課程設(shè)計立式多噴嘴水噴射真空泵設(shè)計

1、立式多噴嘴水噴射真空泵設(shè)計前言 隨著我國高等教育事業(yè)的迅速發(fā)展，實用型的設(shè)計已經(jīng)是迫在眉睫。本設(shè)計書正是關(guān)于立式多噴嘴水噴射真空泵的設(shè)計。 本設(shè)計書根據(jù)真空泵的設(shè)計參數(shù)，對真空泵的主要元件進行了強度，剛度，穩(wěn)定性的計算和設(shè)計。對真空泵的附件進行了選型，以及對真空泵質(zhì)量檢驗方法使用和進行焊縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計。最后提供了真空泵的裝配圖和水室部件圖 首先感謝張茂潤老師為本人提供的技術(shù)指導(dǎo)以及寶貴的經(jīng)驗，由于本人水平有限，加之初次進行這種設(shè)計，所以設(shè)計書中有諸多不完善之處，敬請廣大同仁和讀者指教。水噴射真空泵具有能耗低，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工容易，工作可靠無泄漏無運動部件維護( 維修) 簡單等優(yōu)點。這使得水噴

2、射真空系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。目前多級串連的組合式水噴射泵機組已經(jīng)投入使用， 可以獲得很高的真空度。然而雖然水噴射泵應(yīng)用前景廣闊，但是從目前國內(nèi)使用來看水噴射泵真空系統(tǒng)的使用并不普遍原因很多，歸結(jié)起來主要有（1）設(shè)計人員受傳統(tǒng)觀念束縛首先考慮機械式真空設(shè)備，采用其他的真空設(shè)備往往會承擔(dān)風(fēng)險，且易受業(yè)主的影響。（2）業(yè)主根據(jù)經(jīng)驗，往往認(rèn)識不到水噴射泵真空系統(tǒng)的各種優(yōu)勢，會提出采用機械式真空設(shè)備的要求。（3）社會的普及情況，從而形成一種慣性，得不到進一步的推廣。（4）設(shè)計制作及使用方面的原因正是因為這些原因，雖然水噴射泵真空設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)多年。采用水噴射真空系統(tǒng)從各方面來說都是效益顯著的，在實際生產(chǎn)使

3、用中由于設(shè)計制作安裝及使用過程中存在的各種問題，往往出現(xiàn)系統(tǒng)無法達到系統(tǒng)能力或設(shè)備短壽命等情況。因此優(yōu)良的設(shè)計制作，以及正確的安裝使用及維護可以充分發(fā)揮水噴射真空系統(tǒng)的能力，提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本。 最次再次感謝張茂潤老師，在這炎炎夏日，不辭辛苦的指導(dǎo)我們完成設(shè)計。對此表示由衷的感謝。 目 錄前言1第一章：水室的設(shè)計11.1 水室筒體的設(shè)計11.1.1 設(shè)計參數(shù)的確定11.1.2 筒體壁厚的強度計算21.1.3 筒體壁厚的剛度計算21.2筒體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計21.2.1法蘭的設(shè)計及密封面的選型21.2.2 墊片的設(shè)計及螺栓、螺母、墊圈的設(shè)計31.3 進液管的設(shè)計41.3.1 進液管直徑的設(shè)

4、計41.3.2進液管長度的設(shè)計及裝配尺寸41.3.3進液管法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計4一、管法蘭的設(shè)計及密封面的選型4二、墊片的設(shè)計及螺栓、螺母的設(shè)計51.4筒體長度的確定61.5壓力表接管及法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計61.5.1 接管的設(shè)計61.5.2 法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計7一、法蘭的設(shè)計及密封面的選型7二、墊片的設(shè)計及螺栓、螺母的設(shè)計71.6水室的部件圖8第二章：平板封頭的設(shè)計92.1平板封頭的強度計算92.1.1設(shè)計參數(shù)的確定92.1.2 平板封頭壁厚的設(shè)計92.1.3 平板封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計10第三章 噴板的設(shè)計113.1 噴嘴孔在噴板上的布置113.2 噴板的穩(wěn)定性計算123.2.1 設(shè)計外壓的確定123

