第二類壓縮空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

長春理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)目錄TOC\o"2-3"\f\h\z\t"標(biāo)題1,1"臥式儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)任務(wù)書 2第一張緒論 31.1設(shè)計(jì)背景 31.2儲(chǔ)罐的用途及分類 41.3儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì) 41.4設(shè)計(jì)任務(wù) 51.5設(shè)計(jì)思想 51.6設(shè)計(jì)特點(diǎn) 51.7設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 6第二章容器主要原件的設(shè)計(jì) 62.1圓筒厚度的設(shè)計(jì) 62.2封頭的設(shè)計(jì) 72.3人孔的選擇 82.4接管和法蘭 82.5螺栓（螺柱）的選擇 92.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9第三章開孔強(qiáng)度設(shè)計(jì) 113.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法的判斷 113.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 113.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積 11第四章強(qiáng)度設(shè)計(jì) 124.1水壓試驗(yàn)校核 124.2圓筒軸向應(yīng)力彎矩計(jì)算 124.3圓筒的軸向應(yīng)力及校核 144.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算機(jī)校核 144.5圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算及校核 154.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核 164.7地震引起的地腳螺栓應(yīng)力 18第五章焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 185.1焊接方法 185.2焊接工藝及技術(shù)要求 19總結(jié) 20附錄：參考文獻(xiàn) 22臥式儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)任務(wù)書第一章緒論1.1設(shè)計(jì)背景所謂容器是指用于儲(chǔ)存氣體、液化氣體、液體和固體原料、中間產(chǎn)品或成品的設(shè)備。壓力容器是容器的一種，是指最高工作壓力P≥0.1MPa，容積V≥25L，工作介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)液體的容器。它廣泛地用于化工、煉油、機(jī)械、動(dòng)力、輕工、紡織、冶金、核能及運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門，是生產(chǎn)過程中必不可少的設(shè)備[1]。隨著石油化工、電站鍋爐和原子能工業(yè)的迅猛發(fā)展，壓力容器制造技術(shù)也有了很大的發(fā)展，它主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是壓力容器向大型化過渡，容器直徑和壁厚成倍增長；二是低合金高強(qiáng)度鋼的廣泛應(yīng)用，大部分壓力容器均采用了各種級(jí)別的低合金高強(qiáng)度鋼；三是焊接新工藝、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得焊接質(zhì)量進(jìn)一步提高，從而提高了這些大型產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。其中以壓力容器產(chǎn)品大型化、高參數(shù)化的趨勢(shì)尤為明顯。1000噸級(jí)的儲(chǔ)氣罐、2000噸級(jí)的煤液化反應(yīng)器、10000立方米的天然氣球罐（日本最大的天然氣球罐為30000立方米）等已經(jīng)在我國大量應(yīng)用。壓力容器在石油化工、核工業(yè)、煤化工等領(lǐng)域中的應(yīng)用場(chǎng)合也日益苛刻。因此，耐高溫、高壓和耐腐蝕的壓力容器用材料的研制與開發(fā)一直是壓力容器行業(yè)所面臨的重大課題。對(duì)此，各國均投入了大量的人力物力從事相關(guān)的研究工作。目前，壓力容器用材料的主要研究成果和技術(shù)進(jìn)步表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①材料的高純凈度：冶金工業(yè)整體技術(shù)水平和裝備水平的提高，極大地提高了材料的純凈度，提高了壓力容器用材料的力學(xué)性能指標(biāo)，提高了壓力容器的整體安全性；②材料的介質(zhì)適應(yīng)性：針對(duì)各種腐蝕性介質(zhì)和操作情況，已研究開發(fā)出超級(jí)不銹鋼、雙相鋼、特種合金等金屬材料，使之適合各種應(yīng)用條件，給容器設(shè)計(jì)者以更多選擇的空間，為長期安全生產(chǎn)提供了保證；③材料的應(yīng)用界限：針對(duì)高溫蠕變、回火脆化、低溫脆斷所進(jìn)行的研究，準(zhǔn)確地給出材料的適用范圍；④更高強(qiáng)度材料的應(yīng)用：在設(shè)備大型化的要求下，傳統(tǒng)的材料已經(jīng)無法解決，諸如30000立方米天然氣球罐、200000立方米原油儲(chǔ)罐以及超高壓容器的選材問題。目前≥800MPa高強(qiáng)材料的應(yīng)用正在引起國內(nèi)研究人員的廣泛關(guān)注[2]。

