立式多喷嘴水喷射真空泵设计计划书

- 1 - 立式多喷嘴水喷射真空泵设计计划书 第一章 水室的设计 水室的作用：贮存具有一定压力的引射流体 水，并容纳若干个喷嘴。由条件设计单中可知水室的工作压力为 属低压设备；操作介质为水，不具有污染性；操作温度为室温，因此，筒体和接管材料均选用 兰材料选用 16其基本结构如图 1 所示。 水室筒体 的设计 计参数 的确定 设计 压力 p ： p p 液体静压 按筒高近似为 000 估算= /= 14nS 所以假设 14nS 合理，故需重 新假设 设封头的壁厚为 8S ，由 8S 、 40查钢板的许用应力表可知 1 1 3t M P a 。 由公式12 C C 得： 01 1 3 0 . 3 51 . 1 1S n 圆整 8，因为 8= 8S ，所以假设 8S 合理，故封头的壁厚为 8S 。 板封头的结构设计 平板封头的结构如图 9。 图 9 平板封头的结构与尺寸 - 11 - 第三章 喷板的设计 嘴孔在 喷板上的布置 由设计条件单可知，喷嘴孔在 喷板上的布置形式为 等边三角形，考虑到最外缘喷嘴具有一定的倾斜角度，因此，在 喷板上布置 喷嘴时，为防止喷嘴与水室内壁出现干涉， 喷板的球面部分在水平方向的投影 径取 020 5 0 0D i ，喷嘴孔在 480范围内进行布置 ，喷嘴孔的个数及布置如 图 10。喷嘴孔数量为 21，喷嘴孔中心线距离为 85嘴出口内径取 10id 面积比： 222 / ( ) 6Om d n d则喉管的直径为： )(102162 1 d6 222， ）（ 图 10 喷嘴孔在 喷板上的布置 - 12 - 喷板的稳定性计算 计外压 的确定 喷板的设计外压取其在工作过程中可能产生的最大压差，取设计外压： 。 定性计算 假 设 喷板 的壁厚 为 2， )(10212 。由 喷板 的当量半径 1500 和 )(10 e ， 计算出 /5010/1500 。用 A =计算出系数 A 值， A 。 在图 15下方找到系数 A =，由此 做 垂直线与 150的温度线 相交， 交点水平对应的值系数 1B 约为 100 许用外压 p 按下式计算： )(eM P 50010(100 因为 , 所以 假 设壁厚 为 2满足稳定性要求，但考虑到喷板上需要开设 21 个最大直径为 45 的圆孔，会引起喷板的稳定性下降，同时，在喷板上安装喷嘴后，若喷板 壁厚 较小，在水流的冲击下， 喷嘴会产生较大的摆动，导致引射流体过早破碎，使抽气量下降，一般喷板的 壁厚 取 25设计取 0，喷板的结构及尺寸如图 11。 图 11 喷板的结构与尺寸 - 13 - 第四章 真空室的设计 真空室主要由外压圆筒、锥壳、进气管等构成，基本结构如图 12 所示。其作用是当引射流体 水高速通过气室时，会将水流周围的气体以摩擦、撞击、挟带的方式带出，在气室内将产生负压。由条件设计单中可知水室的工作压力为 属低压设备；1234567图 12 真空室的结构 - 14 - 操作介质为水，不具有污染性；操作温度为室温，因此，筒体和接管材料均选用 兰材料选用 16其基本结构如图 12 所示。 空室 的长度设计 真空室由圆筒和圆锥壳两部分构成，总长度取引射流体的长度，引射流体的长度为500 1000L ，取引射流体长度 000 ，故总长度： 000 。 筒 的长度设计 一、进气管直径的确定 进气管直径的大小对真空度的形成有非常重要的影响。当抽气量（ 120m3/h）一定时，进气管直径越小，则气流速度越大，对引射流体束的冲击越大，易造成引射流体过早破碎，气液混合物不能及时进入尾管排出，使抽气量下降；反之，则相反。因此，在满足开孔的条件下， 进气管直径取大较好。由于 500500 ，最大开孔直径d 21且不超过 500 取 00。与之配套的接管公称直径为 ，规格为6219 ，设计开孔直径为 i 200 ，考虑到 i 200 与最大允许开孔直径 250设计取接管的公称直径为 200规格为 6219 ，设计的开孔直径为i 200 ， 根据 200设备外无保温层，可确定进气管的长度为 00 。 