壓縮空氣儲罐課程設(shè)計

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)計參數(shù)的選擇5</p><p>　　第三章 容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計6</p><p>　　3.1圓筒厚度

2、的設(shè)計6</p><p>　　3.2封頭厚度的計算6</p><p>　　3.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計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11</p><p>　　第四章 開孔

3、補強設(shè)計14</p><p>　　4.1補強設(shè)計方法判別14</p><p>　　4.2有效補強范圍14</p><p>　　4.3有效補強面積14</p><p>　　4.4補強面積15</p><p>　　第五章 強度計算16</p><p>　　5.1水壓試驗應(yīng)力校核16&l

4、t;/p><p>　　5.2圓筒軸向彎矩計算17</p><p>　　5.3圓筒軸向應(yīng)力計算及校核18</p><p>　　5.4切向剪應(yīng)力的計算及校核19</p><p>　　5.5圓筒周向應(yīng)力的計算和校核20</p><p>　　5.6鞍座應(yīng)力計算及校核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： 氮氣、氧氣等。</p><p>　　外觀與性狀：無色無味</p><p>　　沸點(℃)：－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： 無</b></p><p>　　危險特性：高壓常溫儲存，高溫劇烈震動易爆。</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：清晰透明，輸送方便，沒有特殊的有害性能，沒有起火危險，不怕超負荷，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)過空氣壓縮機加壓后達到理想的壓力。</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)計參數(shù)的選擇</p><p>　　1、設(shè)計題目：壓縮空氣儲罐設(shè)計</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)計壓力： 1</b></p><p>　　7、設(shè)計溫度：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（鋼材標準為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</p>

13、<p>　　3.1圓筒厚度的設(shè)計</p><p>　　由于該容器儲存壓縮空氣，所以該容器的焊縫都要采用全焊透結(jié)構(gòu)，需要對該儲罐進行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、限強度 \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT ，屈服極限強度 \* 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>　　查標準HG20580-1998[3]表7-1知，鋼板厚度負偏差為,</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封頭厚度的計算</p><p>　　查標準JB/T4746-2002[4]中表1，得公稱直徑</p><p>　　選用標準橢圓形封頭，長短軸比值為2，根據(jù)[1]中橢圓形封頭計算中式（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</p

18、><p>　　由封頭長短軸之比為2，即 \* MERGEFORMAT ，得 \* MERGEFORMAT </p><p>　　查標準[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>　　該壓縮空氣儲罐應(yīng)設(shè)置物料入口、物料

21、出口、溫度計口、壓力表口、安全閥口、液面計口、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，標準為GB/T 3880，代號為L3，最高工作溫度200。</p><p>　　2：填充材料為有機非石棉纖維橡膠板有機材料，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</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、　　—單個封頭的質(zhì)量，</b></p><p>　　—充液質(zhì)量：，水壓試驗充滿水，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，當無法滿足A小于等于時，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

29、強設(shè)計</p><p>　　根據(jù)[1]中式8.3，知該儲罐中只有人孔需要補強。</p><p>　　4.1補強設(shè)計方法判別</p><p><b>　　人孔開孔直徑為</b></p><p>　　且 故可采用等面積法進行補強計算</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>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　殼體開孔處的計算厚度</p><p><b>　　接管的有效厚度</b></p>

31、<p><b>　　強度削弱系數(shù)</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　4.2有效補強范圍</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有效補強面積</b>&

33、lt;/p><p>　　根據(jù)[1]中式8-10 至式8-13，分別計算如下：</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補強面積</b></p><p>　　因為，所以開孔需另行補強</p><p><b>　　另行補強面積為</b></p><p><b>　　第五章 強度計算</b></p><p>　　5

35、.1水壓試驗應(yīng)力校核</p><p><b>　　試驗壓力</b></p><p><b>　　圓筒的薄膜應(yīng)力為</b></p><p>　　即，所以水壓試驗合格</p><p>　　5.2圓筒軸向彎矩計算</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計算</p><p><b>　　最高點處：<

38、/b></p><p><b>　　（5-1）</b></p><p><b>　　最低點處：</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，按下式計算：</p><p>　　a).當圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強圈或被封頭加強（即）時，軸向應(yīng)力位于橫截面最高點處.</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)力的計算及校核</p><p>　　5.4.1圓筒切向剪應(yīng)力的計算</p>

41、<p>　　根據(jù)[2]中式7-9計算，查[2]中表7-2，得：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　5.4.2圓筒被封頭加強（）時，其最大剪應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)[2]中式7-10，計算得：</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>　　故圓筒滿足強度要求。</p><p>　　根據(jù)[2]中式7-12</p>&

43、lt;p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　故封頭滿足強度要求</b></p><p>　　5.5圓筒周向應(yīng)力的計算和校核</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用的鞍座。</p><p>　　5.5.1在橫截面的最低點處：</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)力強度滿足要求。</p><p>　　5.6鞍座應(yīng)力計算及校核</p><p>　　5.6.1腹板水平分力及強度校核</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，所以其強度滿足要求。</p><p>　　5.6.2鞍座壓縮應(yīng)力及強度校核</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計算：</p><p><b>　　（5-9）</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進行校核</p><p><b>　　即滿足強度要求。</b></p><p><b>　　第六章</b></p><p><b>　　參考文獻</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》

54、 鄭津洋等 化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[12] 《壓力容器設(shè)計手冊》 董大勤 袁鳳隱</p><p>　　[13] 《化工機械基礎(chǔ)課程設(shè)計》 潘永亮 劉玉良 科學(xué)出版社</p><p>　　[14] 《化工設(shè)備設(shè)計全書》 王 非 林 英</p><p>　　[15] 《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書》 詹長福 機械工