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文檔簡介
1、<p><b> 目 錄</b></p><p><b> 緒論3</b></p><p> 第一章 壓縮空氣的特性4</p><p> 第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇5</p><p> 第三章 容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p> 3.1圓筒厚度
2、的設(shè)計(jì)6</p><p> 3.2封頭厚度的計(jì)算6</p><p> 3.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p> 3.4人孔的選擇7</p><p> 3.5接管,法蘭,墊片和螺栓(柱)9</p><p> 3.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11</p><p> 第四章 開孔
3、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)14</p><p> 4.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別14</p><p> 4.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍14</p><p> 4.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積14</p><p> 4.4補(bǔ)強(qiáng)面積15</p><p> 第五章 強(qiáng)度計(jì)算16</p><p> 5.1水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核16&l
4、t;/p><p> 5.2圓筒軸向彎矩計(jì)算17</p><p> 5.3圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算及校核18</p><p> 5.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核19</p><p> 5.5圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核20</p><p> 5.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核22</p><p><b
5、> 24</b></p><p><b> 第六章 25 </b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)27</b></p><p> 第一章 壓縮空氣的特性</p><p> 中文名稱: 壓縮空氣</p><p> English name:
6、 compressed air</p><p> 主要成分: 氮?dú)狻⒀鯕獾取?lt;/p><p> 外觀與性狀:無色無味</p><p> 沸點(diǎn)(℃):-192℃(101.3千帕)</p><p> 相對密度(水=1): 0.9</p><p><b> 健康危害:無</b></p&g
7、t;<p><b> 環(huán)境危害: 無</b></p><p><b> 燃燒危險(xiǎn): 無</b></p><p> 危險(xiǎn)特性:高壓常溫儲(chǔ)存,高溫劇烈震動(dòng)易爆。</p><p><b> 特性總述:</b></p><p> 壓縮空氣,即被外力壓縮的空氣。它
8、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。</p><p><b> 來源: </b></p><p> 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。</p><p><b> 作用或用途:</b&
9、gt;</p><p> 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。</p><p> 第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇</p><p> 1、設(shè)計(jì)題目:壓縮空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)</p><p> 2、最高工作壓力:
10、1.0</p><p> 3、工作溫度:0-100</p><p> 4、工作介質(zhì):壓縮空氣</p><p><b> 5、全容積:3</b></p><p><b> 6、設(shè)計(jì)壓力: 1</b></p><p> 7、設(shè)計(jì)溫度:100</p><
11、;p> 8、公稱直徑:根據(jù)筒體全容積,粗定筒體公稱直徑為1200mm。</p><p> 9、焊接接頭系數(shù):1.0</p><p> 10、主要元件材料的選擇:</p><p> 根據(jù)GB150-1998[1]表4-1,選用筒體材料為Q235-B(鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB6654);</p><p> 根據(jù)JB/T4731[2],鞍座選
12、用材料為Q235-B,其許用應(yīng)力 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT ;</p><p> 地腳螺栓選用符合GB/T 700規(guī)定的Q235,Q235的許用應(yīng)力 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT </p><p> 11、容器類別:第二類</p><p> 第三章 容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p>
13、<p> 3.1圓筒厚度的設(shè)計(jì)</p><p> 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%探傷,所以取焊縫系數(shù)為 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT 。</p><p> 假設(shè)圓筒的厚度在6~16mm范圍內(nèi),查GB150-1998中表4-1,可得:</p><p> 疲勞極
14、限強(qiáng)度 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT ,屈服極限強(qiáng)度 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT , \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT 下的許用應(yīng)力為 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT ,利用中徑公式</p><p><b> ?。?-1)</b></p>
15、<p> 查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998[3]表7-1知,鋼板厚度負(fù)偏差為,</p><p><b> 腐蝕裕量為</b></p><p> 則筒體的名義厚度 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT </p><p> 圓整后取為 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT &l
16、t;/p><p> 3.2封頭厚度的計(jì)算</p><p> 查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002[4]中表1,得公稱直徑</p><p> 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)</p><p><b> (3-2)</b></p><p> 同上,取 \
