I1000-F，h=200,δ4=8,l=40。以材料S30408為例，將尺寸更改為下表。表3.3鞍座基本尺寸表圖3.2支腿式支座3.3.2支座材料的選用避難材料不同而產(chǎn)生的鐵素體污染、熱膨脹不同，異種鋼焊接的影響(如電偶腐蝕等)。因此，標準建議使用與“一般”和容器本體相同的材料。因此，選擇材料S30408。3.4視鏡3.4.1視鏡的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計視鏡的作用是觀察設(shè)備內(nèi)部情況。由于工作介質(zhì)對惰性氣體無毒無害，工作壓力低，因此一般平面圓形護目鏡，為了便于焊接，頸尾，以及為了方便觀察加工設(shè)備，公稱直徑選用150毫米。根據(jù)查閱GB/T23259—2009壓力容器用護目鏡玻璃，可視直徑選擇150毫米，厚度選擇20毫米。3.4.2視鏡的強度校核1彎曲應(yīng)力的計算當圓形圓形鏡子玻璃承受內(nèi)壓作用時，我們可以簡單地抽象成承受均勻橫向載荷的圓形平板。這時，其主要的內(nèi)力是彎矩、剪切力，在載荷均勻分布的條件下，圓形平板具有中心軸對稱的內(nèi)力和變形。圓形平板玻璃的強度條件應(yīng)滿足下式:

（3-1）

周邊簡支時

（3-2）

周邊固支時

（3-3）

式中:

--彎曲應(yīng)力,

MPa;

P--計算內(nèi)壓力,

MPa;

μ泊松比,玻璃=0.25;

d--懸空直徑,

mm;

S--厚度,

mm;

