空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求1、 設(shè)計(jì)題目：空氣儲(chǔ)罐的機(jī)械設(shè)計(jì)2、最高工作壓力：0.83、工作溫度：常溫4、工作介質(zhì)：空氣5、全容積：16設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇：設(shè)計(jì)壓力 ：取1.1倍的最高壓力，0.88MP1.6屬于低壓容器。筒體幾何尺寸確定：按長(zhǎng)徑比為3.6，確定長(zhǎng)L=640000mm,D=1800mm設(shè)計(jì)溫度取50因空氣屬于無(wú)毒無(wú)害氣體，材料取Q345為低合金鋼，合金元素含量較少，其強(qiáng)度，韌性耐腐蝕性，低溫和高溫性能均優(yōu)于同含量的碳素鋼，是壓力容器專用鋼板，主要用于制造低壓容器和多層高壓容器！封頭設(shè)計(jì)：橢圓形封頭是由半個(gè)橢圓球面和短圓筒組成，球面與筒體間有直邊段。直邊段可以避免封頭和和筒體的連接焊縫處出

2、現(xiàn)經(jīng)向曲率突變，以改善曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻；且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易沖壓成型，在實(shí)際生產(chǎn)中多有模具，是目前中低壓容器應(yīng)用較多的封頭。因此選用以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的 標(biāo)準(zhǔn) 型橢圓形 封頭 為了防止熱應(yīng)力和邊緣應(yīng)力的疊加，減少應(yīng)力集中，在封頭和筒體連接處必須有一段過(guò)渡的直邊段，直邊段的高度依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇。 封頭材料與筒體相同，選用頭和筒體連接處必須有一段過(guò)渡的直邊段，直邊段的高度依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇。 選材和筒體一致Q345R接管設(shè)計(jì)3.4 接管設(shè)計(jì) 優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強(qiáng)度較低，塑性好，焊接性能好，因此在化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮。 優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強(qiáng)度較高，韌性

3、較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇 20 號(hào)優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無(wú)縫鋼管制作各型號(hào)接管3.5 法蘭設(shè)計(jì) 法蘭連接的強(qiáng)度和緊密性比較好，裝拆也比較方便，因而在大多數(shù)場(chǎng)合比螺紋連接、承插式連接、鉚焊連接等型式的可拆連接顯得優(yōu)越，從而獲得廣泛應(yīng)用。 平焊法蘭連接剛性較差，只能在低壓，直徑不太大，溫度不高的情況下使用。由于Q345R 為碳素鋼，設(shè)計(jì)溫度 50 300 ，且介質(zhì)無(wú)毒無(wú)害，可以選用帶頸平焊法蘭，即 SO 型法蘭。 儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力較小要保證法蘭連接面的緊密性，必須合適地選擇壓緊面的形狀。對(duì)于壓力不高的場(chǎng)合，常用突臺(tái)形壓緊面 。突面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，裝

4、卸容易，且便于進(jìn)行防腐襯里。儲(chǔ)罐由于設(shè)計(jì)壓力為 0.88MPa，空氣無(wú)毒無(wú)害，可選擇突面（RF）壓緊面。 由于法蘭鋼件的質(zhì)量較大，需要承受大的沖擊力作用，塑性、韌性和其他方面的力學(xué)性能也較高，所以不用鑄鋼件，可以采用鍛鋼件。接管材料為 20 號(hào)鋼，法蘭材料選用 20鍛鋼。3.6接管與法蘭分配3.6.6 N1、N2空氣進(jìn)、出口 公稱尺寸 DN250，接管尺寸j 273 x6 。接管采用無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼。伸出長(zhǎng)度為 150mm 。 選取 0.88MPa 等級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO300-2.5 RF3.6.2 N3排污口； 公稱尺寸 DN40，接管采用 4

5、5 x3.5 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為 150mm。選取 0.88MPa 等級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO40-1.6 RF3.6.3 N4安全閥口 公稱尺寸 DN80，接管采用 j89 x4 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為 150mm。根據(jù) GB12459-99，選用 90彎頭；彎頭上方仍有一定外伸量。選取 0.88MPa 等級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO80-1.6RF3.6.4 N5壓力表口 公稱尺寸 DN25，接管采用j 32 x3.5 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為 150mm。 根據(jù) GB12459