近年來，壓力容器制造業(yè)在裝備投資中，焊接設(shè)備的比例占了40%以上。正由于這些先進(jìn)高效焊接設(shè)備及工藝的采用，使壓力容器制造技術(shù)有了更大的提高和發(fā)展。就具體的壓力容器焊接而言，焊條電弧焊的比例已逐步縮小，而埋弧自動(dòng)焊、氬弧焊、CO2氣體保護(hù)焊等先進(jìn)的焊接技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用；帶極堆焊、窄間隙埋弧焊和藥芯焊絲氣體保護(hù)焊等高效率的焊接方法設(shè)備已成為一些大型壓力容器廠必備的焊接設(shè)備；小管徑內(nèi)壁堆焊、管子-管板自動(dòng)旋轉(zhuǎn)氬弧焊、馬鞍形接管自動(dòng)焊等一系列新型焊機(jī)也在不少工廠中得到了應(yīng)用。這對(duì)于穩(wěn)定地提高壓力容器焊接質(zhì)量，提高壓力容器制造工藝水平，無疑將起到很大推動(dòng)作用。壓力容器是一個(gè)涉及多行業(yè)、多學(xué)科的綜合性產(chǎn)品，其建造技術(shù)涉及到冶金、機(jī)械加工、腐蝕與防腐、無損檢測(cè)及安全防護(hù)等眾多行業(yè)。隨著冶金、機(jī)械加工、焊接和無損檢測(cè)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在世界各國投入了大量人力物力進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，壓力容器技術(shù)領(lǐng)域也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。為了生產(chǎn)和使用更安全、更具有經(jīng)濟(jì)性的壓力容器產(chǎn)品，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、焊接和檢驗(yàn)方法已經(jīng)和正在不同程度地為新技術(shù)、新工藝所代替、而冶金機(jī)械加工、焊接和無損檢測(cè)等壓力容器相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，是壓力容器行業(yè)整體制造技術(shù)水平提高的前提條件。

中國是壓力容器的生產(chǎn)大國，目前生產(chǎn)的目的主要是滿足國內(nèi)的需求。生產(chǎn)廠家的數(shù)量（約3200家）和相應(yīng)的裝備能力均為世界領(lǐng)先，從以儲(chǔ)氣罐為代表的重型容器到高壓氣體運(yùn)輸容器等特殊的容器，中國都有很強(qiáng)的生產(chǎn)能力，并且產(chǎn)品的價(jià)格和質(zhì)量都具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。多年的生產(chǎn)實(shí)踐和國家的規(guī)范化管理，使我國的壓力容器行業(yè)形成了裝備齊全、人員配套、管理嚴(yán)格的生產(chǎn)格局，為我國的壓力容器產(chǎn)品走向世界奠定了基礎(chǔ)。隨著我國加入WTO和國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，壓力容器制造業(yè)今后也必然會(huì)有一個(gè)很大的發(fā)展，只有認(rèn)清發(fā)展趨勢(shì)，才能把握住自己的發(fā)展方向，才會(huì)使壓力容器制造業(yè)有更好的發(fā)展。1.2儲(chǔ)罐的用途及分類儲(chǔ)存設(shè)備又稱儲(chǔ)罐，主要是指用于儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備，在化工、石油、能源、輕工、環(huán)保、制藥及食品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如氫氣儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐、石油儲(chǔ)罐、液氨儲(chǔ)罐等。儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力直接受溫度影響，且介質(zhì)往往易燃、易爆或有毒。儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式主要有臥式儲(chǔ)罐、立式儲(chǔ)罐和球形儲(chǔ)罐。1.3儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)，是選擇儲(chǔ)罐形式和儲(chǔ)存系統(tǒng)的一個(gè)重要因素。介質(zhì)最重要的特性有：可燃性、飽和蒸汽壓、密度、腐蝕性、毒性程度、化學(xué)反應(yīng)活性（如聚合趨勢(shì)）等。儲(chǔ)存介質(zhì)可燃性的分類和等級(jí)，可在有關(guān)消防規(guī)范中查得。飽和蒸汽壓是指在一定溫度下的密閉容器中，當(dāng)達(dá)到氣液兩相平衡時(shí)氣液分界面上的蒸汽壓，它隨溫度而變化，但與容積的大小有關(guān)。對(duì)于液化石油氣和液化天然氣之類，都不是純凈物，而是一種混合物，此時(shí)的飽和蒸汽壓與混合比例有關(guān)，可根據(jù)道爾頓定律和拉烏爾定律進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)儲(chǔ)存的介質(zhì)為具有高粘度或高冰點(diǎn)的液體時(shí)，為保持其流動(dòng)性，就需要對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備進(jìn)行加熱或保溫，使其保持便于輸送的狀態(tài)。儲(chǔ)存液體的密度，直接影響制造工藝和設(shè)備造價(jià)。而介質(zhì)的毒性程度則直接影響設(shè)備制造與管理的等級(jí)和安全附件的配置。儲(chǔ)存設(shè)備若盛裝液化氣體時(shí)，除了應(yīng)該考慮上述條件外，還應(yīng)注意液化氣體的膨脹性和壓縮性。液化氣體的體積會(huì)隨溫度的上升而膨脹，溫度的降低而收縮。如果環(huán)境溫度變化較大，儲(chǔ)罐就可能因超壓而爆破。為此，在儲(chǔ)存設(shè)備使用時(shí)必須嚴(yán)格控制儲(chǔ)罐的充裝量。