+m3+m4(3-3)m1一筒體質(zhì)量：一一_3一一m1tDLqSp3.141.22.50.0077.8510517.63kgm2一單個(gè)封頭的質(zhì)量，m276.4kgm3一充液質(zhì)量：水p壓縮空氣,水壓試驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度為3p7K=1000kg/m,m3=p7KV_2_2_3V=丫筒+2V封=DiL0+2V封=X1.22X2.5+2X0.2545=

14、3.24m344貝m3=p水V=10003.24kg=3240kgm4一附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為153kg,其他接管總和為200kg,即m4353kg綜上所述mm12m2m3m41331276.432403535076.8kg則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量為2538.4kg,即為25.39kN。查JB4712.1-20079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26墊板b4320允許載荷QkN145筋板l320046鞍座局度h200b2140e55底板1i880b3200螺栓間距l(xiāng)2720bi17036鞍座質(zhì)量Kg56110一墊板一弧長1410

15、增加100mm增加的高度Kg73.6.2鞍座的安裝位置根據(jù)2中6.1.1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0.5Ra,當(dāng)無法滿足A小于等于0.5Ra時(shí)，A值不宜大于0.2L。Ra為圓筒的平均內(nèi)徑。Di212007603.5mm22L Lo 2h Lo 2(H即 AQo.5Ra 0.5 603.5301.75 mm取 A = 0.3m鞍座的安裝位置如圖3-3所示:hi)25002(325300)2550mm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)。補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別人孔開孔直徑為ddi2c250021502mmD；1200d=600mm且dmax5.4切向剪應(yīng)力

16、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:K30.880K40.401K3F0.8824876.320.60350.0066.05MPa(5-4)5.4.2圓筒被封頭加強(qiáng)（ARa/2）時(shí)，其最大剪應(yīng)力h根據(jù)2中式7-10,計(jì)算得:K4FRie0.40124876.320.60350.0062.76MPa(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(jì)溫度下材料許用應(yīng)力的0.8倍，即0.8t0封頭的切向剪應(yīng)力，應(yīng)滿足h1.25而r6.05MPa0.8/0.811390.4MPa故圓筒滿足強(qiáng)度要求根據(jù)2中式7-122212+2=1x2+120062h

17、i62X300(5-6)KpcDi2黑11120026100MPa(5-7)t廝 2.76MPa1.25 g(rh1.2511310041.25MPa故封頭滿足強(qiáng)度要求圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核根據(jù)鞍座尺寸表知：b4=320mmb1.56Ra12001.56603.57301.4mm即b4b+1.56jRl；,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718kKF(5-8)%=（：+：其中k01（容器焊在支座上）查2中表7-3知，K50.76則050.1。76 24876.327 8 1400.9MPa在鞍座邊角處,2550由于L/Ra；25=4.238根據(jù)2中式720:603

18、.5F12K6FRa8.224冬染b2La染0.3由于A. Ra 0.60350.498 0.5查2中表 7-3知，K6 0.013則24876.32120.01324876.32603.506215.69MPa4781402550782(5-9)鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力由于L/Ra8,根據(jù)2中式72206F12K6FRa4。L金24876.32120.01324876.32603.5Z-TZT24714025507225.1MPa周向應(yīng)力校核根據(jù)2中式7.3.4.3t050.9MPa(T113MPa0615.69MPa1.25(/1.25113141.25MPat0-625.1MPa1

19、.25g1.25113141.25MPa故圓筒周向應(yīng)力強(qiáng)度滿足要求鞍座應(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120,查2中表75得：K90.204。則FsK9F0.20424876.325074.8N墊板起加強(qiáng)作用，則：Fs9；Hsb3brre甘Ra603.5-其中Sre8mm,brb2140mm,-201.2mm,33H201.28193.2mmR則HsminH,193.2mm3則092.2MPa5074.80.19320.0060.140.008查2中表51,得：sa147MPa,貝（j21sa=98MPa3由于092sa,所以其強(qiáng)度滿足要求。35.6.2鞍座壓縮應(yīng)力及

20、強(qiáng)度校核根據(jù)2中表76,取10.08則FEv01mg0.085076.89.83980.2N,鋼底板對水泥基礎(chǔ)的f0.4則mgf5076.89.80.419901.1NFEv所以壓應(yīng)力應(yīng)按2中式729計(jì)算:(5-9)其中FevHFevHv筋板面積腹板面積:A2Z2形心:ycyc2ZrAsaLHvR2A1200H1200193.2793.2mm,22A1=b2S3=140XS=840mm(li50)送88025064980mml-102A68402498010020mm288010156200209mm2近6=x+=209+=212mm22=Z1+I3=212+200=412mm6A(b2+今)

21、26X840X(140+6)2=-2-=1=36.7mm10020b2yc140636.736.3mm12A1 Z12Z22351120121406223840212212241223688020124983671804mmIz12Axyc20140368401212A?yc20936.36388020498036.71246667214mm4Z maxll2腹板與筋板組合截面斷面系數(shù):17010=10=75mm288010=10=430mm2ZryIy=498367180zax4303=1158993.4mm3rzZZmax=46667214430=108528.4mm3Zr=minZry,

22、Zrz=108528.4mm3代入公式saFFevHFevHv砥得2ZrAsaL2AsaFevH2ZrFevHvAsaL2A24876.323980.2193.24806.2793.2100202108528.410020255023003.74MPatFFfH24876.3224876.320.4193.2Osa20.2MPaAsaZr10020108528.4取Ko1.2則K0sa1.2147176.4MPa根據(jù)2中式732進(jìn)行校核(Tsa|3.74MPaK0bsa176.4MPa屋20.2MPa_147MPasa即滿足強(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)化工以來第三次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計(jì)。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、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊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，能畫出容器裝配圖。在設(shè)計(jì)過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