二、 圆筒 长度的确定 圆筒 的长度为 ： )( 22 1 962 5 圆整取 - 15 - 锥壳 的长度设计 圆 锥壳的下端与喉管采用管法兰联接，初选 150 管法兰，由管法兰的内径为 611 ，故取 锥壳的下端外径 61。 锥壳 的长度为： 100000 锥壳的 半锥角为： ()(t a n 1 ，所以半角 ，因 2515 故设计合理， 锥壳 的长度满足要求。 空室的稳定性计算 计外压 的确定 对于 真空容器，取设计外压： 体壁厚的设计 一、试差法 假 设 圆筒 的壁厚 为 ， )(、 2o i S )(5 12125 00 由 公式 1 . 1 7c r 算出临界长度 为： )( 1 筒体 的计算长度 L 计算如下： L =415为 1 1 9 ，所以 筒体 为 短圆筒。 由得： )(5 M P 3)( - 16 - 对于筒体稳定系数 3m ， )( M P 因为 M P ，所以假设 壁厚 偏大，但考虑到化工容器的加工，故取筒体的 壁厚 二、图算法 假 设 圆筒 的壁厚 为 ， )(、 2o i S )(5 12125 00 ，则 8 1 2/4 1 5/ 12/ D 。在图 15的纵坐标上找到 自该点 做水平线与对应的 交点做 垂直线与水平轴相交，找到交点的系数 A 值约 图 15的横坐标上找到 此 做 垂直线与 150的温度线 相交， 交点水平对应的值系数 1B 约为 125 圆筒的许用外压 p 按下式计算： p =)( M P 因为 M P ，所以假设 壁厚 偏大，但考虑到化工容器的加工，故取筒体的 壁厚 锥壳壁厚的设计 承受外压圆 锥壳的壁厚可按外压圆筒壁厚的确定方法进行计算，但用锥壳的有效壁厚筒的有效壁厚壳的有效壁厚为： co ( 将外压 圆 锥壳转化为当量圆筒，其当量长度为： )1(21 其中： 1L 圆 锥壳的轴向长度，取 600D 圆 锥壳的小端外径，取 161； 圆 锥壳的大端外径，取 500 。 假 设 圆 锥壳 的壁厚 为 ， co 6)( = 当量长度为：)(2500 1611(2585)1(2 1 ， 则 7 5 2/ 4/ L 、 15 8 1 2/ D 在图 15的纵坐标上找到 - 17 - L ，自该点做水平线与对应的 D 线相交，由交点做 垂直线与水平轴相交，找到交点的系数 A 值约 图 15的横坐标上找到 此 做 垂直线与 150的温度线 相交， 交点水平对应的值系数 1B 约 为 120 按下式计算许用外压 p ： p =)(58 M P 因为 M P ，所以假设 壁厚 偏大，但考虑到其与筒体的焊接和加工的要求，故取圆 锥壳 的壁厚 与筒体的 壁厚 相同，即 空室 的法兰联接结构设计 压圆筒 的 法兰联接结构设计 真空室的圆筒与喷板采用 法兰联接结构，法兰选用 甲型平焊法兰；密封面的型式为平面， 结构及尺寸见图 2。垫片选用橡胶垫片，材料为橡胶板（ 3985）。垫片的尺寸见图 3。 本设计选用六角头 螺栓 （ A 级、 5780型六角 螺 母（ A 级、 41平垫圈（ 100 95 与喷板联接的螺栓长度为： )( 取 25 。 螺栓 标记： 螺栓 578025 材 料： 母标记： 螺母 41 材 料： 圈标记： 垫圈 95 2002 V 压 圆 锥壳 的法兰联接结构设计 一、管法兰的设计及密封面的选型 根据管法兰的 50、 3 外压 圆 锥壳下端管法兰的结构及尺寸 - 18 - 查表可知：法兰的类型为板式平焊管法 兰；密封面的型式为突面，结构及尺寸如图 13。 法兰 标记： 法兰 16、垫片的设计及螺栓、螺母的设计 根据密封的介质为水，操作温度为 25，操作压力为 由 垫片选用表可知：选用橡胶垫片，材料为橡胶板（ 3985）。垫片的尺寸如图 14。 