當(dāng)儲(chǔ)罐的金屬溫度受大氣環(huán)境溫度影響時(shí)，其最低設(shè)計(jì)溫度可按該地區(qū)氣象資料，取氣象局實(shí)測(cè)的10年逐月平均最低溫度的最小值。隨著液化氣體溫度的下降，罐內(nèi)壓力也將較大幅度下降，此時(shí)罐體的應(yīng)力水平就有較大的降低。為此，在確定儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溫度時(shí)，可按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行低溫低應(yīng)力分析。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部因溫度降低而使內(nèi)壓低于大氣壓時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行罐體的穩(wěn)定性校核，以免發(fā)生失穩(wěn)失效。1.4設(shè)計(jì)任務(wù)針對(duì)化工廠中常見的氣體儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設(shè)計(jì)說明書。1.5設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)儲(chǔ)存設(shè)備，首先必須滿足各種給定的工藝要求，考慮儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)、容量的大小、設(shè)置的位置、鋼材的耗量以及施工的條件等來確定儲(chǔ)罐的形式；在設(shè)計(jì)中還必須考慮場(chǎng)地的條件：環(huán)境溫度、風(fēng)載荷、地震載荷、雪載荷、地基條件等，因此設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)儲(chǔ)存設(shè)備時(shí)必須針對(duì)上述條件進(jìn)行綜合的考慮，以確定最佳的設(shè)計(jì)方案。綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安全可靠性。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.6設(shè)計(jì)特點(diǎn)壓力容器的外殼由筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座及安全附件六大部件組成。常、低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。本設(shè)計(jì)書主要介紹了儲(chǔ)氣罐的的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部件的選用。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.7設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)詳見表1-1表1-1序號(hào)名稱指標(biāo)1設(shè)計(jì)壓力MPa3.52設(shè)計(jì)溫度℃903最高工作壓力MPa3.24最高工作溫度℃<905工作介質(zhì)壓縮空氣6主要受壓元件的材料Q345R7焊接接頭系數(shù)18腐蝕裕度mm2.09全容積3.010容器類別第二類第二章容器主要原件的設(shè)計(jì)2.1圓筒厚度的設(shè)計(jì)全容積為3的臥式壓縮空氣儲(chǔ)罐，焊接系數(shù)為，根據(jù)HGT3154-1985《臥式橢圓形封頭貯罐系列》表21，取=1000mm。設(shè)計(jì)壓力Pc=3.5，此儲(chǔ)罐的最高工作溫度為90℃，圓筒材料為Q345R，假設(shè)圓筒的厚度在3~16mm范圍內(nèi)，查《過程裝備設(shè)計(jì)》中表D-1，可得：疲勞極限強(qiáng)度=510MPa，屈服極限強(qiáng)度=345MPa，在90℃時(shí)近似取為100℃時(shí)的=189MPa。利用公式=9.35mm(2-1)查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》及其中表7-3查得壓力容器專用鋼板厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，鋼板厚度負(fù)偏差為可以忽略，即，而有GB150-1998中3.5.5.1知，腐蝕裕量=.2;則筒體的名義厚度9.35+0+2=11.35;根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查《鋼板的常用厚度表》，圓整為=12mm。2.2封頭的設(shè)計(jì)從受力與制造角度分析，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但其缺點(diǎn)是深度大，沖壓較困難；而橢圓形封頭深度比半徑小，易于沖壓成型，是目前低壓容器中用的較多的，故采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同,則封頭的設(shè)計(jì)厚度:(2-2)考慮到鋼板負(fù)偏差，所以封頭厚度應(yīng)再加上C=C1+C2=2，即δn9.30+2=11.30mm根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查《鋼板的常用厚度表》，圓整為δn=12mm，可見跟筒體等厚。由,得=/4=1000/4=250mm封頭的容積：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中表1和表B.1、表B.2,選擇封頭的型號(hào)為EHA10006-Q235A，橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積、質(zhì)量見表2-1和圖1。