5、.2.2 穩(wěn)定性計算12第四章 真空室的設(shè)計134.1 真空室的長度設(shè)計134.1.1圓筒的長度設(shè)計14一、進氣管直徑的確定14二、圓筒長度的確定144.1.2圓錐殼的長度設(shè)計144.2 真空室的穩(wěn)定性計算154.2.1設(shè)計外壓的確定154.2.2筒體壁厚的設(shè)計15一試差法15二、圖算法164.2.3 圓錐殼壁厚的設(shè)計164.3 真空室的法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計174.3.1外壓圓筒的法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計174.3.2外壓圓錐殼的法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計17一、管法蘭的設(shè)計及密封面的選型17二、墊片的設(shè)計及螺栓、螺母的設(shè)計184.3.3進氣管法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計19一、法蘭的設(shè)計及密封面的選型19二、墊片的設(shè)計及螺栓

6、、螺母的設(shè)計194.3.4進氣管的裝配尺寸204.3.5支座的裝配尺寸204.3.6真空表接管的裝配尺寸204.4 真空室的部件圖20第五章 噴嘴的設(shè)計215.1噴嘴的設(shè)計215.2防旋裝置的設(shè)計22第六章 喉管、尾管的結(jié)構(gòu)設(shè)計226.1 喉管的設(shè)計226.2.1尾管的設(shè)計236.2.2 法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計23一、管法蘭的設(shè)計及密封面的選型23二、墊片的設(shè)計及螺栓、螺母的設(shè)計24第七章 壓力試驗257.1水室的水壓試驗257.1.1試驗壓力的確定257.1.2壓力試驗的強度校核257.1.3水壓試驗的操作257.2真空室的氣壓試驗267.2.1試驗壓力的確定267.2.2壓力試驗的強度校核267

7、.2.3氣壓試驗的操作26第八章 支座的設(shè)計278.1 設(shè)備工作時總質(zhì)量的估算27（一）水室的金屬質(zhì)量27（二）真空室的金屬質(zhì)量27（三）噴板及噴嘴的金屬質(zhì)量28（四）尾管的金屬質(zhì)量28（五）附件的金屬質(zhì)量288.1.2操作介質(zhì)的質(zhì)量（）的估算288.2支座的選型及尺寸設(shè)計298.2.1支座的選型298.2.2支座的尺寸設(shè)計29第九章 開孔補強的設(shè)計計算309.1 水室開孔補強的設(shè)計計算309.1.1水室的筒體開孔后被削弱的金屬面積的計算309.1.2 有效補強區(qū)內(nèi)起補強作用的面積計算30一、筒體起補強作用金屬面積的計算30二、接管起補強作用金屬面積的計算31三、焊縫起補強作用金屬面積的計算3

8、19.1.3 補強面積的的確定319.2真空室開孔補強的設(shè)計計算329.2.1真空室的筒體開孔后被削弱的金屬面積的計算329.2.2 有效補強區(qū)內(nèi)起補強作用的面積計算32一、筒體起補強作用金屬面積的計算32二、接管起補強作用金屬面積的計算33三、焊縫起補強作用金屬面積的計算339.2.3 補強面積的的確定33第十章 主要焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計34第十一章 裝配圖及主要部件圖的設(shè)計3511.1技術(shù)特性表3511.2接管表3611.3技術(shù)要求3611.4標(biāo)題欄及明細表3711.5 裝配圖及部件圖38參 考 文 獻38由設(shè)計條件單可知，設(shè)計的噴射真空泵的內(nèi)徑為，噴板上按等邊三角形方式布置若干個噴嘴，利

9、用噴嘴將水的絕大部分靜壓能轉(zhuǎn)化為動能，使水高速噴出，將氣室中的氣體帶出而形成真空。裝置上設(shè)有2個工藝接口、4個耳式支座、2個測控接口。設(shè)計主要內(nèi)容有：（1） 水室的強度、剛度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2） 平板封頭的強度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計； （3）噴板的穩(wěn)定性計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計；（4）真空室的穩(wěn)定性計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計；（5）噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計；（6）喉管、尾管的結(jié)構(gòu)設(shè)計；（7）水室的水壓試驗；（8）真空室的氣壓試驗；（9）支座的選型及校核;（10）進液管、進氣管開孔補強的設(shè)計計算；（11）主要焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計；（12）繪制總裝配圖及水室部件圖等。第一章：水室的設(shè)計水室的作用：貯存具有一定壓力的引射流體水，并容納若