17、* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT , \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT </p><p> 則封頭的名義厚度為 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT </p><p> 圓整后取為 \* MERGEFORMAT </p><p> 3.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p
18、><p> 由封頭長短軸之比為2,即 \* MERGEFORMAT ,得 \* MERGEFORMAT </p><p> 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。</p><p> 取裝料系數(shù)為0.9,則</p><p> 即 \* MERGEFORMAT <
19、;/p><p> 算得 \* MERGEFORMAT </p><p> 圓整后取為 \* MERGEFORMAT </p><p> 表3-1 封頭尺寸表</p><p> 圖3-1 橢圓形封頭</p><p><b> 3.4人孔的選擇</b></p><p
20、> 根據(jù)HG/T 21518-95,查表3-3,選用凸面的法蘭,其明細(xì)尺寸見表3-2:</p><p> 表3-2 人孔尺寸表 單位:mm</p><p> 3.5接管、法蘭、墊片和螺栓(柱)</p><p> 3.5.1接管和法蘭</p><p> 該壓縮空氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置物料入口、物料
21、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:</p><p> 圖3-2 各管口方位</p><p> 查HG/T 20592-2009[6]中表8.2 3-1 PN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。</p><p> 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
22、密封面均采用RF(凸面密封)。</p><p> 將查得的各參數(shù)整理如表3-4</p><p><b> 3.5.2墊片</b></p><p> 查HG/T 20606-1997,得各管口的墊片尺寸如表3-3:</p><p> 表3-3 墊片尺寸表</p><p> 注:1:包覆金
23、屬材料為純鋁板,標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880,代號為L3,最高工作溫度200。</p><p> 2: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200。</p><p> 3:墊片厚度均為1.5mm。</p><p> 表3-4 各管口法蘭尺寸表</p><p> 3.5.3螺栓(螺柱)的選擇</p>
24、<p> 查HG/T 20613-2009[8]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:</p><p> 表3-5 螺栓及墊片</p><p> 3.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b> 3.6.1鞍座選型</b></p><p> 該臥式容器采
25、用雙鞍式支座,初步選用輕型鞍座,材料選用Q235-B。</p><p><b> 估算鞍座的負(fù)荷:</b></p><p> 罐總質(zhì)量 (3-3)</p><p><b> —筒體質(zhì)量:</b></p><p><b>
26、 —單個(gè)封頭的質(zhì)量,</b></p><p> —充液質(zhì)量:,水壓試驗(yàn)充滿水,故取介質(zhì)密度為, </p><p><b> 則</b></p><p> —附件質(zhì)量:人孔質(zhì)量為,其他接管總和為200kg,即</p><p><b> 綜上所述</b></p>&l
27、t;p> 則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量為,即為。</p><p> 查JB4712.1-2007[9]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:</p><p> 表3-6 鞍座尺寸表</p><p> 3.6.2鞍座的安裝位置</p><p> 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
28、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。</p><p><b> 即</b></p><p><b> 取</b></p><p> 鞍座的安裝位置如圖3-3所示:</p><p> 圖3-3 鞍座安裝位置</p><p> 第四章 開孔補(bǔ)
29、強(qiáng)設(shè)計(jì)</p><p> 根據(jù)[1]中式8.3,知該儲(chǔ)罐中只有人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p> 4.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別</p><p><b> 人孔開孔直徑為</b></p><p> 且 故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p> 接管材料選用Q235B,其許用應(yīng)力</
30、p><p> 根據(jù)GB150-1998中式8-1:</p><p><b> (4-1)</b></p><p><b> 式中:</b></p><p> 殼體開孔處的計(jì)算厚度</p><p><b> 接管的有效厚度</b></p>
31、<p><b> 強(qiáng)度削弱系數(shù)</b></p><p><b> 所以</b></p><p><b> 4.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍</b></p><p> 4.2.1有效寬度B</p><p> 按[1]中式8-7,得:</p><p&g
32、t;<b> (4-2)</b></p><p> 4.2.2外側(cè)有效高度</p><p> 根據(jù)[1]中式8-8,得:</p><p> 4.2.3內(nèi)側(cè)有效高度</p><p> 根據(jù)[1]中式8-9,得:</p><p><b> 4.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積</b>&
33、lt;/p><p> 根據(jù)[1]中式8-10 至式8-13,分別計(jì)算如下:</p><p><b> ?。?-3)</b></p><p><b> —筒體多余面積</b></p><p><b> —接管多余面積</b></p><p> —焊縫金
34、屬截面積,焊腳去7mm,則</p><p><b> 4.4補(bǔ)強(qiáng)面積</b></p><p> 因?yàn)?,所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)</p><p><b> 另行補(bǔ)強(qiáng)面積為</b></p><p><b> 第五章 強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p> 5
35、.1水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核</p><p><b> 試驗(yàn)壓力</b></p><p><b> 圓筒的薄膜應(yīng)力為</b></p><p> 即,所以水壓試驗(yàn)合格</p><p> 5.2圓筒軸向彎矩計(jì)算</p><p><b> 圓筒的平均半徑為</b&