表2-1封頭尺寸表公稱直徑DNmm總深度Hmm內(nèi)表面積A容積質(zhì)量Kg10002751.16250.1505109.1(53.8)圖12.3人孔的選擇根據(jù)HG/T21518-2005《回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔》，查表3-3，選用凹凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見下表：表2-2人孔尺寸表單位：mm密封面型式凹凸面MFMD6604524公稱壓力PNMPa4.058550螺柱數(shù)量16公稱直徑DN400260A380螺母數(shù)量3242614125B175螺柱尺寸M36d398b50L250總質(zhì)量kg2772.4接管和法蘭壓縮空氣氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口，進(jìn)氣口，出氣口，人孔，，溫度計(jì)口，壓力表口，安全閥口，排廢口。如圖2所示：圖2查HG/T20592-2009《鋼制管法蘭》中表8.23-3PN帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。查HG/T20592-2009《鋼制管法蘭》中附錄D中表D-5,得各法蘭的質(zhì)量。查HG/T20592-2009《鋼制管法蘭》中表3.2.2，法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。表2-3選擇工藝接管序號(hào)工稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)形式用途或名稱a200PN1.6DN200HG20592-97RF出氣口b16M161.5YB231-70內(nèi)螺紋進(jìn)氣口c32PN1.6DN32HG20592-97RF安全閥口d20M201.5YB231-70內(nèi)螺紋壓力表口e400人孔f2531YB231-70內(nèi)螺紋排污口2.5螺栓（螺柱）的選擇查HG/T20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》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，見表2-4表2-4序號(hào)工稱直徑mm螺紋mm螺柱長mm數(shù)量(個(gè))螺柱長mmha200M241301225444c32M16854173032.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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Q235-B。首先粗略計(jì)算支座負(fù)荷儲(chǔ)罐總質(zhì)量：(2-3)式中:—罐體的質(zhì)量，Kg—水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量，Kg—附件的質(zhì)量，Kg1罐體質(zhì)量W1儲(chǔ)罐公稱容積為3，筒體公稱直徑=,由(2-4),封頭容積0.1505，解得L=3.44m，即取L=3440mm。罐體的自重由《壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)》可查得，公稱直徑，壁厚，筒體重:m==1017.51Kg(2-5)，封頭自重為，故罐體自重水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量W2儲(chǔ)罐的總?cè)莘e水壓試驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度為，故水壓試驗(yàn)時(shí)罐內(nèi)水重。其他附件質(zhì)量W3人孔質(zhì)總量為,加上其他的附件總重約為500Kg。設(shè)備總質(zhì)量W，約為47.4KN，則每個(gè)鞍座承受的重量為23.7kN。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表1，首先優(yōu)先選擇輕型支座。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表2。表2-5鞍座尺寸表公稱直徑DN1000腹板6墊板320允許載荷QkN140筋板1706鞍座高度h200140e55底板760200螺栓間距6001706鞍座質(zhì)量Kg4710墊板弧長1180增加100mm增加的質(zhì)量Kg7該對(duì)鞍座標(biāo)記為JB/T4712.1-2007鞍座A2000-S和JB/T4712.1-2007鞍座A2000-F。第三章開孔強(qiáng)度設(shè)計(jì)根據(jù)GB150中8.3，知該儲(chǔ)罐中只有人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。3.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法的判斷其中開孔直徑d=+2C=400+22=404mm(3-1)d/2=1000/2=500mm故可以采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管材料選用10號(hào)鋼，其許用應(yīng)力=115MPa根據(jù)GB150-1998中式8-1，(3-2)殼體開孔處的計(jì)算厚度=9.3mm強(qiáng)度削弱系數(shù)，所以補(bǔ)強(qiáng)的面積：(3-3)3.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍1有效補(bǔ)強(qiáng)B按GB150中式8-7，得：有效寬度(3-4)(3-5)取最大值2外側(cè)有效高度根據(jù)GB150中式8-8，得：(3-6)(3-7)取最小的=75.21mm3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)GB150-1998中式8-9，得：=75mm(3-8)(3-9)3.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)GB150中式8-10~式8-13，分別計(jì)算如下：(3-10)1筒體多余面積