10、干個噴嘴。由條件設(shè)計單中可知水室的工作壓力為，屬低壓設(shè)備；操作介質(zhì)為水，不具有污染性；操作溫度為室溫，因此，筒體和接管材料均選用q235-b，法蘭材料選用16mn，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。 1-法蘭；2-筒體；3-儀表接管；4-進液管 圖1 水室的結(jié)構(gòu)1.1 水室筒體的設(shè)計1.1.1 設(shè)計參數(shù)的確定設(shè)計壓力： 1.1，取1.1=1.10.2液體靜壓： 按筒高近似為 估算=0.01，因=0.01=0.011，故可以忽略。計算壓力： = = 1.10.2設(shè)計溫度： 25+15=40焊縫系數(shù)： （單面焊透,不做無損探傷）鋼板負偏差： 0.25（gb6654-96）因設(shè)備材料為尚耐腐蝕材料且為微弱單面腐

11、蝕故取腐蝕裕量： 11.1.2 筒體壁厚的強度計算假設(shè)筒體壁厚的，由q235-b、=25、查鋼板的許用應(yīng)力表可知113。根據(jù)得：考慮，則=，圓整由于，故假設(shè)的筒體壁厚太大，應(yīng)重新假設(shè)，考慮到設(shè)計壓力較小，因此，強度條件已不是確定筒體壁厚的主要因素，應(yīng)按剛度條件設(shè)計筒體壁厚。 1.1.3 筒體壁厚的剛度計算對于q235-b制容器，當(dāng)3800 ，2/1000且不小于3，另加并圓整至。故：考慮到筒體加工壁厚不小于5mm，取。圖2 法蘭的結(jié)構(gòu)與尺寸圖2 法蘭的結(jié)構(gòu)與尺寸1.2筒體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計1.2.1法蘭的設(shè)計及密封面的選型根據(jù)法蘭的dn=500、pn=0.25查表可知：法蘭的類型為甲型平焊法蘭

12、；密封面的型式為平密封面，結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2。法蘭標(biāo)記：法蘭 500-0.25 jg/t4701-2002。材 料： 16mn螺栓規(guī)格： 16螺栓數(shù)量： 20法蘭數(shù)量： 31.2.2 墊片的設(shè)計及螺栓、螺母、墊圈的設(shè)計根據(jù)密封的介質(zhì)為水，操作溫度為25，操作壓力為0.2，由墊片選用表可知：選用橡膠墊片，材料為橡膠板（gb/t3985）。墊片的尺寸如圖3。墊片標(biāo)記：hg20606 墊片 ff 500-0.25 xb350本設(shè)計選用六角頭螺栓（a級、gb/t5780-2000）、型六角螺母（a級、gb/t41-2000）、平墊圈（100hv、gb/t 95-2002）螺栓長度的計算：螺栓的長度由法蘭

13、的厚度（）、平板封頭的厚度()、墊片的厚度（）、螺母的厚度（）、墊圈厚度（）、螺栓伸出長度(0.30.5)確定。其中=30、=14(見第二章)、=3、=14.8、3、螺栓伸出長度取=0.418。與平板封頭聯(lián)接的螺栓長度為：取長度。螺栓標(biāo)記： 螺栓gb/t5780-2000 m1680 材 料： q235-a螺母標(biāo)記： 螺母gb/t41-2000 m162材 料： q235-a墊圈標(biāo)記： 墊圈gb/t 952002 -16-100 hv 1.3 進液管的設(shè)計1.3.1 進液管直徑的設(shè)計 取進液管液體流速 q一般取0.6 由得：根據(jù)得：由查鋼管標(biāo)準(zhǔn)可知：進液管，外徑、壁厚。開孔直徑170.26所以

14、不需要補強。9.2真空室開孔補強的設(shè)計計算真空室的筒體上有兩個開孔，即儀表接口和進氣管接口。由于進氣管開孔尺寸最大，因此，只需對進氣管孔進行補強計算。9.2.1真空室的筒體開孔后被削弱的金屬面積的計算式中：219-12+2(1+610%)210.2（）=163/113=1.441.0，取1.0將已知值代入得： = 85.13（mm2）9.2.2 有效補強區(qū)內(nèi)起補強作用的面積計算一、筒體起補強作用金屬面積的計算式中 取兩者中較大值，取筒體的有效壁厚5-1.253.75（）將已知值代入得：二、接管起補強作用金屬面積的計算式中 取兩者中較小值，=0.140（）將上述值代入得：302.5（2）三、焊縫