K--應(yīng)力系數(shù)[6]。

實際由于非金屬軟片支撐對周邊的限制是幾乎為零。因此,視鏡玻璃視為周邊簡支。(

K=0.3025)（3-4）2溫差應(yīng)力由于內(nèi)表面層和外表面層具有圓形板的最大熱應(yīng)力，且小型惰性氣體制造者內(nèi)外溫差不明顯，因此忽略溫差應(yīng)力。玻璃板在實際操作中要承受內(nèi)壓引起的彎曲應(yīng)力和溫差引起的熱應(yīng)力。強度校核時可以通過將兩種應(yīng)力疊加的方法。因此,其強度條件為:σu+σr=1.7MPa≤[σ]=110/10=11MPa（3-5）式中:[σ]鋼化硼硅玻璃的許用抗彎強度,[o]=σ/n;σ玻璃的抗彎強度,對于鋼化硼硅玻璃取為110MPa;n安全系數(shù),鋼化硼硅玻璃為脆能材料,一般取n=10。故視鏡的設(shè)計安全合理。3.5常開裝置的設(shè)計由于激光設(shè)備的維護、安裝和制造的需要，需要將惰性氣體保護室制作成可拆卸的連接結(jié)構(gòu)，以此允許實驗者進入。由于在頭部封頭上安裝直徑1000毫米，超出標準檢修孔大小范圍，因此將參照標準檢修孔設(shè)計非標準檢修孔。首先，密封是人孔設(shè)計的核心，法蘭連接是壓力容器最常用的連接方法，有助于根據(jù)標準法蘭的設(shè)計提高非標準人孔設(shè)計的合理性。整個法蘭連接結(jié)構(gòu)使用螺栓連接封頭和頭部，并擰緊墊片，使連接緊密。通常是由螺栓、墊片和法蘭組成的部件，如圖所示。圖3.4密封設(shè)計示意圖3.5.1整體法蘭盤設(shè)計1.確定法蘭盤類型與尺寸結(jié)構(gòu)根據(jù)DN=1000mm，p=0.1MPa,屬于中低壓容器中封頭與筒體的連接選擇整體乙型平焊法蘭。初選材料304,查容器法蘭標準NB/T47020-4707-2012《容器法蘭、墊片、緊固件》的結(jié)構(gòu)尺寸為表3.4法蘭基本尺寸表公稱直徑法蘭mm（PN=1.6MPa）螺柱DD1D2D3D4δHδ1aa1d規(guī)格數(shù)量1000116011151076106610526626016211827M2432圖3.5法蘭設(shè)計示意圖3.5.2壓緊面設(shè)計壓縮面(也稱為密封面)是直接與墊圈接觸并傳遞螺栓力使墊圈變形的表面約束。為了令密封效果達到要求，加壓表面的類型和表面粗糙度必須兼容于所選定的墊圈。a壓緊面選擇壓縮面必須根據(jù)工藝條件選擇密封直徑和要使用的墊圈。壓縮面的幾何尺寸和表面處理的質(zhì)量要求必須與相應(yīng)的墊圈相匹配。通常有三種類型的法蘭壓縮表面：用于中低壓容器和管道的平面、凹凸和榫槽。榫槽面型由榫面和凹槽組成，形成放置在凹槽中的墊圈。墊圈狹窄，被凹槽堵住，所以不會突出，因此比上面兩個壓縮表面能獲得更好的密封效果。此外，介質(zhì)的腐蝕可能會減少，安裝過程中壓力下墊圈容易均勻?qū)R。墊圈很窄，壓縮墊圈所需的螺栓力很小，因此高壓下螺栓尺寸不會太大。密封表面適用于易燃、易爆、毒性介質(zhì)和真空度超過1X105Pa的高壓和真空系統(tǒng)的主要情況?？梢允褂肈N=800mm，壓力小的情況下可以使用更大的直徑。綜上所訴，榫卯表面密封面更為合理b墊片選用法蘭連接的核心是墊片，墊片密封性能好壞決定法蘭密封效果。選擇墊片時，請考慮墊片的價格、制造和更換。墊片的材料、結(jié)構(gòu)和大小應(yīng)由介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕性決定。常用墊片材料分為非金屬墊片、金屬墊片和復(fù)合墊片三種類型。這三種墊片現(xiàn)在已經(jīng)是標準化生產(chǎn)了。非金屬墊片的優(yōu)點是價格低廉，彈性好，質(zhì)地柔軟，結(jié)構(gòu)致密，容易切割，通常用作生產(chǎn)石棉、合成樹脂、橡膠、塑料、膨脹石墨的原料。其中石棉墊片不耐高壓，不容易溶解和膨脹礦物油，不耐腐蝕，高溫容易老化，彈性下降，因此根據(jù)溫度選擇標準JB/T4704-4707，外徑1066毫米，內(nèi)徑1041毫米，厚度3毫米。3.5.3緊固裝置設(shè)計與校核在壓力容器螺栓上按下墊片，實現(xiàn)法蘭連接密封。所需壓力不僅要達到預(yù)緊及操作中一定的密封比例壓力，還要滿足有效的密封要求，防止密封墊圈被壓下。有時根據(jù)標準選擇法蘭，螺栓的數(shù)量和直徑已經(jīng)確定，但根據(jù)壓力大小，墊圈的直徑(材料、結(jié)構(gòu)和工作壓力)必須不同。因此，必要時應(yīng)根據(jù)實際情況檢查螺栓的強度。螺栓設(shè)計包括材料選擇、螺栓直徑和數(shù)量計算、螺栓尺寸確定、螺紋和螺栓標準的螺栓間隙檢查。經(jīng)常打開非標準檢修孔的固定組件是鉸鏈螺栓、活節(jié)螺栓和梅花螺母的組合結(jié)構(gòu)，O環(huán)用于密封墊片。根據(jù)參考文獻[7]提供的檢查方法，檢查如下。初選滑節(jié)螺栓M24，材料S30408。根據(jù)GB150-2011《壓力容器》標準，在墊片接觸寬度N處確定墊片基本密封寬度b0=25mm，然后計算墊片有效密封寬度。