=（B-d）()-2()(1-)=(808-404)(10-9.3)-2×12×（10-9.3）×（1-0.6085）=276 (3-11)2接管的多余面積=(3-12)3焊縫金屬截面積焊角取6mm(3-13)4補(bǔ)強(qiáng)面積=276+64+36=376mm2因?yàn)?，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)另行補(bǔ)強(qiáng)面積為3830-376=3454(3-14)3.4補(bǔ)強(qiáng)圈得設(shè)計(jì)根據(jù)管道公稱直徑=400mm選擇補(bǔ)強(qiáng)圈，參照J(rèn)B/T4736取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑=680；內(nèi)徑=426mm,因?yàn)锽>,補(bǔ)償圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi);補(bǔ)償圈厚度為：(3-15)考慮到鋼板的負(fù)偏差故圓整為16mm。第四章強(qiáng)度設(shè)計(jì)4.1水壓試驗(yàn)校核試驗(yàn)壓力=1.25P=1.253.5=4.375Mpa(4-1)圓筒的薄膜應(yīng)力(4-2)0.9=0.9×1×235=211.5MPa即0.9>所以水壓試驗(yàn)合格。4.2圓筒軸向應(yīng)力彎矩計(jì)算圓筒的平均半徑Ra=Di/2+/2=1000/2+12/2=506mm(4-3)鞍座反力F=mg/2=23.7kN。(4-4)1圓筒中間截面上的軸向彎矩如圖4-1：根據(jù)JB/T4731-2005中式7-2，得：M1===1.40(4-5) 2鞍座平面上的軸向彎矩根據(jù)JB/T4731-2005中式7-3，得：=(4-6)4.3圓筒的軸向應(yīng)力及校核根據(jù)JB/T4731-2005中式7-4~式7-7計(jì)算1圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力最高點(diǎn)處：(4-7)最低點(diǎn)處：（4-8）由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算并校核鞍座平面上，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:（4-9）b).在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力：（4-10）3.圓筒軸向應(yīng)力校核A（4-11）查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》中圖4-9得，,則B=EA==392MPa（4-12）（4-13）（4-14）滿足條件>4.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算機(jī)校核1圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)JB/T4731-2005中式7-9計(jì)算查JB/T4731-2005中表7-2，得：K3=0.880K4=0.401（4-15）2圓筒被封頭加強(qiáng)（）時(shí)，其最大剪應(yīng)力根據(jù)JB/T4731-2005中式7-10，計(jì)算得：(4-16)3切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(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)滿足而=9.5MPa0.8=0.8×115=92MPa，即故圓筒滿足強(qiáng)度要求。K===1(4-17)=1.88MPa1.25=1.25×115-1.88=141.87MPa(4-18)即1.25故封頭滿足強(qiáng)度要求。4.5圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算及校核b4=320mm;b+1.56=b2=176mm(4-19)所以b4>b1+1.56(4-20)所以鞍座墊片作為加強(qiáng)用的鞍座。1在橫截面的最低點(diǎn)處：(4-22)其中k=0.1(容器焊在支座上)查,表7-3知，F(xiàn)=23700N,=10mm,=4mm,b2=176mm(4-23)2在鞍座邊角處當(dāng)L/Ra=3440/506=6.80<8(4-24)A/2=0.000987/1.012<0.5查,表7-3知，=-7.09Mpa(4-25)3鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力根據(jù)《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》第二版式5-25a：當(dāng)L/=23700/506=46.838=(4-26)4周向應(yīng)力校核根據(jù)JB/T4731-2005中7.3.4.3進(jìn)行校核由于MPa所以故均滿足強(qiáng)度要求4.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核1腹板水平分力及強(qiáng)度校核鞍座包角，查表中表7-5相應(yīng)則Fs=0.204×23700=4834.8N當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時(shí)：(4-27)其中=4mm,br=bre=176mm,Ra/3=506/3=169mm,H=200-10=190mm則Hs=min=169mm(4-28)=1.76MPa查JB/T4731-2005中表5-1，得：，滿足要求，即其強(qiáng)度合格。