垫片 标记： 垫片 本设计选用六角头 螺栓 （ A 级、 5780型六角 螺 母（ A 级、 41平垫圈（ 100 95 螺栓长度 L 的计算： 螺栓 的 长度 由 法兰的 厚度（ 1 ）、 垫片的 厚度（ S ）、 螺母的 厚度（ H ）、垫圈厚度（ h ）、螺栓 伸出 长度 (0.5)d 确定。 其中 1 =24 S =2 H = h 螺栓 伸出 长度 取 8 螺栓的长度为： )( 取螺栓长度 0 。 螺栓 标记： 螺栓 57800 材 料： 母标记： 螺母 41 材 料： 圈标记： 垫圈 T 95 2002- 16V 图 14 垫片的尺寸 - 19 - 气管法兰联接结构设计 一、法兰的设计及密封面的选型 根据管法兰的 00、 查表可知：法兰的类型为板式平焊管法兰；密封面的型式为突面，结构及尺寸如图 15。 法兰 标记： 法兰 6、垫片的设计及螺栓、螺母的设计 根据密封的介质为水，操作温度为 25，操作压力为 由 垫片选用表可知：选用橡胶垫片，材料为橡胶板（ 3985）。垫片的尺寸如图 16。 垫片 标记： 垫片 设计选用六角头 螺栓 （ A 级、 5780型六角 螺 母（ A 级、 41平垫圈（ 100 95 螺栓长度 L 的计算： 螺栓 的 长度 由 法兰的 厚度（ 1 ）、 垫片的 厚度（ S ）、 螺母的 厚度（ H ）、垫圈厚度（ h ）、螺栓 伸出 长度 (0.5)d 确定。 图 15 进气 管 法兰的结构及尺寸 图 16 垫片的尺寸 图 16 垫片的尺寸 - 20 - 其中 1 =22 S =1.5 H =18 h 3 螺栓 伸出 长度 取 8 螺栓的长度为： )( 取长度 0 。 螺栓 标记： 螺栓 5780M 1680 材 料： 母标记： 螺母 41 M 162 材 料： 圈标记： 95 2002 V 气管的装配尺寸 进气管的中心线距筒体上法兰密封面的尺寸（装配尺寸）按下式计算： 2/ 其中： R 筒体半径，取 250mm；筒体壁厚，取 6接管外径，取 219 )(2062/ ，取 101 。 座的装配尺寸 支座护板底面与真空室筒体的下端面的垂直距离取 40 支座底板距上法兰密封面的垂直距离为： 41520（ 因此， 352 。 空表接管的装配尺寸 2/ = )(1 0 92/2562 5 05.2 取 103 。 空室 的部件图 - 21 - 真空室 的部件图如图 17 图 17 真空室 的部件图 - 22 - 第五章 喷嘴的设计 嘴的设计 喷嘴的作用是将水的绝大部分静压能转化为动能，使水高速喷出，将气室中的气体带出而形成真空。喷嘴的出口内径一般取 510 ，本设计取 0 。由于喷嘴的出口部分磨损较严重，故喷嘴设计成两段，上段在进口处设有十字挡环，以防止进入喷嘴的水流产生旋涡，使磨损更加严重。下段喷嘴可以定期进行更换。喷嘴的结构及尺寸如图 18。 上段喷嘴 下段喷嘴 组装图 图 18 喷嘴的结构及尺寸 旋装置的设计 具有一定压力的水进入喷嘴时易产生旋涡，使部分静压能转化为热能，导致水温升高，真空度降低；同时会加快喷嘴内壁的磨损，使喷嘴的使用寿命下降。因此，需要在喷嘴的入口处设置防旋装置，材料选用聚四氟乙烯，结构与尺寸如图 19。 - 23 - 图 19 防旋十字挡板 第六章 喉管、尾管 的结构设计 管的设计 喉管的的作用主要有两个方面，一方面聚焦引射流体，另一方面起水封作用，以防止外部的大气通过尾管进入真空室破坏真空。喉管采用耐磨铸铁整体铸造，其上端与外压 圆 锥壳的下端 法兰相联，下端与 尾管 法兰相联。其结构与尺寸如图 20。 图 20 喉管的 结构与尺寸 - 24 - 管的设计 尾管的的作用主要是有将引射流体和气体的混合物排出，另一方面起抽吸作用。 管的设计 尾管采用 管制造，其上端与喉管采用 法兰相联，法兰选用 尾管的公称直径为 管的规格为 1533，长度 000 。 法兰联接结构设计 一、管法兰的设计及密封面的选型 根据管法兰的 25、 表可知：法兰的类型为板式平焊管法兰；密封面的型式为突面，结构及尺寸如图 21。 