6、-99，選用 90彎頭；彎頭上方仍有一定外伸量。選取 0.88MPa 等級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO25-1.6 RF3.6.5 N6（備用口）公稱尺寸 DN80，接管采用j 89 x4 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為 150mm。需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。選取 0.88MPa 等級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO80-1.6 RF3.7彎頭設(shè)計(jì) N4 為安全閥口，安全閥在容器中起安全保護(hù)作用。當(dāng)容器壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，安全閥打開(kāi)，將系統(tǒng)中的一部分氣體/流體排入大氣/管道外，使系統(tǒng)壓力不超過(guò)允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過(guò)高而發(fā)生事故。由于沖出壓力較大

7、，閥口不可直接對(duì)人，因此需 90安裝，用彎頭過(guò)渡。標(biāo)記為：彎頭 DN80 90 N5 為壓力表口。為方便讀數(shù)，壓力表需豎直安裝于管口，因此接管要通過(guò) 90彎頭過(guò)渡至豎直面，再安裝壓力表。標(biāo)記為：彎頭 DN25 90 3.8 人孔設(shè)計(jì) 在化工設(shè)備中，開(kāi)設(shè)人孔是為了便于內(nèi)部附件的安裝，修理和襯里，防腐以及對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行檢查、清洗。對(duì)于壓力容器，為了便于移動(dòng)沉重的人孔蓋，蓋子通常做成回轉(zhuǎn)形式。本儲(chǔ)罐由于尺寸較大，人孔直徑也較大，可使用回轉(zhuǎn)蓋人孔。3.8.1 人孔接管及法蘭設(shè)計(jì) 公稱尺寸為 500mm。接管采用 530 10 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為150mm。選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人

8、孔。法蘭采用帶頸平焊突面法蘭，材料為 20鍛鋼，法蘭標(biāo)記為 500-1.6 RF。 法蘭蓋設(shè)計(jì) 法蘭蓋根據(jù)配套選擇，采用 A 型蓋軸耳，材料與接管同， 鋼20 標(biāo)記為：BL500-1.6RF。緊固件選用 與法蘭蓋之間必須加墊片密封。在采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭的情況下，選擇恰當(dāng)?shù)膲|片可以提高密封效果。根據(jù)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力，可選用石棉橡膠板（XB350）作為墊片材料。該材料應(yīng)用廣泛，使用溫度可達(dá) 450，壓力小于 6MPa 的場(chǎng)合。墊片型號(hào)標(biāo)記為：RF 500-1.6 法蘭蓋與法蘭連接的螺柱可選用 M24 的螺桿。3.9 支座選擇 化工容器設(shè)備大都通過(guò)支座加以固定。支承式支座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，不需要專門的

9、框架、鋼梁來(lái)支承設(shè)備，可直接把設(shè)備載荷傳到較低的基礎(chǔ)上。此外，它能比其他型式的支座提供較大的操作、安裝和維修空間。由于支承式支座對(duì)所在設(shè)備封頭產(chǎn)生的局部應(yīng)力相對(duì)較大，故在采用這種支座時(shí)，需增設(shè)墊板。根據(jù)公稱直徑，本儲(chǔ)罐選用 B 型第 4組支承性支座。支座標(biāo)記為：支座 4B 圖 3-4 支承型支座 3.10 吊耳選擇 由于本儲(chǔ)罐高度較高，為方便起吊、移動(dòng)設(shè)備，在筒體頂部加設(shè)吊耳。 圖 3-5 吊耳3.11 焊接型式及結(jié)構(gòu)3.11.1 筒體焊接接頭系數(shù)選取 根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)，取焊縫形式為相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭，無(wú)損探傷要求為局部。 焊接系數(shù) 0.853.假設(shè)圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為

