非標設備設計的設計準則

非標設備的設計制造生產過程中沒有必要設備。設備分為標準設備和標準設備。其中非標(準)設備是指沒有完整的設備(或產品)標準要求,專門設計、非批量生產的設備。非標設備沒有統(tǒng)一的規(guī)格型號,它的設計制造是根據(jù)業(yè)主所提出的具體的設備使用目的和要求而進行的,包括設計、采購、制造、運行、管理等過程,其中以設計過程顯得最為重要。本文介紹了非標設備在設計過程中應當遵守的相關設計準則,并通過介紹焚燒裝置堿液配置系統(tǒng)中配堿罐的設計過程來淺述設計準則在非標設備設計中的應用。1設計原則非標設備的設計沒有完整的、強制性的國家標準,但同樣有它應當遵循的一些設計準則。非標設備的設計準則大體上可以總結為以下五點:1.1設備的使用目標一套設備的設計生產,必定有它的使用目的,設備能否完成它的使用目標或預期任務自然是設備設計中首要考慮的問題,只有“能夠使用”,才有可能把它應用到實踐中去。1.2設備設計的經濟性節(jié)約是任何領域都存在的話題。在機械設計工作中,適用性是設備設計的必要條件,而經濟性則是同類產品競爭的一個重要砝碼。因此在滿足使用要求的前提下,設備的設計應當盡量“能省則省,該花就花”,做到資源的合理分配。1.3標準化設計應用非標設備的設計要合理利用相關標準、規(guī)定,進行標準化設計;部分零部件也可以使用現(xiàn)有的成型產品。它能使設計更加方便、快捷,提高設備的經濟性。1.4運行的安全性任何設備都必須是在保證人身安全的大前提下設計、制造和運行的,安全性是設計工作中必須要考慮到的一個重要方面。尤其在核領域中,一出事就是大事,所以設計的設備要盡量多做安全防護措施,并提高設備的自動化程度。1.5非標設備設備的外在形象在機械設計中,對于機械造型的美觀問題,與上述四條設計準則比較,它是非本質和非主流方面的問題,但是一部機器的造型美觀與否是體現(xiàn)機器的外在形象的唯一路徑,它也能夠直接影響工作人員操作時的心情,所以機器設計的美觀一些,不但使人賞心悅目,對提高工作者的勞動效率和勞動質量也有著一定的效果。上述非標設備設計準則的歸納雖然只有五點,但是其具體實施以后又會分化出更多的要求和限制,材料的適用性、環(huán)境影響等等都是需要考慮的問題。下面通過介紹放射性廢物焚燒系統(tǒng)中的配堿罐的設計思路,來淺述設計準則在非標設備設計過程中的具體應用。2具體應用配堿罐是焚燒裝置堿液配置系統(tǒng)中的一個非標設備,本文從整體設計和各部件的具體設計兩個方面闡述配堿罐的設計過程。2.1一般適用性設計2.1.1氣,配堿罐的設計廢物在焚燒過程中會產生大量含有酸性氣體的煙氣,配堿罐的設計目的就是將NaOH(或Na2CO3)固體配制成一定濃度的堿液輸送到吸收裝置(塔釜)中對酸氣進行吸收。2.1.2工藝條件操作壓力:常壓;堿液輸出速率(平均):11升/小時。2.1.3配堿罐設計及設備設計方案尺寸確定:根據(jù)工藝條件,按每48小時進行一次加堿操作計算,需要堿液的體積為11L/h×48h=528L,按堿液體積占罐體總體積的2/3計算,需要設計的配堿罐總體積為528÷2/3=792L。最終確定配堿罐的體積為800L,罐體直徑設計為Φ900mm。材料選擇:堿液腐蝕性很強,選擇材料時需要考慮到材料的耐腐蝕問題:配堿罐中與堿液接觸的部分的材料選擇耐堿的0Cr18Ni9不銹鋼,其余部分選擇Q235-A。墊片選擇耐酸堿橡膠墊片。設備設計:配堿罐整體示意圖右圖1所示:配堿罐由加堿斗、電機減速器、備用口、罐體、攪拌裝置、支撐腿等部件組成。水由罐體上方的入水口注入,NaOH固體由加堿口加入,二者在罐體中攪拌混合,通過出液口輸送到酸氣吸收裝置。2.2不同部件的設計理念任何部件,細至其零件結構都應考慮到設計準則中的每項內容,只是側重點不同而已。下面將配堿罐中各部件的主要設計思路進行簡單的介紹。2.2.1配堿罐體的方案加堿口是將堿加入配堿罐中制成溶液的入口,它是這套設備中需要人工操作最多的地方。安全性的保證是設計此處的關鍵點之一。經過多次考慮,擬訂了4個設計方案:(1)如圖2所示,加堿斗設計為簡單的桶狀結構,其下端直接與配堿罐罐體焊接,達到加堿目的。