压缩空气储罐

1、下载文档收藏压缩空气储罐设计过程设备设计课程设计目录绪论3性.4 第二章设计参数的选择.5 第三章容器的结构设计.63.1 圆筒厚度的设计63.2第一章压缩空气的特63.3计63.4 人孔的选择封头厚度的计筒体和封头的结构设73.5 接管，法兰，垫片和螺栓（柱）93.6 鞍座选型和结构设计11 第四章开孔补强设计144.1 补强设计方法判别134.2 有效补强范围134.3 有效补强面积144.4 补强面积14 第五章强度计165.1 水压试验应力校核155.2 圆筒轴向弯矩计155.3 圆筒轴向应力计算及校核165.4 切向剪应力的计算及校核175.5 圆筒周向应力的计算和校核205.6 鞍

2、座应力计算及校核225.7 地震引起的地脚螺栓应力24 第六章设计汇总25 参考文献错误！未定义书签。错误！未定义书签。1 绪论课程设计是一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。 在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。通过课程设计，学生应该注重以下几个能力的训练和培养：1.

3、查阅资料，选用公式和搜集数据（包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集）的能力；2.树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；3.迅速准确的进行工程计算的能力；4.用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力本次设计为压缩空气储罐，在三周时间内内，通过相关数据及对国家标准的查找计算出合适的尺寸，设计出主体设备及相关配件，画出装备图零件图以及课程设计说明书。压缩空气储罐的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本

4、设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。2 第一章压缩空气的特性中文名称：压缩空气 Englishnamecompressedair 主要成分：氮气、氧气等。外观与性状：无色无味沸点（C）:-192C（101.3 千帕）相对密度（水=1）：0.9 健康危害：无环境危害：无燃烧危险：无危险特性：高压常温储存，高温剧烈震动易爆。特性总述：压缩空气，即被外力压缩的空气。它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不

5、利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。来源：大气中的空气常压为 0.1Mpa,经过空气压缩机加压后达到理想的压力。作用或用途：压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。3 第二章设计参数的选择 1、设计题目：压缩空气储罐设计 2、最高工作压力：3.3MPa&工作温度：1500C4、工作介质：压缩空气 5、全容积：3m36、设计压力：3.75MPa7、设计温度：150C8、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为 1200mm9、焊接接头系

6、数： 0.8510、 主要元件材料的选择： 根据 GB150-19981表 4-1， 选用筒体材料为 16MnR钢材标准为 GB6654)；2根据 JB/T4731，鞍座选用材料为 Q235-B,其许用应力错误！未找到引用源。 ； 错误！ 错误未找到引用源。 地脚螺栓选用符合 GB/T700规定的 Q235,Q235的许用应力错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。11、容器类别：第二类 4 第三章容器的结构设计 3.1 圆筒厚度的设计由于该容器储存压缩空气，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该储罐进行 100%探伤，所以取焊缝系数为错误！未找到引用源。错误！。错误未找到引用源。假

7、设圆筒的厚度在 616mm 范围内，查 GB150-1998 中表 4-1,可得：疲劳极限强度错误！未找到引用源。错误！，屈服极限强度错误！未找到引用源。错误！，错误未找到引用源。错误未找到引用源。1500C 错误！未找到引用源。下的许用应力为错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！，利用中径公错误未找到引用源。式 pDi3.75X12006=mm=16.46mmt2 小(Tp2X0.85X1633.75(3-1)查标准 HG20580-19983表 7-1 知，钢板厚度负偏差为 0.8mm,故取错误！未找错误！错误到引用源。到引用源。设计任务说明书给定腐蚀裕量错误！未找到引用源。错误！

8、。错误未找到引用源。则筒体的名义厚度错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。圆整后取为错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。3.2 封头厚度的计算查标准 JB/T4746-20024中表 1,得公称直径 DN=Di=1200mm 选用标准椭圆形封头， 长短轴比值为 2,根据1中椭圆形封头计算中式(7-1)pcDi3.75X12006=16.33mmt26 小0.5pc2X163X0.850.5X3.75(3-2)同上，取错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！，错误错误未找到引用源。错误！未找到引用源。则封头的名义厚度为错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。圆整后取为错误

9、！未找到引用源。错误！ 错误未找到引用源。 3.3 筒体和封头的结构设计由封头长短轴之比为 2,即 Di=2 错误！未找到引用源。得，2hiDi1200=mm=300mm 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。44 查标准4中表 B.1EHA和 B.2EHA 表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表 3-1 和图 3-1。hi=5 兀 DiL0+2V 封4 取装料系数为 0.9,则兀 V=DiL0+2V 封 0.943.0 兀=X1.22XL0+2X0.2545 错误！ 未找到引用源。错误！未找到引用源。即 0.94 算得错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。圆整后取为错误！未找到引用源