36、gt;</p><p><b> 鞍座反力為</b></p><p> 5.2.1圓筒中間截面上的軸向彎矩</p><p> 根據(jù)[2]中式7-2,得:</p><p> 5.2.2鞍座平面上的軸向彎矩</p><p> 根據(jù)[2]中式7-3,得:</p><p>
37、; 圖5-1(a)筒體受剪力圖</p><p> 圖5-1(b)筒體受彎矩圖</p><p> 5.3圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算及校核</p><p> 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</p><p> 根據(jù)[2]中式7-4至式7-7計(jì)算</p><p><b> 最高點(diǎn)處:<
38、/b></p><p><b> (5-1)</b></p><p><b> 最低點(diǎn)處:</b></p><p><b> ?。?-2)</b></p><p> 5.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算及校核</p><p> 鞍座
39、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:</p><p> 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.</p><p> 取鞍座包角,查表7-1(JB/T4731-2005)得,.則</p><p> b).在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力:</p><p> 5.3.3圓筒軸
40、向應(yīng)力校核</p><p><b> ?。?-3)</b></p><p> 查圖4-8[10]得,,則</p><p><b> 滿足條件</b></p><p> 5.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核</p><p> 5.4.1圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算</p>
41、<p> 根據(jù)[2]中式7-9計(jì)算,查[2]中表7-2,得:</p><p><b> (5-4)</b></p><p> 5.4.2圓筒被封頭加強(qiáng)()時(shí),其最大剪應(yīng)力</p><p> 根據(jù)[2]中式7-10,計(jì)算得:</p><p><b> (5-5)</b></
42、p><p> 5.4.3切向剪應(yīng)力的校核</p><p> 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</p><p><b> 而</b></p><p> 故圓筒滿足強(qiáng)度要求。</p><p> 根據(jù)[2]中式7-12</p>&
43、lt;p><b> (5-6)</b></p><p><b> ?。?-7)</b></p><p><b> 故封頭滿足強(qiáng)度要求</b></p><p> 5.5圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核</p><p><b> 根據(jù)鞍座尺寸表知:</b>
44、;</p><p> 即,所以此鞍座墊片作為加強(qiáng)用的鞍座。</p><p> 5.5.1在橫截面的最低點(diǎn)處:</p><p> 根據(jù)[2]中式7—18</p><p> 其中(容器焊在支座上) (5-8)</p><p> 查[2]中表7-3知, </p><p
45、><b> 則</b></p><p> 5.5.2在鞍座邊角處</p><p> 由于 根據(jù)[2]中式7—20:</p><p> 由于 查[2]中表7-3知,則 (5-9)</p><p> 5.5.3鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力</p>
46、<p> 由于,根據(jù)[2]中式7—22</p><p> 5.5.4周向應(yīng)力校核</p><p> 根據(jù)[2]中式7.3.4.3</p><p> 故圓筒周向應(yīng)力強(qiáng)度滿足要求。</p><p> 5.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核</p><p> 5.6.1腹板水平分力及強(qiáng)度校核</p>&
47、lt;p> 根據(jù)[2]中表7—7</p><p> 鞍座包角,查[2]中表7—5得:。則</p><p> 墊板起加強(qiáng)作用,則:</p><p><b> 其中,,</b></p><p><b> 則</b></p><p><b> 則<
48、/b></p><p> 查[2]中表5—1,得:,則</p><p> 由于,所以其強(qiáng)度滿足要求。</p><p> 5.6.2鞍座壓縮應(yīng)力及強(qiáng)度校核</p><p> 根據(jù)[2]中表7—6,取</p><p> 則 ,鋼底板對水泥基礎(chǔ)的</p><p><b>
49、 則 </b></p><p> 所以壓應(yīng)力應(yīng)按[2]中式7—29計(jì)算:</p><p><b> ?。?-9)</b></p><p> 其中 ,</p><p><b> 筋板面積 </b></p><p><b>
50、; 腹板面積:</b></p><p><b> 形心:</b></p><p> 腹板與筋板組合截面斷面系數(shù):</p><p><b> 代入公式得</b></p><p><b> 取 則</b></p><p>
51、 根據(jù)[2]中式7—32進(jìn)行校核</p><p><b> 即滿足強(qiáng)度要求。</b></p><p><b> 第六章</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] GB150-1998,《鋼制壓力容器》</p><p
52、> [2] JB/T 4731-2005,《鋼制臥式壓力容器》</p><p> [3] HG20580-1998,《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》</p><p> [4] JB/T4746-2002,《鋼制壓力容器用封頭》</p><p> [5] HG/T 21517-2005,《回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔》</p><p>
53、[6] HG/T 20592-2009,《鋼制管法蘭》</p><p> [7] HG/T 20609-2009,《鋼制管法蘭用金屬包覆墊片》</p><p> [8] HG/T 20613-2009,《鋼制管法蘭用緊固件》</p><p> [9] JB4712.1-2007,《鞍式支座》</p><p> [10]《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》
54、 鄭津洋等 化學(xué)工業(yè)出版社</p><p> [12] 《壓力容器設(shè)計(jì)手冊》 董大勤 袁鳳隱</p><p> [13] 《化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》 潘永亮 劉玉良 科學(xué)出版社</p><p> [14] 《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書》 王 非 林 英</p><p> [15] 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 詹長福 機(jī)械工
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