10、 50，查 查GB150-1998中表4-1得該溫度下 Q345R 許用應(yīng)力 t= 170MPa,=170MP.筒體厚度計(jì)算：取鋼板負(fù)偏差 C1 =0.3mm 鋼板腐蝕裕量 C2=1mm向上圓整取為10mm封頭厚度設(shè)計(jì)：封頭個(gè)參數(shù)和筒體相同，只有焊接系數(shù)因?yàn)殇摪逭w沖壓而成所以取1.0，故封頭計(jì)算厚度：向上圓整取10mm，也滿足焊接方面。實(shí)驗(yàn)壓力確定采用液壓實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)壓力所以液壓試驗(yàn)應(yīng)力合格.3.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由封頭長(zhǎng)短軸之比為2，即，得查標(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(jiàn)表3-1和圖3-1。取裝料系數(shù)為0.9，則即算得 圓整后取為3.6鞍座選

11、型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.6.1鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用Q345R。估算鞍座的負(fù)荷：罐總質(zhì)量 （3-3）筒體質(zhì)量：?jiǎn)蝹€(gè)封頭的質(zhì)量，查標(biāo)準(zhǔn)封頭質(zhì)量表m2=294.3kg充液質(zhì)量：，水壓試驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度為， 則附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為，其他接管總和為200kg，即綜上所述m0=m/4=5589.34kg則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量為5589.34kg，即為55.90KN350KN ,滿足要求。鞍座的安裝位置如圖3-3所示：第四章 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)4.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別 根據(jù) GB150 規(guī)定，接管必要時(shí)必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。對(duì)管 N1、N2、N6、N7 進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法法進(jìn)

12、行接管補(bǔ)強(qiáng)。據(jù)前筒體與封頭計(jì)算，其計(jì)算壁厚 名義厚度為10mmN1N2空氣進(jìn)、出口管：公稱尺寸 DN250接管尺寸 273 x6mm 且 故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算以 20 號(hào)鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計(jì)溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 t 130MPa焊接接頭系數(shù)j=1接管計(jì)算厚度： 鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x0.93=0.093mmC2=1mmC=C1+C2=1.1mm名義厚度為6mm強(qiáng)度削弱系數(shù)開(kāi)孔直徑d=di+2C=261+2.2=263.2mm 開(kāi)孔切削截面積： （4-1）=263.2x4.66+2x4.66x(6-1.1)(1-0.765)=1237.4mm24.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍4.2

13、.1有效寬度BB1=2d=2x263.2=526.4mm （4-2）4.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-8，得：4.2.3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-9，得：4.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)1中式8-10 至式8-13，分別計(jì)算如下： （4-3）筒體多余面積接管多余面積焊縫金屬截面積，焊腳去7mm，則4.4補(bǔ)強(qiáng)面積同樣對(duì)N4安全閥口 公稱尺寸 DN80，接管采用 j89 x4 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為 150mm 且 故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算以 20 號(hào)鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計(jì)溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 t 130MPa焊接接頭系數(shù)j=1接管計(jì)算厚度： 鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x

14、0.30=0.03mmC2=1mmC=C1+C2=1.03mm名義厚度為4mm強(qiáng)度削弱系數(shù)開(kāi)孔直徑d=di+2C=89+2.1=91.2mm 開(kāi)孔切削截面積： （4-1）=91.2.2x5.5+2x5.5x(4-1.1)(1-0.765)=487.8mm24.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍4.2.1有效寬度BB1=2d=2x91.2.2=182.4mm （4-2）4.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-8，得：4.2.3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-9，得：4.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)1中式8-10 至式8-13，分別計(jì)算如下： （4-3）筒體多余面積接管多余面積焊縫金屬截面積，焊腳去6mm，則4.4補(bǔ)強(qiáng)面積因?yàn)?，所以開(kāi)孔

15、需另行補(bǔ)強(qiáng)487.8-387.5=100.3mm同樣對(duì)N公稱尺寸為 500mm。接管采用j 530x 10 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為150mm。 且 故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算以 20 號(hào)鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計(jì)溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 t 130MPa焊接接頭系數(shù)j=1內(nèi)徑d=530-10x2=510mm接管計(jì)算厚度： 鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x1.730=0.173mmC2=1mmC=C1+C2=1.173mm名義厚度為10mm強(qiáng)度削弱系數(shù)開(kāi)孔直徑d=di+2C=510+1.8x2=513.6mm 開(kāi)孔切削截面積： （4-1）=513.6x5.5+2x5.5x(1

