《小设计说明书》word版.doc

水分离器设计12前言水分离器设计的目的 化学工业的生产离不开容器，容器是化工过程中用的非常广泛和必须的设备，它不仅要适合化学工艺要求的压力和温度，还要承受化学介质的作用，它必须长期安全的工作。 本小设计课题是设计一台容器，通过这个课题可以让学生进行一次实际工作能力的锻炼，从而进一步提高和巩固所学的专业知识，同时也能提高工作能力。 水分离器设计要求一、 结构设计二、 强度计算三、 不少于2张1号的设计图纸，要求用AUTO CAD绘制四、 设计说明书12页（含公式和图表约四千字左右）设计主要内容及进度一、 设计参数见设计条件单二、 结构设计 a总体结构设计 b零部件设计三、 强度设计主要内容 a筒体、封头等壁厚计算 b开孔补强计算四、 设计说明书主要内容 a结构设计和强度计算 b材料选用依据，焊接形式选用及说明，设备的设计制造、检验、试验和安装过程等1 材料选择1.1 筒体材料 水分离器的结构比较简单，由于筒体直径较小，所以采用管子作为筒体，其材料为不锈钢0Cr18Ni9。水分离器中进入的液体是工艺水，属于无毒无害的介质，所以筒体材料没有特别的要求。1.2 法兰材料 水分离器共有五个法兰，分为两类，一类是筒体上的法兰，选用和筒体相同的材料，经过锻造而成。与筒体的连接方式为带颈平焊，法兰采用榫槽面结构，具体结构本文第2章会详细介绍。其余四个法兰都是接管法兰，由于接管都是采用不锈钢材料，所以四个法兰都是用0Cr18Ni9的不锈钢材料，同样是经过锻造而成。1.3 吊耳材料 吊耳是在器械运输或者搬移的时候方便吊起器械的零件，本次设计的水分离器共有二个吊耳，成180分布在筒体周边。吊耳的结构与选材是根据吊耳需要承受的载荷决定的，由于吊耳是与筒体直接焊接的，为了保证焊接质量，我们采用0Cr18Ni9的不锈钢作为其材质。具体的结构会在本文第2章详细说明。1.4 底座与支柱材料 底座和支柱在设备中是起到支撑筒体及接管的作用，在材料上没有筒体和接管那么严格，所以本次设计中我们采用Q235作为其材料。支柱上面还有盖板，其材料同样为Q235，最后还有把支柱与筒体连接的垫板，由于是与筒体直接接触的零件，对其焊接等各方面的要求较高，所以采用和筒体相同的材料0Cr18Ni9。并采用锻造的制造工艺。1.5 玻璃板液位计 玻璃板液位计这一部件是用来观察筒体内液体量的，由接缘、盖板、玻璃板还有衬垫等零件组成。其中结缘和盖板采用不锈钢材质，因为这两个零件都是锻件所以其材料为06Cr19Ni10。玻璃板用玻璃制成，衬垫采用聚四氟乙烯材料。 2 设计计算2.1 总体设计计算2.1.1 圆筒壁厚的计算表2.1 设备设计主要技术指标设计压力 MPa0.1设计温度 C100最高工作压力MPa0.1工作温度 C90介质名称工艺水设备主要材质S30408介质性质无毒，无害设备容积 M0.13表2.2 管口表符号公称压力公称尺寸法兰形式密封面形式用途伸出长度N1PN16DN25/DN50SORF液体进口见图N2PN16DN25SORF气体出口120N3PN16DN25SORF水出口120N4PN16DN25SORF压力平衡口见图由设计任务书可知，本次设计的水分离器公称直径为350 mm，比一般的容器小得多，所以考虑用管子作为筒体，查得DN350的管子直径为377 mm，壁厚为6mm。在确定用管子后，继续查与之配合的管法兰，由表2.1得，设计压力为0.1MPa，查带颈平焊法兰中PN=0.1MPa的法兰，发现没有DN350这个尺寸的，于是继续在更大的公称压力里面找，在PN=1.0MPa的标准中找到DN350的管法兰，故可选用DN350的管子作为筒体。下面校核筒体壁厚： 已知设计压力 =0.1 MPa，材料许用应力=137 MPa（查GB150-1998），焊接接头系数=1,筒体内径=377-12=365 mm，厚度负偏差=0.6 mm（小设计资料），腐蚀余量=0（小设计资料）。 筒体计算厚度： +C=0.733 mm 6 mm 所以用DN(377X6)的管子符合强度要求。2.1.2筒体水压试验 在校核好筒体壁厚之后，对筒体做水压试验，具体步骤如下： 试验压力： =0.125 MPa 由于筒体的有效壁厚=- C=5.4 mm， 所以水压试验应力: =4.29 MPa 0.9 (查表得=205 MPa )。 2.1.3 封头壁厚计算 由于筒体的壁厚为6 mm，所以封头的壁厚也为6 mm，封头是由整块钢板压制而成。下面校核封头的强度,由表1.1的数据可知： 封头壁厚： +C=0.733 mm 6 mm 所以封头的壁厚取6 mm符合强度要求。