（3-6）DG=D2-2b=1041mm（3-7）預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力（3-8）操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力(3-9）預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總載荷Wa=Fa=41349.6N（3-10）操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總載荷計算內(nèi)壓引起的軸向力（3-11）操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總載荷Wp=F+Fp=167768.1N（3-12）螺栓總面積計算以螺栓根徑d2進行計算，預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總截面積。Aa=Wa/［σ］b=41349.6/137=301.8mm2（3-13）（3-14）所需要的螺栓總截面積Am取Aa和Ap中的較大值，實際使用螺栓總截面積Ab≥Am。為裝拆方便，快開人孔的活節(jié)螺栓數(shù)量應(yīng)盡可能少，但又需螺栓載荷均勻作用于墊片，以達到良好的密封效果，必須選擇合適的螺栓間距L，其最大值。（3-15）螺栓個數(shù)為個，故取活節(jié)螺栓為8個。(3-16)計算預(yù)緊狀態(tài)下，螺栓總設(shè)計載荷(3-17)操作狀態(tài)下，螺栓總設(shè)計載荷W2=Wp=167768.1N。故螺栓總設(shè)計載荷PS取W1和W2兩者中的較大者。故PS=45438622.86。實際人孔受力為101268.3N。故活節(jié)螺栓校核合格。Aa———預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總截面積，mm2;Ab———實際使用的螺栓總截面積，mm2;Ap———操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總截面積，mm2;Ambb0d1DGFFaFphmpPsWaWpW1W2[σ]b[σ]tb———需要的螺栓總截面積，mm2;———墊片有效密封寬度，mm;———墊片基本密封寬度，mm;———螺栓公稱直徑，mm；———墊片壓緊力作用中心圓直徑，mm;———內(nèi)壓引起的軸向力，N;———預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N;———操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N;———法蘭厚度，mm;———墊片系數(shù)，1;———設(shè)計壓力，MPa;———螺栓總設(shè)計載荷，N;———預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總載荷，N;———操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總載荷，N;———預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓總設(shè)計載荷，N;———操作狀態(tài)下的螺栓總設(shè)計載荷，N;———常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，取137MPa;———設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力，取137MPa;3.6激光增材工作平臺位置的確定激光增材工作平臺用于部署激光增材設(shè)備，并為線路連接和日常維護騰出空間。只有能承受一定的負載和足夠的空間裕量，才能在處理過程中使激光頭實現(xiàn)三軸聯(lián)動。也就是說，激光頭移動到極限位置時，不會與筒體碰撞?；顒榆浖ㄟ^實際設(shè)備的最大極限尺寸建模來確定工作平臺的位置。通過以XYZ軸模擬實際運動的極限位置，防止發(fā)生碰撞。最后，使用軟件執(zhí)行干涉7檢查，確認沒有干涉。間距是激光頭最右邊最高的位置(圖3。7d)并檢查頂部和封頭的最小間距(3.24毫米)。建模為設(shè)備的最大極限大小，激光頭頂部對設(shè)備連接電路部分靈活。因此，這個間隔是合理的。給惰性氣體保護室的制造誤差和激光設(shè)備的安裝誤差留有余地。激光數(shù)控中心和桶壁的側(cè)面有10毫米的間隔。激光數(shù)控中心和封頭前安裝距離為75毫米。具體部署情況如下。a激光設(shè)備示意圖b極限位置2c激光頭與筒壁的最小位置d肋板與筒壁的最小間隙e激光設(shè)備的安裝位置圖3.74惰性氣體保護室強度計算書計算階段為《壓力容器》GB/T150-2011；按照標準進行?！杜P式容器》NB/t47042-2014；《鋼制化工容器強度計算規(guī)定》HG/T20582-2011；《容器支座》JB/4712.2-2007。