图 21 尾管法兰的 结构与尺寸 - 25 - 二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计 根据密封的介质为水，操作温度为 25，操作压力为 由 垫片选用表可知：选用橡胶垫 片，材料为橡胶板。垫片的尺寸如图 22。 图 22 垫片的尺寸 垫片 标记： 垫片 设计选用六角头 螺栓 （ A 级、 5780型六角 螺 母（ A 级、 41平垫圈（ 100 95 螺栓长度 L 的计算： 螺栓 的 长度 由 法兰的 厚度（ 1 ）、 垫片的 厚度（ S ） 、 螺母的 厚度（ H ）、垫圈厚度（ h ）、螺栓 伸出 长度 (0.5)d 确定。 其中 1 =20 S = H = h 3 螺栓 伸出 长度 取 8 螺栓的长度为： )( 取长度 0 。 螺栓 标记： 螺栓 57800 材 料： 母标记： 螺母 41 材 料： 圈标记： 垫圈 95 2002 V - 26 - 第七章 压力试验 压力试验的目的是检验设备的宏观强度（是否有异常变形）和致密性（有无泄漏）。压力试验是化工容器及设备出厂时必须进行的工序。 室的水压试验 验压力的确定 1 T 且不小于（ p + 其中： p 设计压力，取 p 材料在试验温度下的许用应力，取113 t 材料在设计温度下的许用应力，取 113 将已知值代入上式得： )( P 因为 （ p +=所以取 。 压力表的量程： 2 水温 5 力试验的强度校核 液压试验时筒体产生的最大应力：m a x()2 ( )T i S 代入已知值得： )( )a x M P a 因 =35 故 液压强度足够 。 压试验的操作 在保持 水室 表面干燥的条件下，首先用 水 将 水室 内的空气排空，再将 水 的压力缓慢升至 - 27 - 保压不低于 30然后将压力缓慢降至 保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将 罐 体内的 水 排 净，用压缩空气吹干 罐 体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。 空室的气压试验 验压力的确定 真空容器按规定做内压试验，且试验压力为 故取 。 压力表的量程： 2 操作介质：空气； 温 度 15 力试验的强度校核 气压试验时锥体产生的最大应力：m a x()2 ( )T i S 代入已知值得： )( ) 0(a x o 因 =3560 故 气 压强度足够 。 压试验的操作 做气压试验时，缓慢将压力升至 保持 5进行初检。合格后继续升压至 其后按每级的 差，逐级升至试验压力 保持 30然后再降至 保压足够长时间 ， 同时进行检查，如有泄露，修补后再按上述规定重新进行试验。 - 28 - 第八章 支座的设计 备工作时总质量的估算 设备工作时的总质量由两部分构成，一、设备金属的质量（ 1Q ）；二、操作介质的的质量（ 2Q ），总质量： 21 。 备金属的质量 1Q 的估算 （一） 水室的金属质量 水室的主要金属质量Q=FQ+Q 筒体质量，对于 00、 的圆筒，每 米的质量为 75 75=30 法兰质量，对于 500 N 的容器法兰，查表知3.7 压力表接管质量，对于 20 N 的突面板 式管法兰，查表知法兰质量为 管质量为 Q 进液接管质量，对于 200 N 的突面板式管法兰，查表知法兰质量为 管每米质量为 接管质量 取Q= 2 30+2= 二 ） 真空室的金属质量 真空室的金属质量Q=1 2jQ+壳体质量，近似按 00、 的圆筒计算，每米的质量为 75 75 =45 1 上法兰 质量，对于 500 N 的容器法兰，查表知 23.7 2 下法兰质量，对于 150 N 突面板式管法兰，查表知2 真空表接管质量，对于 20 N 的突面板式管法兰，查表知法兰 - 29 - 质量为 管质量为 进气接管质量，对于 200 N 的突面板式管法兰，查表知法兰质量为 管质量为 取Q= 45+8 三 ） 喷板及喷嘴的金属质量 喷板的质量近似按平板封头计算，其质量为： 单个 喷嘴 的金属质量近似为 喷嘴数 21，总质量为： （ 四 ） 尾管的金属质量 对于 125 N 的突面板式管法兰，查表知法兰质量为 规格1333 的无封钢管，其每米的质量为 度为 5m，总质量为 （ 五 ） 附件的金属质量 附件包括 80 个螺栓、 80 个螺母、 160 个金属平垫圈、 6 个非金属垫片、四个耳式支座。 