16、0-1.7)(1-0.765)=2846.7mm24.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍4.2.1有效寬度BB1=2d=2x513.6=1027.2mm （4-2）4.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-8，得：4.2.3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-9，得：4.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)1中式8-10 至式8-13，分別計(jì)算如下： （4-3）筒體多余面積接管多余面積焊縫金屬截面積，焊腳去6mm，則4.4補(bǔ)強(qiáng)面積因?yàn)?，所以開(kāi)孔需另行補(bǔ)強(qiáng)2846.7-2500.36=346.34mm25.2圓筒軸向彎矩計(jì)算圓筒的平均半徑為鞍座反力為5.2.1圓筒中間截面上的軸向彎矩根據(jù)2中式7-2，得：5.2.2鞍座平面上的軸向彎矩根據(jù)2中式7-

17、3，得：圖5-1（a）筒體受剪力圖圖5-1（b）筒體受彎矩圖5.3圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算及校核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)力根據(jù)2中式7-4至式7-7計(jì)算最高點(diǎn)處： （5-1）最低點(diǎn)處： （5-2）5.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算及校核鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計(jì)算：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.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.則b).在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力：5.3.3圓筒軸向應(yīng)力校核 （5-3）查圖4-810得，,則滿足條件5.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算

18、及校核5.4.1圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)2中式7-9計(jì)算，查2中表7-2，得： （5-4）5.4.2圓筒被封頭加強(qiáng)（）時(shí)，其最大剪應(yīng)力根據(jù)2中式7-10，計(jì)算得： （5-5）5.4.3切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)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)滿足而故圓筒滿足強(qiáng)度要求。根據(jù)2中式7-12 （5-6） （5-7）故封頭滿足強(qiáng)度要求5.5圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核根據(jù)鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座墊片作為加強(qiáng)用的鞍座。5.5.1在橫截面的最低點(diǎn)處：根據(jù)2中式718 其中（容器焊在支座上） （5-8）查2中表7-3知， 則5.5.2在鞍座邊角處由于 根據(jù)2中式720

19、:由于 查2中表7-3知，則 （5-9）5.5.3鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力由于，根據(jù)2中式7225.5.4周向應(yīng)力校核根據(jù)2中式7.3.4.3故圓筒周向應(yīng)力強(qiáng)度滿足要求。5.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核5.6.1腹板水平分力及強(qiáng)度校核根據(jù)2中表77鞍座包角，查2中表75得：。則墊板起加強(qiáng)作用，則：其中，則則查2中表51，得：，則由于，所以其強(qiáng)度滿足要求。5.6.2鞍座壓縮應(yīng)力及強(qiáng)度校核根據(jù)2中表76，取則 ，鋼底板對(duì)水泥基礎(chǔ)的則 所以壓應(yīng)力應(yīng)按2中式729計(jì)算： （5-9）其中 ，筋板面積 腹板面積：形心：腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)：代入公式得取 則根據(jù)2中式732進(jìn)行校核即滿足強(qiáng)度要求。4.1

20、.1 筒體的總體尺寸已知參數(shù):筒體公稱直徑 DN Di 2000mm，L4500mm4.1.2 筒體壁厚設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度為 85，查 GB150 得該溫度下 Q345R 許用應(yīng)力 t 170MPa取鋼板負(fù)偏差 C1 0.3mm ，鋼板腐蝕裕量 C 2 1mm pc Di 1.2 2000計(jì)算壁厚 t 8.34mm 41 2 pc 2 170 0.85 1.2 t設(shè)計(jì)壁厚 t d t C 2 8.34 1 9.34mm 42t C1 C2 8.34 0.3 1 9.64mm 43取圓整后名義厚度為 t n 10mm有效厚度 t e t n C1 C 2 10 0.3 1 8.7mm 44進(jìn)行液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)液體溫度一般不低于 5。試驗(yàn)溫度下材料許用應(yīng)力 170MPa，設(shè)計(jì)壓力1.2MPa， 170試驗(yàn)壓力 pT 1.251.25 1.2 1.5MPa 45 t 170 pT Di t e 1.5 2000 8.7校核圓筒應(yīng)力 T 203.72MPa 46 2t e 2 8.7 0.85屈服強(qiáng)度 s 345MPa ， 90 s 0.9