格式符合《壓力容器強度計算書統(tǒng)一格式》的規(guī)定要求。4.1圓筒的強度校核4.1.1正壓圓筒校核4.1.2負壓圓筒校核4.2封頭的校核4.2.1正壓封頭的校核4.2.2負壓封頭的校核4.3支座的校核4.3.1正壓支座的校核序號數(shù)值名稱符號單位公式計算數(shù)值一、設(shè)計參數(shù)：容器設(shè)計壓力PMPa0.1設(shè)計溫度t℃20容器公稱直徑DN㎜992封頭名義厚度δ1n㎜4筒體名義厚度δ2n㎜4容器外徑D0㎜有保溫層時取保溫層外徑999.4殼體材料S30408設(shè)計溫度下許用應(yīng)力[σ]tMPa137殼體切線距L㎜標準:L最大按JB/T4712.2表3的規(guī)定750支承高度H㎜標準:H最大按JB/T4712.2表3的規(guī)定200容器殼體總長度H0㎜上下封頭外壁間距離700容器總高度H1㎜999.4封頭直邊高度h2㎜221設(shè)備質(zhì)心的高度HC㎜354二、載荷計算：1水平風載荷：風壓高度變化系數(shù)fi按設(shè)備質(zhì)心高度,查JB/T4710表8-31.010m高處的基本風壓q0N/m2用戶提供或查GB50009表D.4及其他800水平風載荷PWN651.62地震作用標準值：地震影響系數(shù)ae7度:0.08、0.129度:0.328度:0.16、0.240.16設(shè)備操作質(zhì)量m0kg殼體+附件+內(nèi)部介質(zhì)+保溫+平臺梯子381.8重力加速度gm/s29.80665水平地震作用標準值PeN599.13載荷的確定：水平載荷取風載荷PW和N762.0水平載荷FHN二者之大值762.0垂直載荷W1N3744.2取用支座型號B4支腿的個數(shù)N4每個支腿的水平反力RN190.54每個支腿的最大垂直反力:鋼管支腿中心圓直徑DB孔距查JB/T4712.2表3:L070鋼管支腿中心圓直徑DB㎜DN+2δ2n-2L0-40820單根支腿垂直反力FL1N彎矩的拉伸側(cè)-607.0單根支腿垂直反力FL2N彎矩的壓縮側(cè)-1265三、支腿穩(wěn)定及強度計算1支腿穩(wěn)定計算假定支腿與殼體的連接為固接，支腿端部為自由端，單根支腿內(nèi)產(chǎn)生的最大應(yīng)力，發(fā)生在受壓側(cè)的支腿內(nèi)。單根支腿的橫截面積A㎜2查型鋼截面特性(軟件)或GB/T706-200855單根支腿的壓應(yīng)力σcMpaFL2/A-23.0支腿的臨界許用應(yīng)力計算：單根支腿的周向水平截面慣性矩IX-X㎜4查型鋼截面特性(軟件)33065單根支腿的周向水平截面慣性矩IY-Y㎜4查型鋼截面特性(軟件)11671支腿材料的拉伸彈性模量EMpa查型鋼截面特性(軟件)206支腿材料的屈服強度ReLMpa235.4支腿材料的許用應(yīng)力[σ]tMpa設(shè)計溫度下105Imin㎜4取IX-X和IY-Y的小值11671單根支腿截面的最小回轉(zhuǎn)半徑i1㎜460.00支腿的有效長細比λ0.7H/i10.31支腿的極限長細比λ1120.00由于λ≤λ1則:系數(shù)ns2247.60設(shè)備重要度系數(shù)η1支腿的臨界許用應(yīng)力[σcr]Mpa1.2[1-0.4(λ/λ1)2]ReL/(nsη)185.2若λ＞λ1時,則:支腿的臨界許用應(yīng)力[σcr]Mpa0.227ReL/(λ/λ1)22719.37[σcr]Mpa填以上二者之一(G76或G78)185.2支腿的穩(wěn)定驗算:σc《[σcr]通過2支腿的剪切計算支腿的剪切應(yīng)力τMpaFH/（NA）0.46支腿的許用剪切應(yīng)力[τ]Mpa0.6[σ]200℃63支腿的穩(wěn)定驗算:τ《[τ]通過3支腿的彎曲計算支腿與本體的焊縫長度hf㎜查JB/T4712.2表3:hf115基礎(chǔ)板下面至支腿裝配焊縫上心長度L1㎜H+hf/2+501207.5殼體外壁至支柱形心的距離e㎜對鋼管支柱20單根支腿的最小抗彎截面模量W㎜3查型鋼截面特性(軟件)129.67支腿的彎曲應(yīng)力σbMpa（RL1-FL2e）/Wmin30.16支腿的許用彎曲應(yīng)力[σb]Mpa235支腿的穩(wěn)定驗算:σb《[σb]通過4支腿鋼結(jié)構(gòu)綜合評價支腿結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足≤10.1688評價結(jié)果合格四、地腳螺栓強度驗算：1地腳螺栓的拉應(yīng)力：地腳螺栓的中心圓直徑Db㎜填取DB（G54）1048一個支腿地腳螺栓個數(shù)nbt個1地腳螺栓的內(nèi)徑d1㎜20.572地腳螺栓的腐蝕裕量Cbt㎜2地腳螺栓的螺距tb㎜3一個螺栓的有效截面積Abt㎜2(π/4)(d1-Cbt-0.866tb/6)2263.6地腳螺栓的拉應(yīng)力σbtMpa54.2碳鋼地腳螺栓許用應(yīng)力[σbt]Mpa常溫下147σbt≤[σbt]通過2地腳螺栓的剪切應(yīng)力：地腳螺栓的剪切應(yīng)