单个螺栓的质量按 M 1680 的规格确定 ， 查 螺栓的标准知，单个螺栓的质量 螺栓的总质量为： 80 单个螺母的质量按 M 162 的 规格确定，查 螺母的标准知，单个螺母的质量 螺母的总质量为： 80 160 个金属平垫圈、 6 个非金属 垫片的质量近似取螺母的总质量，即： 个耳式支座初步取 3 总质量为： 34=12 1Q =8+2 =380 操作介质的质量（ 2Q ）的估算 水室的容积： 3221 2 4V m ）（真空室的容积： 3222 2V m ）（尾管的容积： 323 0 . 1 2 3 . 1 2 54V - 30 - 总容积为： 操作介质按水计算，则操作介质的总质量 2Q 为： 1000=424（ 21 =380+424=804（ =座的选型及尺寸设计 座的选 型 立式多喷嘴水 喷射 真空泵需要设置在操作平台上，且外部无保温层，故选用 A 型耳式支座。支座的数量： 4 个，在真空室的圆筒上沿圆周方向分布（见图 12）。 单个支座承受的载荷为： )( 座的尺寸设计 根据支座承受的载荷 500 A 型耳式支座标准确定支座的结构与尺寸，结果见图 23。 支座标记： 4725 92 支座 料： 图 23 A 型耳式支座的结构与尺寸 - 31 - 第九章 开孔补强的设计计算 室开孔补强的设计计算 水室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和进水管接口。由于进水管开孔尺寸最大，因此，只需对进水管孔进行 补强计算。 室的筒体开孔后被削弱的金属面积 A 的计算 2 (1 )o o e tA d S S S f r 式中： 2id d C=219(1+610%) 2 t p )( )(0616 =163/113= 已知值代入得： 2 (1 )o o e tA d S S S f r )11( 0 = 效补强区内起补强作用的面积计算 一、筒体 起补强作用金属面积11 ( ) ( ) 2 ( ) ( 1 )e o e t e o d S S S S S f 式中 )( 022)( 022 取两者中较大值，取 筒体的有效壁厚 C 将已知值代入得： )11)( 0(1 A = - 32 - 二、 接管起补强作用金属面积22 1 22 ( ) 2 ( )e t O t r e t rA h S S f h S C f 式中 取两者中较小值， )( 02 h 2 t p = 32 )122 1 9( = 将上述值代入得： %) 4 A = 三、 焊缝起补强作 用金属面积3焊缝 高度 K 6（ 3A 122K 1262=18（ ） 起补强作用 的总面积为：1 2 3A A A 95+18= 2 强 面积的的确定 因为1 2 3A A A 8=2A 所以 不 需要补强 。 空室开孔补强的设计计算 真空室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和进气管接口。由于进气管开孔尺寸最大，因此，只需对进气管孔进行 补强计算。 