10、。错误！错误未找到引用源。表 3-1 封头尺寸表公称直径 DN总深度 H内表面积 A容积 mmmmm2m3V=12003251.65520.2545质量Kg234.7图3-1椭圆形封头3.4人孔的选择根据HG/T21518-95,查表3-3,选用凸面的法兰，其明细尺寸见表 3-2:6 表 3-2 人孔尺寸表密封面型式凸面DD1H1H2495b77567029014062b1b2ABL5660430225300 螺柱数量螺母数量螺柱尺寸 2040 公称压力 PN4.0MPa 公称直径DNdwxsd500 单位：mm 总质量 kg418 接管、法兰、垫片和螺栓（3.5 接管、法兰、垫片和螺栓（柱）

11、3.5.1 接管和法兰该压缩空气储罐应设置物料入口、物料出口、温度计口、压力表口、安全阀口、液面计口、排污口和人孔。初步确定各口方位如图 3-2:图 3-2 各管口方位查 HG/T20592-20096中表 8.23-1PN 带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查6中附录 D 中表 D-3,得各法兰的质量。查6中表3.2.2，法兰的密封面均 7 采用 RF（凸面密封）。将查得的各参数整理如表 3-43.5.2 垫片查HG/T20606-1997,得各管口的垫片尺寸如表3-3:表3-3垫片尺寸表管口名称进料口出料口 排 污 口 人 孔 温 度 计 口 压 力 表 口 安 全

12、 阀 口 排 空 口 公 称 直 径505050500202025252727343461617171 内径 D1616161 外径 D2107107107 注：包覆金属材料为纯铝板，1:标准为 GB/T3880,代号为 L3,最高工作温度 200C。2:填充材料为有机非石棉纤维橡胶板有机材料，代号 NAS,最高工作温度 2000C。3:垫片厚度均为 1.5mm。 8 表 3-4 名称各管口法兰尺寸表法兰厚度 CN202020757575666 法兰颈RS2.92.92.9888H1法兰公称法兰外螺栓孔螺栓螺栓螺栓规格质量直径径D中心圆孔直孔数 KgDN 直径 K 径 L 量 n（个）1441

13、441444185050505002020252510510511511575758585141414144444M12M12M12M12165165165125125125181818444M16M16M16 进料口出料口排污口人孔温度计口 60 压力表口 60 安全阀口 60 排空口 60161616164040505044445656656522229 螺栓（螺柱）3.5.3 螺栓（螺柱）的选择查 HG/T20613-20098中表 5.0.7-11 和附录中表 A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表 3-5:表 3-5 螺栓及垫片名称公称直径螺纹进 料 口 出 料 口 排 污 口 人

14、 孔 温 度 计 口 压 力 表 口 安 全 阀 口 排 空 口50505050020202525M12M12M12M127575757513131717242430302.52.52.52.5M16M16M16 螺柱长 909090 紧固件用平垫圈 d1171717d2303030mmH3333.6 鞍座选型和结构设计 3.6.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座， 初步选用轻型鞍座， 材料选用 Q235-B。估算鞍座的负荷：罐（3-3）总质量 m=m1+2m2+m3+m4m1 一筒体质量：m1=兀DL06p=3.14X1.2X2.5X0.018x7.85X103=1331kgm2一 单 个

15、封 头 的 质 量 ，m2=234.7kgm3充液质量：p 水p 压缩空气，水压试验充满水，故取介质密度为 P 水=1000kg/m3,m3=p 水 VV=V 筒+2V 封=九 2 几DiL0+2V封=X1.22义2.5+2X0.2545=3.24m344则 m3=p水 V=1000X3.24kg=3240kgm4一附件质量：人孔质量为 418kg,其他接管总和为672kg,m4=1090kg即综上所述m=m1+2m2+m3+m4=1331+2X234.7+3240+1090=6130.4kg 则每个鞍座承受的质量为3065.2kg,即为 30.65kN。查 JB4712.1-2007 表 1

16、,优先选择轻型支座。查9中表 2,得出鞍座尺寸如表 3-6:表 3-6 鞍座尺寸表公称直径 DN1200 腹板9626b4320 允许载荷QkNh14513200 垫 板 64e6 鞍 座 高 度 200 筋板 b21405511 底板 b188017010 垫板b320061410螺栓间距鞍座质量增 12Kg72056763弧长61加 Kg100mm增加的高度 3.6.2鞍座的安装位置根据 2 中 6.1.1 规定， 应尽量使支座中心到封头切线的距离 A 小于等于 0.5Ra,当无法满足 A 小于等于 0.5Ra 时，A 值不宜大于 0.2L。Ra 为圆筒的平均内径。Ra=Di6n12002