力：τbtMpa-11.02τbtMpa當計算的值τbt小于0時，其值填為00地腳螺栓許用剪切應(yīng)力[τbt]Mpa對于碳鋼常溫下117.6τbt≤[τbt]合格五、基礎(chǔ)板的強度計算：基礎(chǔ)板的長度b㎜查JB/T4712.2表3:B205基礎(chǔ)板的寬度b㎜查JB/T4712.2表3:B205基礎(chǔ)上的壓縮應(yīng)力σc1MpaFL2/（b1b2）-0.994混凝土許用耐壓應(yīng)力[σc1]Mpa11.768σc1≤[σc1]滿足要求合格支腿到基礎(chǔ)板邊緣的最大長度B㎜查JB/T4712.2表3:(B-d)/230基礎(chǔ)板的許用應(yīng)力[σ]Mpa235支腿底板的腐蝕裕量Cb㎜2支腿基礎(chǔ)板計算厚度δb㎜B(3σc1/[σ])0.5+Cb5.38取用支腿基礎(chǔ)板厚度δbn㎜≥G122或按JB/T4712.2表3:δb16六、支腿裝配焊縫的強度計算：1支腿裝配焊縫的彎曲應(yīng)力：每條裝配焊縫的計算長度hf1㎜210焊縫的焊腳高度tf1㎜等于較薄件厚度8焊縫的抗彎截面模量Z㎜32(hf12/6)(tf1/20.5)831.6支腿裝配焊縫的彎曲應(yīng)力σfMpaRL1/Z36.99焊縫系數(shù)φ0.49支腿裝配焊縫的抗彎、抗剪許用應(yīng)力：[B]Mpa1.5[σ]tφ77.18σf＜[B]安全安全2支腿裝配焊縫的剪切應(yīng)力：焊縫的橫截面積A㎜22hf1×tf1/20.52375.9支腿裝配焊縫的剪切應(yīng)力τ1MpaFL2/A1-17.58τ1<[B]安全安全3支腿裝配焊縫的當量應(yīng)力：支腿裝配焊縫的當量應(yīng)力σzMpa47.91安全安全安全安全安全安全以上各項均合格，所選支座可行4.3.2負壓支座的校核序號數(shù)值名稱符號單位公式計算數(shù)值一、設(shè)計參數(shù)：容器設(shè)計壓力PMPa0.1設(shè)計溫度t℃20容器公稱直徑DN㎜992封頭名義厚度δ1n㎜4筒體名義厚度δ2n㎜4容器外徑D0㎜有保溫層時取保溫層外徑999.4殼體材料S30408設(shè)計溫度下許用應(yīng)力[σ]tMPa137殼體切線距L㎜標準:L最大按JB/T4712.2表3的規(guī)定750支承高度H㎜標準:H最大按JB/T4712.2表3的規(guī)定200容器殼體總長度H0㎜上下封頭外壁間距離700容器總高度H1㎜999.4封頭直邊高度h2㎜221設(shè)備質(zhì)心的高度HC㎜354二、載荷計算：1水平風載荷：風壓高度變化系數(shù)fi按設(shè)備質(zhì)心高度,查JB/T4710表8-31.010m高處的基本風壓q0N/m2用戶提供或查GB50009表D.4及其他800水平風載荷PWN651.62地震作用標準值：地震影響系數(shù)ae7度:0.08、0.129度:0.328度:0.16、0.240.16設(shè)備操作質(zhì)量m0kg殼體+附件+內(nèi)部介質(zhì)+保溫+平臺梯子381.8重力加速度gm/s29.80665水平地震作用標準值PeN599.13載荷的確定：水平載荷取風載荷PW和N762.0水平載荷FHN二者之大值762.0垂直載荷W1N3744.2取用支座型號B4支腿的個數(shù)N4每個支腿的水平反力RN190.54每個支腿的最大垂直反力:鋼管支腿中心圓直徑DB孔距查JB/T4712.2表3:L070鋼管支腿中心圓直徑DB㎜DN+2δ2n-2L0-40820單根支腿垂直反力FL1N彎矩的拉伸側(cè)-607.0單根支腿垂直反力FL2N彎矩的壓縮側(cè)-1265三、支腿穩(wěn)定及強度計算1支腿穩(wěn)定計算假定支腿與殼體的連接為固接，支腿端部為自由端，單根支腿內(nèi)產(chǎn)生的最大應(yīng)力，發(fā)生在受壓側(cè)的支腿內(nèi)。單根支腿的橫截面積A㎜2查型鋼截面特性(軟件)或GB/T706-200855單根支腿的壓應(yīng)力σcMpaFL2/A-23.0支腿的臨界許用應(yīng)力計算：單根支腿的周向水平截面慣性矩IX-X㎜4查型鋼截面特性(軟件)33065單根支腿的周向水平截面慣性矩IY-Y㎜4查型鋼截面特性(軟件)11671支腿材料的拉伸彈性模量EMpa查型鋼截面特性(軟件)206支腿材料的屈服強度ReLMpa235.4支腿材料的許用應(yīng)力[σ]tMpa設(shè)計溫度下105Imin㎜4取IX-X和IY-Y的小值11671單根支腿截面的最小回轉(zhuǎn)半徑i1㎜460.00支腿的有效長細比λ0.7H/i10.31支腿的極限長細比λ1120.00由于λ≤λ1則:系數(shù)ns2247.60設(shè)備重要度系數(shù)η1支腿的臨界許用應(yīng)力[σcr]Mpa1.2[1-0.4(λ/λ1)2]ReL/(nsη)185.2若λ＞λ1時,則:支腿的臨界許用應(yīng)力[σcr]Mpa0.227ReL/(λ/λ1)22719.37[σcr]Mpa填以上二者之一(G76或G78)185.2支腿的穩(wěn)定驗算:σc《[σcr]通過2支腿的剪