2.1.4 接管的开孔补强 水分离器接管处都需要开孔补强，下面就筒体上和封头上的开孔进行补强。一、 筒体上开孔补强 由表1.2的管口数据可知接管尺寸为（32X3.5）， 所以筒体上开孔直径d： d=+2C=25.7 mm（其中C等于10%的接管壁厚），d 0.5=182.5 mm，故采用等面积法进行补强。 开孔所需补强面积（1） 筒体计算厚度 T=0.133 mm（2） 开孔所需面积 （=1）A=dT+2T(-C)(1-)=3.42 mm2-筒体许用应力-管子许用应力-管子名义壁厚-筒体名义壁厚 有效补强范围（1） 有效宽度取大值B=2d=51.4 mmB=d+2Tn+2tn=44.7 mm故 B=51.4 mm（2） 有效高度a） 外侧有效高度取小值=9.48 mm=120-法兰高度=92 mm故=9.48 mmb） 内侧有效高度取小值=9.48 mm=0（实际内伸高度）故 =0 有效补强面积 筒体有效厚度 =-C=5.4 mm 筒体多余金属面积 =(B-d)（-）-2(-C)( -)(1-) =134.87 mmA故无需另加补强面积。B-有效宽度-外侧有效高度-内侧有效高度-筒体有效厚度-筒体名义厚度-筒体多余金属面积二、 封头上开孔补强由表1.2的管口数据可知接管尺寸为（32X3.5）， 所以封头上开孔直径d： d=+2C=25.7 mm（其中C等于10%的接管壁厚），d 0.5=182.5 mm，故采用等面积法进行补强。 开孔所需补强面积（1） 封头计算厚度 T=0.133 mm（2） 开孔所需面积 （=1）A=dT+2T(-C)(1-)=3.42 mm2-封头许用应力-管子许用应力-管子名义壁厚-封头名义壁厚 有效补强范围（1） 有效宽度取大值B=2d=51.4 mmB=d+2Tn+2tn=44.7 mm故 B=51.4 mm（2） 有效高度a) 外侧有效高度取小值=9.48 mm=120-法兰高度=92 mm故=9.48 mmb) 内侧有效高度取小值=9.48 mm=0（实际内伸高度）故 =0 有效补强面积 封头有效厚度 =-C=5.4 mm 封头多余金属面积 =(B-d)（-）-2(-C)( -)(1-) =134.87 mmA故无需另加补强面积。B-有效宽度-外侧有效高度-内侧有效高度-封头有效厚度-封头名义厚度-封头多余金属面积2.1.5 筒体法兰设计 筒体法兰参数如表2.3所示，其结构如图2.1所示。表2.3 筒体法兰参数螺柱规格螺柱数量350505305346022M2016图2.1 筒体法兰2.2 零部件设计2.2.1 吊耳吊耳的结构尺寸如图所示：图2.2 吊耳2.2.2 玻璃板液位计玻璃板液位计是用来观察和确定容器内液体量的一种零部件，本设计中我们用到了四个这样的液位计，可以方便的观察液体的多少。玻璃板液位计由接缘、压盖、玻璃板等零件加上垫片之类的密封元件构成。接缘压盖由不锈钢钢板压制而成，玻璃板各平面打磨抛光。压盖与接缘用螺钉把玻璃板紧固在中间，其结构如图所示。图2.3 玻璃板液位计图2.4 衬垫图2.5 玻璃板3 总体图图3.1 水分离器图3.2 水分离器俯视图4 总结与体会 为期四周的小设计环节即将结束，在这四周的时间里我学到很多东西，了解了水分离器的结构与设计技巧。我们经历了了解设备，强度计算，软件画图，撰写说明书等一系列步骤，每一步都是一次新的挑战，从不会到会，从简单到困难，我不仅把以前所学到的知识巩固了，还把一些新的知识点吸收到自己脑子里，为以后的工作打下基础。这次设计的成功充实了我的生活，而且让我受益匪浅。 本次设计环节可谓一波三折，当我刚拿到设计任务书的时候我完全不知道要做什么，幸好有老师给我上课，让我基本了解了一下水分离器的结构和使用场合。在强度计算的时候，我迷失了方向，每一步都要想很久才能想出来，在这期间不断地去老师的办公室求助，总算完成了强度计算这部分。接下来的画图阶段又是一个新的考验，对于一个从来没学过CAD的人来说，要用这么短的时间画出一张完整的图纸是一件多么难的事情，我几乎把所有的时间都花在画图上面，经过老师的精心指导，终于出图了。现在，我的说明书也写到结尾处了，心中充满很多感慨，这是我真正意义上自己设计一个容器，每一步的完成都可以让我高兴很久，现在的心情更是难以言喻，对于自己的毅力我感到十分欣慰。看着自己的成果展现在我的面前，我很骄傲。 当然能够顺利完成此次设计离不开几位教研组的老师的帮助，可以说如果不是老师不厌其烦的指导，我是绝对不可能完成水分离器设计的。老师们很认真的修改着我们的图纸，小到每一个细节都给我们指出来，可见老师们花了多少精力在我们的小设计环节上，我们要感谢老师们的辛勤劳动。我也对老师们保证我不会辜负