空室的筒体开孔后被削弱的金属面积 A 的计算 )1(25.0 式中： 2id d C 219(1+610%) - 33 - 2 t p )( )(0616 =163/113= 已知值代入得： )11( 0A = 效补强区内起补强作用的面积计算 一、筒体 起补强作用金属面积11 ( ) ( ) 2 ( ) ( 1 )e o e t e o d S S S S S f 式中 )( 022)( 022 取两者中较大值，取 筒体的有效壁厚 C 将已知值代入得： )11)( 0(1 A )( 二、 接管起补强作用金属面积22 1 22 ( ) 2 ( )e t O t r e t rA h S S f h S C f 式中 取两者中较小值， 02 h 2 t p = 32 )122 1 9( = - 34 - 将上述值代入得： %) 4 A 三、 焊缝起补强作用金属面积3焊缝 高度 K 6（ 3A 122K 1262 =18（ ） 起补强作用 的 总面积为：1 2 3A A A 95.+18=2 强 面积的的确定 因为1 2 3A A A=95+18=2A 所以 不 需要补强 。 第十章 主要焊缝的结构与尺寸设计 焊接是将需要连 接的零件，通过在连接处加热熔化金属得到结合的一种加工方法，是一种不可拆连接。具有工艺简单、连接强度高、结构重量轻等优点，在被广泛应用于化工容器及设备的制造行业中广泛应用。工件焊接后所形成的接缝称为焊缝。 设备的主要焊缝有水室、真空室壳体的纵向焊缝；进液管、进气管与壳体的连接焊缝；仪表接管与壳体连接的焊缝；壳体与法兰的连接焊缝。 水室、真空室壳体的纵向焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（ 行设计； 液管、进气管与壳体的连接焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（ 行设计； 仪 表接管与壳体连接的焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（ 行设计；法兰的焊接按相应法兰标准中的规定。有关的设计结果如图 24。 - 35 - 图 24 主要焊缝结构与尺寸 - 36 - 第十一章 装配图及主要部件图的设计 术特性表 技术特性表 工作压力 水 室 工作温度 / 水室 25 真空室 680空室 25 设计压力 水 室 设计温度 / 水室 40 真空室 真空室 40 物料名称 水 室： 水 腐蚀裕度 / 室 空室： 空气 真空室 焊缝系数 水 室 真空室 容器类别 管表 接管表 编号 公称尺寸 联接尺寸标准 联接面形式 名 称 a 200 F 气体进口 b 20 F 压力表 接口 c 200 F 进水管 d 20 F 真空表 接口 术要求 技 术 要 求 （ 1）本设备按 制压力容器和 制化工容器制造技术要求进行制造、试验和验收，并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程的监督。 （ 2）焊接采用电弧焊，水室和真空室焊条牌号 （ 3）焊接接头型式及尺寸除图中注明外，按 规定，对接焊缝为 管与筒体、封头的焊缝为 焊缝的焊角尺寸按较薄板的厚度，法兰的焊接按相应法兰标准中的规定。 （ 4）设备上的 A 类和 B 类焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度 20%，射线探伤符合 89 规定中级合格；超声波探伤符合 152 81 规定中 级合格。 - 37 - （ 5）压力试验和致密性试验 水室制造完毕后，以 行水压试验；真空室以 压缩空气做内压进行致密性试验。 （ 6） 所有 管接口除注明外伸长度外，其余为 150（ 7） 管口及支座方位见本图。 （ 8）设备检验合格后，外壳涂两层红丹漆，再涂一层银粉漆。 题栏及明细表 35 95圈 30 /17 =316 100 34 41母 M 162 8 33 5780栓 M 1680 8 32 4725式支座 2 组合件 31 兰 F 1 1630 管 2196 1 l =200 29 防旋十字挡环 21 聚四氟乙烯 28 手 柄 2 27 平板封头 1 26 95圈 37/21 =340 100 25 41母 M 162 20 24 5780栓 M 1680 20 23