切計算支腿的剪切應(yīng)力τMpaFH/（NA）0.46支腿的許用剪切應(yīng)力[τ]Mpa0.6[σ]200℃63支腿的穩(wěn)定驗算:τ《[τ]通過3支腿的彎曲計算支腿與本體的焊縫長度hf㎜查JB/T4712.2表3:hf115基礎(chǔ)板下面至支腿裝配焊縫上心長度L1㎜H+hf/2+501207.5殼體外壁至支柱形心的距離e㎜對鋼管支柱20單根支腿的最小抗彎截面模量W㎜3查型鋼截面特性(軟件)129.67支腿的彎曲應(yīng)力σbMpa（RL1-FL2e）/Wmin30.16支腿的許用彎曲應(yīng)力[σb]Mpa235支腿的穩(wěn)定驗算:σb《[σb]通過4支腿鋼結(jié)構(gòu)綜合評價支腿結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足≤10.1688評價結(jié)果合格四、地腳螺栓強度驗算：1地腳螺栓的拉應(yīng)力：地腳螺栓的中心圓直徑Db㎜填取DB（G54）1048一個支腿地腳螺栓個數(shù)nbt個1地腳螺栓的內(nèi)徑d1㎜20.572地腳螺栓的腐蝕裕量Cbt㎜2地腳螺栓的螺距tb㎜3一個螺栓的有效截面積Abt㎜2(π/4)(d1-Cbt-0.866tb/6)2263.6地腳螺栓的拉應(yīng)力σbtMpa54.2碳鋼地腳螺栓許用應(yīng)力[σbt]Mpa常溫下147σbt≤[σbt]通過2地腳螺栓的剪切應(yīng)力：地腳螺栓的剪切應(yīng)力：τbtMpa-11.02τbtMpa當計算的值τbt小于0時，其值填為00地腳螺栓許用剪切應(yīng)力[τbt]Mpa對于碳鋼常溫下117.6τbt≤[τbt]合格五、基礎(chǔ)板的強度計算：基礎(chǔ)板的長度b㎜查JB/T4712.2表3:B205基礎(chǔ)板的寬度b㎜查JB/T4712.2表3:B205基礎(chǔ)上的壓縮應(yīng)力σc1MpaFL2/（b1b2）-0.994混凝土許用耐壓應(yīng)力[σc1]Mpa11.768σc1≤[σc1]滿足要求合格支腿到基礎(chǔ)板邊緣的最大長度B㎜查JB/T4712.2表3:(B-d)/230基礎(chǔ)板的許用應(yīng)力[σ]Mpa235支腿底板的腐蝕裕量Cb㎜2支腿基礎(chǔ)板計算厚度δb㎜B(3σc1/[σ])0.5+Cb5.38取用支腿基礎(chǔ)板厚度δbn㎜≥G122或按JB/T4712.2表3:δb16六、支腿裝配焊縫的強度計算：1支腿裝配焊縫的彎曲應(yīng)力：每條裝配焊縫的計算長度hf1㎜210焊縫的焊腳高度tf1㎜等于較薄件厚度8焊縫的抗彎截面模量Z㎜32(hf12/6)(tf1/20.5)831.6支腿裝配焊縫的彎曲應(yīng)力σfMpaRL1/Z36.99焊縫系數(shù)φ0.49支腿裝配焊縫的抗彎、抗剪許用應(yīng)力：[B]Mpa1.5[σ]tφ77.18σf＜[B]安全安全2支腿裝配焊縫的剪切應(yīng)力：焊縫的橫截面積A㎜22hf1×tf1/20.52375.9支腿裝配焊縫的剪切應(yīng)力τ1MpaFL2/A1-17.58τ1<[B]安全安全3支腿裝配焊縫的當量應(yīng)力：支腿裝配焊縫的當量應(yīng)力σzMpa47.91安全安全安全安全安全安全以上各項均合格，所選支座可行此外附加質(zhì)量為1000kg時校核依舊合格，為今后的設(shè)備與附加零件預(yù)留了充足的安全負載。4.4法蘭的校核4.5開口補強計算惰性氣體保護室為了日常實驗、維修、安裝，需要在氣缸和頭部安裝視鏡、接管、進氣閥、泡沫閥、壓力計等，而且由于交接處和交接處的焊接應(yīng)力，開口或開口接管部位的部分應(yīng)力大于外殼的薄膜應(yīng)力，有時達到外殼基本應(yīng)力的5~6倍。此外，還經(jīng)常安裝法蘭、護目鏡等其他配件，制造缺陷和材料等各種因素的綜合效果，開口的強度減弱，所以是頻繁發(fā)生損壞的零件。因此，準確計算出洞口附近的應(yīng)力集中是必不可少的，通過計算考慮是否加強。由于計算麻煩，在封頭的開口強化中只計算最大開口直徑150毫米。開口加固設(shè)計準則首次適用等面積加固法。到目前為止，許多國家的設(shè)計規(guī)范都采用了這種方法，該方法簡單，具有長期的實際經(jīng)驗，比較安全可靠。這種方法在設(shè)計原理上使用相同面積的加強材料來補償因開口而變薄的殼體的面積。等面積強化原理是強化金屬的截面面積必須大于或等于減少到洞口的金屬的截面面積。該方法的理論以在無限平面上鉆小孔為基礎(chǔ)，因此對小直徑的孔安全可靠，不僅適用于單個孔，還適用于平行多孔。也可用于零件和各種端蓋的不規(guī)則結(jié)構(gòu)開口。中國GB150標準主要使用這種方法。在外部壓力或內(nèi)部壓力條件下，頭部或封頭上的直徑開口不需要額外的強化，但計算后可以將接管長度優(yōu)化到30毫米。4.5.1在封頭開孔外壓校核4.5.2在封頭開孔內(nèi)壓校核4.5.3在圓筒開孔的外壓校核4.5.4在圓筒開孔的內(nèi)壓校核經(jīng)過校核最大的開孔在圓筒與封頭處外壓與內(nèi)壓條件下均不用額外補強。