15、起補強作用金屬面積的計算焊縫高度6（）62=18（2）起補強作用的總面積為：617.99+302.5+18=938.49()9.2.3 補強面積的的確定 因為=617.99+302.5+18=938.49()85.13所以不需要補強。第十章 主要焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計焊接是將需要連接的零件，通過在連接處加熱熔化金屬得到結(jié)合的一種加工方法，是一種不可拆連接。具有工藝簡單、連接強度高、結(jié)構(gòu)重量輕等優(yōu)點，在化工容器及設(shè)備的制造行業(yè)中應(yīng)用廣泛。工件焊接后所形成的接縫稱為焊縫。設(shè)備的主要焊縫有水室、真空室殼體的縱向焊縫；進液管、進氣管與殼體的連接焊縫；儀表接管與殼體連接的焊縫；殼體與法蘭的連接焊縫。 水室

16、、真空室殼體的縱向焊縫，按焊接坡口的基本形式與尺寸（gb985-88）進行設(shè)計；液管、進氣管與殼體的連接焊縫，按焊接坡口的基本形式與尺寸（hgj17-89）進行設(shè)計；儀表接管與殼體連接的焊縫，按焊接坡口的基本形式與尺寸（hgj17-89）進行設(shè)計；法蘭的焊接按相應(yīng)法蘭標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。有關(guān)的設(shè)計結(jié)果如圖24。 圖24主要焊縫結(jié)構(gòu)與尺寸第十一章 裝配圖及主要部件圖的設(shè)計11.1技術(shù)特性表 技術(shù)特性表 工作壓力水 室 0.2/ mpa 工作溫度/ 水室 25 真空室 680mmhg真空室 25 設(shè)計壓力水 室 0.2 / mpa 設(shè)計溫度/ 水室 40 真空室 0.2/ mpa 真空室 40 物料名稱

17、水 室： 水腐蝕裕度/ mm水室 1.0真空室： 空氣真空室 1.0 焊縫系數(shù)水 室 0.6真空室 0.6 容器類別 11.2接管表接管表編號公稱尺寸聯(lián)接尺寸標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接面形式名 稱a200pn0.25dn200hg20592rf氣體進口b20pn 0.25dn20 hg20592rf壓力表接口c200pn0.25dn200hg20592rf進水管d20pn 0.25dn 20hg20592rf真空表接口11.3技術(shù)要求技 術(shù) 要 求 （1）本設(shè)備按gb150鋼制壓力容器和hgj18-89鋼制化工容器制造技術(shù)要求進行制造、試驗和驗收，并接受勞動部頒發(fā)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的監(jiān)督。（2）焊接采用電

18、弧焊，水室和真空室焊條牌號j427。（3）焊接接頭型式及尺寸除圖中注明外，按hgj17-89中規(guī)定，對接焊縫為du19，接管與筒體、封頭的焊縫為g1，角焊縫的焊角尺寸按較薄板的厚度，法蘭的焊接按相應(yīng)法蘭標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。（4）設(shè)備上的類和類焊縫應(yīng)進行無損探傷檢查，探傷長度20%，射線探傷符合gb332389規(guī)定中級合格；超聲波探傷符合jb 115281規(guī)定中級合格。（5）壓力試驗和致密性試驗水室制造完畢后，以0.32進行水壓試驗；真空室以0.2的壓縮空氣做內(nèi)壓進行致密性試驗。（6）所有管接口除注明外伸長度外，其余為150（7）管口及支座方位見本圖。（8）設(shè)備檢驗合格后，外殼涂兩層紅丹漆，再涂一層銀

19、粉漆。11.4標(biāo)題欄及明細表35gb/t95-2002墊圈30 /17 =3mm 16100hv34gb/t41-2000螺母m 1628q235-a0.0290.23233gb/t5780-2000螺栓m 16808q235-a0.1651.3232jb/t4725-2000耳式支座b24q235-af 3.012組合件31hg20593法蘭pl200-0.25 rf116mnr6.856.8530gb13296接管20061q235-b7.902=20029防旋十字擋環(huán)13聚四氟乙烯28手 柄2q235-a2.027平板封頭1q235-b21.726gb/t95-2002墊圈37 /21 =3mm 72100hv25gb/t41-2000螺母m 16220q235-a0.0290.5824gb/t5780-2000螺栓m 165020q235-a0.1653.3023jb/t4704-2000墊片mm1石棉橡膠板22hg20593法蘭pl20-0.25 rf2q235-b0.61.221gb8163接管2732q235-b0.310.62=15020噴 嘴13kmtbcr21.3918.07組合件19筒體5005 , h=4001q235-b10618gb/t95-2002墊圈30 /17 =3mm 72100hv17gb/t41-2000螺母m 16220q235-