2鞍座壓縮應(yīng)力及強(qiáng)度校核查表7-6，因當(dāng)?shù)氐卣鸢l(fā)生幾率小，取則FEv=mg=0.08×4736×9.8=3713N(4-29)鋼底板對(duì)水泥基礎(chǔ)因?yàn)樗詨毫Π聪率接?jì)算：(4-30)Hv=R+H=1000/2+169=669mm(4-31)筋板面積A1=b2=176×6=1056mm2(4-32)腹板面積:A2=(l1-50)=（760-50）×6=4260mm2Asa=6A1+A2=6×1056+4260=10596(4-45)x=-6-6-=-6-6-6-170=192mm；(4-46)Z1=x+=192+=195mm(4-47)Z2=Z1+=195+170=365mm形心:yc=(4-48)yc，=Iy=2=2=1.30(4-49)Iz=6=6(4-50)=腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)：(4-51)(4-52)（4-53）（4-54）（4-55）代入公式（4-56）=-61Mpa（4-57）=-2.8Mpa（4-58）K0=1.2K0=1.2×147=176.4（4-59）根據(jù)JB/T4731-2005中式7-32進(jìn)行校核滿足式和式，即滿足強(qiáng)速要求。4.7地震引起的地腳螺栓應(yīng)力1傾覆力矩計(jì)算（4-60）2由傾覆力矩引起的地腳螺栓拉應(yīng)力n=2,l1==760mm,（4-61）地腳螺栓拉應(yīng)力為：（4-62）載荷組合系數(shù)K0=1.2=147MPa滿足式即符合強(qiáng)度要求。3由地震引起的地腳螺栓剪應(yīng)力地腳螺栓剪應(yīng)力計(jì)算N=4,,（4-63）（4-64）即滿足式符合強(qiáng)度要求。第五章焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1焊接方法焊接技術(shù)就是高溫或高壓條件下，使用焊接材料（焊條或焊絲）將兩塊或兩塊以上的母材（待焊接的工件）連接成一個(gè)整體的操作方法。焊接技術(shù)主要應(yīng)用在金屬母材上，常用的有電弧焊，氬弧焊，CO2保護(hù)焊，氧氣-乙炔焊，激光焊接，電渣壓力焊等多種，塑料等非金屬材料亦可進(jìn)行焊接。金屬焊接方法有40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時(shí)，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動(dòng)，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會(huì)氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進(jìn)入熔池，還會(huì)在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對(duì)焊，當(dāng)電流通過兩工件的連接端時(shí)，該處因電阻很大而溫度上升，當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時(shí)，在軸向壓力作用下連接成為一體。各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴(kuò)散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素?zé)龘p，和有害元素侵入焊縫的問題，從而簡(jiǎn)化了焊接過程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。5.2焊接工藝及技術(shù)要求一、焊接技術(shù)對(duì)于壓力容器來說，壓力容器各受壓部件的組裝大多采用焊接方式，焊縫的接頭形式和坡口形式的設(shè)計(jì)直接影響到焊接質(zhì)量與容器的安全，因而必須對(duì)容器的焊接接頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過程，焊接區(qū)由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力，矯正焊接變形?，F(xiàn)代焊接技術(shù)已能焊出無內(nèi)外缺陷的、機(jī)械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭，接頭處的強(qiáng)度除受焊縫質(zhì)量影響外，還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關(guān)。接頭的基本形式有對(duì)接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。對(duì)接接頭焊縫的橫截面形狀，決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時(shí)，為了焊透而在接邊處開出各種形狀的坡口，以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時(shí)，除保證焊透外還應(yīng)考慮施焊方便，填充金屬量少，焊接變形小和坡口加工費(fèi)用低等因素。厚度不同的兩塊鋼板對(duì)接時(shí)，為避免截面急劇變化引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，常把較厚的板邊逐漸削薄，達(dá)到兩接邊處等厚。對(duì)接接頭的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯(lián)接，常優(yōu)先采用對(duì)接接頭的焊接。搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單，裝配方便，焊接變形和殘余應(yīng)力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時(shí)常采用。一般來說，搭接接頭不適于在交變載荷、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件下工作。采用丁字接頭和角接頭通常是由于結(jié)構(gòu)上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點(diǎn)與搭接接頭的角焊縫相似。當(dāng)焊縫與外力方向垂直時(shí)便成為正面角焊縫，這時(shí)焊縫表面形狀會(huì)引起不同程度的應(yīng)力集中；焊透的角焊縫受力情況與對(duì)接接頭相似