5.真空系統(tǒng)組的設(shè)計5.1真空系統(tǒng)的類型確定真空系統(tǒng)由各種真空部件(容器、真空管、真空閥、真空泵、密封部件、真空測試設(shè)備等)連接，實現(xiàn)一定程度的真空，滿足真空系統(tǒng)的特定工藝要求。真空容器，是指與真空過程相關(guān)的空間。由于真空技術(shù)的廣泛應(yīng)用，用于多種工藝的真空系統(tǒng)也非常多樣。這次惰性氣體保護室在抽取充惰性氣體的過程中也屬于一種真空系統(tǒng)。根據(jù)工作壓力、工作狀態(tài)和清潔度，可以確認該惰性氣體保護室的真空系統(tǒng)屬于粗低真空范圍，是動態(tài)污染的真空系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下特點：1.工作壓力1×105Pa~1.33×102Pa2.運行中，根據(jù)工作需要，故意將惰性氣體放入真空室(動態(tài)真空系統(tǒng)的真空度由放氣量、泄漏量、吸入量決定)。5.2真空系統(tǒng)的設(shè)計特點此次設(shè)計將同時使用兩個不同功率的真空泵，完成快速真空萃取和精密真空萃取功能，滿足不同的真空度要求，提高生產(chǎn)率，降低系統(tǒng)運行成本。真空度達到要求后，可以停止高功率泵，用低功率泵代替高功率泵。另外，通過吸入克服系統(tǒng)，始終保持真空系統(tǒng)的真空度，確保焊接過程順利進行，從而縮短工作周期，降低運營成本。泵的選擇原則根據(jù)真空度原則：即在設(shè)計時需要達到的極限真空度和工作真空度，略高于所選主泵的極限真空度所需的極限真空度的一半。此外，每個泵都有最佳工作壓力范圍，設(shè)計時要確保吸入的容器的工作真空度被選為主泵最佳速度壓力范圍內(nèi)的中心。各種真空泵的工作壓力范圍見下圖。圖5.1根據(jù)提取的惰性氣體類型：不同惰性氣體在提取惰性氣體中占不同的比例，有時還會夾雜灰塵，從而決定泵的類型。根據(jù)投資費用，如果兩種以上的泵都適用，一般要通過經(jīng)濟指標來決定泵的選擇，比較經(jīng)濟指標時要注意整體，通過整個真空系統(tǒng)來考慮。根據(jù)上述因素的綜合考慮，選擇旋轉(zhuǎn)式真空泵的同時，還具有提高經(jīng)濟性、便于維護、體積小、操作簡單的優(yōu)點。5.3泵的型號確定泵的型號確定方式比較多，這次根據(jù)真空室大小和進氣時間，惰性氣體保護室容積為974L，超定進氣時間為10分鐘，要求壓力為6000Pa計算公式如下：S=(V/t)×ln(P1/P2)（5-1）=（974/600）×ln（101325×2/6000）=5.7L/s其中：S為真空泵抽氣速率(L/s)V真空室容積，L；t達到目標真空度耗時，s；P1起始壓強，Pa；P2目標壓強，Pa。真空室的大小主要受系統(tǒng)達到真空極限所需時間的影響。當進氣時間需要一定量時，真空室越大，主泵越大。否則進氣時間會很長。因此，選擇旋轉(zhuǎn)真空泵2XZ-8、功率1.1KW、轉(zhuǎn)速1450、極限壓力0.06Pa、提取速度8L/s。同時使用2XZ-4旋轉(zhuǎn)式真空泵、功率0.6KW、轉(zhuǎn)速1450、極限壓力0.06Pa的低功耗泵。5.4真空泵的連接為了實現(xiàn)快速真空萃取系統(tǒng)和精密真空萃取系統(tǒng)，選擇了萃取速度小但不同的兩個真空泵。因為快速吸入率真空泵的價格上漲了一倍。同時使用兩個真空泵的萃取速度基本上達到11=2的速度。但是費用卻大幅減少。另外，旋轉(zhuǎn)式真空泵可以獨立使用，發(fā)生故障時可以單獨修理，只能增加吸入時間，設(shè)備可以正常使用，起到備用作用。不同的連接方式可以起到調(diào)節(jié)速度的作用。以下為真空泵的具體連接方式1--旋片式真空泵2XZ-8;2旋片式真空泵2XZ-4;3,4,5,6閥門。圖5-2.當打開閥門3、5，關(guān)閉4、6，啟動1，實現(xiàn)8L/s抽速；當打開閥門6，關(guān)閉3、4、5。啟動2，實現(xiàn)4L/s抽速；快速抽真空模式可以通過關(guān)閉4，打開3、5、6，啟動1、2，實現(xiàn)12L/s抽速；精密抽真空模式打開閥門3、4，關(guān)閉閥門5、6，同時啟動1、2。精密抽真空的工作原理真空度低有如下兩點原因：旋轉(zhuǎn)式真空泵在結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計中有不可避免的有害空間，其中不能排除氣體。每次旋轉(zhuǎn)板通過排氣孔時，這部分氣體都會重新壓縮，通過轉(zhuǎn)子和泵之間的縫隙重新回到吸入空間，因此，每次工作行程中，一些氣體都不會排出。旋轉(zhuǎn)真空泵工作后，泵腔的吸入空間和排氣空間會出現(xiàn)一些壓力差異。在大多數(shù)情況下，排氣空間的惰性氣體壓縮得很小，壓力差異很大，惰性氣體通過多種途徑突破到吸入空間，泵的真空度可能會下降。長期以來，泵油在泵體內(nèi)的循環(huán)流動過程中溶解大量惰性氣體和蒸汽，這一端是泵吸入面，由于壓降，泵的真空度很難提高。