(2)如圖3所示,操作在一個手套箱中進行,增加操作過程中的安全性;堿通過螺旋輸送裝置輸送到配堿罐罐體中,此設計方案能夠對加堿量的控制達到很高精度,使攪拌、溶解過程變的更加穩(wěn)定、均勻。(3)如圖4所示,整體是一個非對稱結構,相當于一個等邊四棱臺的四分之一;右側采用直面的目的是防止其裝配時與減速器支架發(fā)生安裝矛盾;與罐體處用一碟閥簡單的對加堿量進行控制。(4)如圖5所示,整體為桶狀結構,圓柱上方切30度以便視窗的觀察;與配堿罐連接處用一碟閥簡單的對加堿量進行控制;加料翻板直接安裝在圓柱頂蓋處,減少設備的體積。四種方案的優(yōu)缺點總結如下:經過分析,方案1結構過于簡單,安全方面有隱患;方案2性能較好但是結構過于復雜,經濟性差;方案3形狀不規(guī)范,加工不便,美觀性不好;方案4的綜合性能最好,結合實際情況在此設備中具有更好的適用性。故最后選擇方案4作為加堿斗的最終設計方案,而方案1結構簡單,將其作為備用口,在應急情況下使用。2.2.2驅動結構設計減速器的選擇:考慮到NaOH的易溶性,因此攪拌軸的轉速不用過快;NaOH溶液的粘度很低,因此輸出轉矩也不需要太高。最終選擇了天津減速機廠的一級立式直聯(lián)型減速器:傳動比為23,輸出轉速65r/min,功率1.1KW(代號XLDY1.1-8105-23)。減速器支架:減速器的設計如圖6所示。減速器的下端面Ⅰ處采用間隙定位配合,以保證攪拌槳的同軸度,具體形位公差如圖所示。2.2.3液體攪拌罐的適用范圍攪拌器的分類見下表:表2中五種攪拌類型各有優(yōu)缺點,其中折葉槳式攪拌器結構簡單,經濟性很好,除了使液體作圓周運動外,還能使液體上下運動,起到充分攪拌作用,在此配堿罐設備中已能適用。因此選擇經濟性較好的槳式攪拌器,槳式攪拌器的葉片直徑與罐體直徑比范圍一般是1:1.25至1:3,對應此設備中選用攪拌槳的直徑為Φ650(見圖7)。2.2.4不銹鋼板的焊接其它部件設計如下:罐體由圓柱段和圓錐段組成,均采用厚度δ=5mm的0Cr18Ni9不銹鋼板焊接而成;法蘭統(tǒng)一選用GB/T9119-2000中的系列Ⅱ凸面法蘭,與工藝管道接口處的法蘭選用盲板法蘭,便于管口的對接;排污口處閥門選用普通球閥即可;連接件、墊片等也按手冊中標準查閱選用。2.2.5管道配置管口方位表見圖8、表3所示:2.3焊接接頭的加工設備的技術要求如下:(1)設備應按JB/T4735-1997《鋼制焊接常壓容器技術條件》和HG5-222-65《推進式攪拌器》進行制造,檢驗和驗收。(2)設備焊接采用手工電弧焊焊接,不銹鋼與不銹鋼以及不銹鋼與碳鋼焊接的焊條牌號為A102(奧102),碳鋼之間的焊接采用焊條的牌號為J422。焊接接頭型式應符合GB985~986-80《手工電弧焊焊接接頭的基本型式尺寸》。(3)對設備進行煤油滲透試驗,試驗時間30分鐘,重復2-3次,觀察焊縫,確保焊縫無滲漏現(xiàn)象。(4)設備組裝完畢后,對攪拌器先進行空載運行試驗,試驗時間不得少于30min,然后再加水至工作液位處進行試驗,試驗時間不得少于4h,運行的同時要對設備的密封性進行全面檢查。在整個試驗過程中,設備應平穩(wěn),噪音不得大于85dB,不得有不正常的噪音和震動等不良現(xiàn)象。(2)G06-1棕色過氯乙烯底漆一層(6)支撐腿應按JB/T4724-92《支承式支座》進行制造、檢驗和驗收。2.4配堿罐輸出設計在配堿罐的設計過程中,考慮到了材料的選擇、環(huán)境分析、合理性分析、各部件的適用性、設備的經濟性、標準件的選取、造型美觀設計等各種因素,最終完成了配堿罐的輸出設計?？梢钥闯?無論設備結構如何簡單,設計準則的內容都會包含進去,因此在非標設備的設計過程中,要始終保持謹慎的態(tài)度、探索的精神、改進的動力,這樣才能將一個設備設計的更加完美、更加具有挑戰(zhàn)力。3注重新知識的研究,提高資源的自主培養(yǎng)隨著科學技術的不斷發(fā)展,更多的新型材料和設計思路不斷的涌現(xiàn)出來。非標設備的設計工作已經不是簡單的能否使用、能否滿足要求的問題了。設備的優(yōu)化、設備的經濟性、設備的美觀性也已成為設備設計過程中必須考慮的問題。對此,不但要有良好的基礎知識,對新知識、新動態(tài)的