因此，除了提高泵體、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子的加工精度和盡量減少裝配間距和危險空間外，提高泵極限真空的最有效方法是將兩個泵串聯(lián)連接起來。由于真空泵2的作用，真空泵1的入口和出口之間的壓力差異也很小，因此返回的壓縮惰性氣體量將減少，最終真空度將大幅提高。6.有限元分析在本設(shè)計中，激光加工保護腔體主要由S30408加工而成，在計算過程中，真空室處于重力作用下，四個支腿式支撐的底部表面的y方向位移受到限制。在真空室的外表面上施加標準的大氣壓力。同時，定義了法蘭所有面上的軸向表面載荷，并根據(jù)公式計算了力的值。我們進行靜態(tài)強度分析的馮米塞斯應(yīng)力等值線和位移等值線。從中可以看出，平均馮米塞斯應(yīng)力小于50兆帕，最大馮米塞斯應(yīng)力為96.8兆帕，分布在機艙與鞍座的接觸區(qū)域。加強環(huán)區(qū)域的馮·米塞斯應(yīng)力明顯小于相鄰區(qū)域，這兩個區(qū)域都足夠小，不會破壞結(jié)構(gòu)強度。所以加強環(huán)的主要目的是提高座支撐的剛度。馮·米塞斯應(yīng)力集中的不同程度出現(xiàn)在開口的臨近區(qū)域。開口直徑越大，程度越嚴重。由于加強環(huán)，應(yīng)力集中程度降低，特別是在直徑為1320毫米的兩個開口的相鄰區(qū)域。在無加固結(jié)構(gòu)中，門直徑5.5m法蘭相鄰區(qū)域的應(yīng)力集中明顯。然而，馮米塞斯應(yīng)力值約為60-70MPa，仍在材料的允許范圍內(nèi)。由于腔室外輪廓徑向尺寸不一致，門法蘭區(qū)域仍采用加強結(jié)構(gòu)來加強局部剛度。對于大多數(shù)開口，應(yīng)力集中的影響并不明顯。結(jié)果表明，去除直徑不大于400mm的開口的加固結(jié)構(gòu)是合理的。根據(jù)以上分析，使整個真空室的靜強度合格，加強了相鄰缺乏剛度區(qū)域的支柱。真空容器的最大位移為3mm，這發(fā)生在容器主體和容器法蘭連接的頂部。這是因為徑向結(jié)構(gòu)在這個中似乎是不連續(xù)的，這是水平真空容器不可避免的結(jié)果。顯然，該變形不利于保持腔室法蘭的曲率。變形從室前緣最大位移區(qū)域到室后頭和下室方向逐漸減小，兩個鞍座底面達到最小值0mm。在屈曲分析中。從第一模式到第6模式，負載乘數(shù)增加。然而，它們之間幾乎沒有差異或任何明顯的梯度，如預(yù)測。這主要是因為PES真空室是一個復(fù)雜的大跨度增強復(fù)合外殼。任何兩個加強環(huán)之間的跨度都不同的。所以在相同的模式下，每個段中的負載乘數(shù)都是不同的。這可以通過工程優(yōu)勢等式來驗證。在同一模態(tài)步驟中，各段的負荷乘數(shù)都不同。這表明，在屈曲分析期間，每一步的負載乘數(shù)器都有可能關(guān)閉。可以得到結(jié)論，最大的屈曲發(fā)生在機艙的第二部分，其中跨度最大。根據(jù)等式估算的臨界載荷，在計算中不考慮兩端加強結(jié)構(gòu)的影響。無論采用何種計算方法，當外部壓力小于0.6MPa時，腔室都不會發(fā)生不穩(wěn)定?？偨Y(jié)該設(shè)計的中心是激光加工氣氛保護腔體的裝置設(shè)計，這是在之前的學習中所沒有接觸過的領(lǐng)域，因此，在整個設(shè)計過程中只有通過不斷的學習和查閱資料，在確定裝置類型方面付出了很多努力。確定裝置類型后，找到相關(guān)資料，繼續(xù)翻閱壓力容器、化工設(shè)備等書籍，審查氣缸、磁頭、支撐、法蘭、檢修孔的設(shè)計制造和安全注意事項，并不斷進行修改。本裝置設(shè)計在選材及選型過程中一直注重經(jīng)濟性和環(huán)保性，通過查看大量現(xiàn)實案例，以經(jīng)濟實際為基礎(chǔ)，努力確保設(shè)備的制造順利進行。為了減少經(jīng)濟成本和制造難度，采用標準規(guī)格或根據(jù)標準零部件進行調(diào)整，以滿足強度剛度要求，從而確保運營的可靠性。并且對后期的維護具有良好的可交換性。但是，并非所有零件都可以使用標準零件。例如，磁頭和封頭部分需要快速的鎖設(shè)計。這項工作需要很多時間。最后，根據(jù)檢修孔的設(shè)計，經(jīng)常設(shè)計解鎖裝置的檢修孔受到了啟發(fā)。同時解決了生產(chǎn)制造的難題。但是，因為是非標準部件，所以在設(shè)計和制造領(lǐng)域非常依賴經(jīng)驗，無法進行具體的檢查。作為動態(tài)密封裝置，要多注意維護。此外，采用標準零件或修改為安全可靠的標準零件，有生產(chǎn)性制造的系統(tǒng)成熟的優(yōu)點，但設(shè)備的總重量比預(yù)想的要大得多。設(shè)備安裝后運輸不方便，所以要慎重考慮設(shè)備的部署。該裝置本質(zhì)上是壓力容器，因此工作后的安全問題特別重要，密封裝置的故障會降低使用性和安全性。設(shè)備的服務(wù)壽命難以預(yù)測，因此員工在使用期間要注意使用規(guī)范和維護。另外，激光復(fù)合增