17、0+=+=610mm2222hi）=2500+2X（325300）=2550mmL=L0+2h=L0+2（H 即 A0.5Ra=0.5X610=305mm 取 A=0.3m 鞍座的安装位置如图 3-3 所示：图3-3 鞍座安装位置第四章开孔补强设计根据1中式 8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。4.1 补强设计方法判别人孔开孔直径为d=di+2C2=500+2X1.5=503mmdDi1200=600mm 且 d520mm22 故可采用等面积法进行补强计算接管材料选用 16MnR 其许用应力(Tt=170MPa 根据 GB150-1998 中式8-1:A=d6+266et(1fr)4-1)式中

18、：壳体开孔处的计算厚度 6=14.92mm 接管的有效厚度 6et=6ntC=141.5=12.5mm 强度削弱系数 fr=1 所以 A=d6+266et(14.2 有效补强范围 4.2.1 有效宽度 B 按1中式 8-7，得：fr)=503X14.92=7504.76mm2B1=2d=2x503=1006mmB2=d+26n+26nt=503+2x20+2X14=567mmB=max(B1,B2)=1006mm4-2)4.2.24.2.2 外侧有效高度根据1中式 8-8，得：h1=d6nt=503x14=83.9mmh1=接管实际外伸高度=H1=290mmh1=min(h1,h1)=83.9

19、mm4.2.3 内侧有效高度根据1中式 8-9，得：h2=d6nt=503X14=83.9mmh2=接管实际内伸高度=0h2=min(h2,h2)=04.3 有效补强面积根据1中式 8-10 至式 8-13,分别计算如下：Ae=A1+A2+A3(4-3)A1 一筒体多余面积 A1=(Bd)(6e6)26et(6e6)(1fr)=(1006503)X(16.514.92)=794.74mm2A2 一接管多余面积A2=2h1(Set6t)fr+2h2(SetC2)fr=2X83.9义(12.512.5)X1+0=0A3焊缝金属截面积，焊脚去 8mmi则 1A3=X82X2=64mm224.4 补强

20、面积Ae=A1+A2+A3=794.74+0+64=858.74mm2 因为 AeAAe=7504.76858.74=6646.02mm2 第五章强度计算 5.1 水压试验应力校核试验压力PT=1.25P=1.25X3.75=4.69MPa 圆筒的薄膜应力为 6T=PT(Di+6e)4.69义(1200+16.5)=172.89MPa26e2X16.50.9 小 6s=0.9X0.85X345=263.9MPa 即 0.9(|)(TsT,所以水压试验合格 5.2 圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为 Ra=Di6n120020+=+=610mm2222 鞍座反力为F=mg6130.4X9.8=30

21、039.0N225.2.1 圆筒中间截面上的轴向弯矩根据2中式 7-2,得：2?2(Rahi)1+FL?L2?M1=4hi4?1+?3L?=8.47义106N?mm?2义(61023002)1+4A?30039乂2550?21502?=X?4300L?4?1+乂?32550?4X300?2550?5.2.2鞍座平面上的轴向弯矩根据2中式 7-3,得：22?hiARa+?12ALLM2=FA?14hi?1+?3L?=4.86乂106N?mm?1?=30039乂300乂?1?30061023002+25502X300义25504义3001+3X2550?图 5-1(a)筒体受剪力图图 5-1(b)

22、筒体受弯矩图圆筒轴向应力计算及校核 5.3 圆筒轴向应力计算及校核 5.3.1 圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力根据2中式 7-4 至式 7-7 计算最高点处：(r1=pcRa26eM13.75X106X610=22X16.5TTRa6e8.47X106=69.03MPa3.142义0.6102X16.5(5-1)最低点处：(T2=pcRaM13.75X106乂6108.47X106+=+=69.59MPa26e 兀Ra26e2X16.53.142义0.6102x16.5(5-2)5.3.2 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力， 按下

23、式计算： a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强(即 Ao-acacmax5.4 切向剪应力的计算及校核 5.4.1 圆筒切向剪应力的计算根据2中式 7-9 计算，查2中表 7-2,得：K3=0.880K4=0.401r=(5-4)K3F0.88X30039=2.63MPaRa6e0.610X0.0165 圆筒被封头力口强(5.4.2 圆筒被封头加强(ARa2)时，其最大剪应力 rh 根据2中式 7-10,计算得：rh=(5-5)K4F0.401X30039=1.20MPaRa6he0.610X0.01655.4.3 切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用

24、应力的 0.8 倍，即 p0.8(T。封头的切向剪应力，应满足 Th1.25(Tt?(Tht 而 P=2.63MPa0.86=0.8X170=136MPa 故圆筒满足强度要求。根据2中式 7-12Di1K=2+62hi2t=11200X2+62X3002=1(5-6)ch=(5-7)KpcDi1X3.75X1200=136.36MPa26he2x16.5弋h=1.20MPab+1.56Ra6n,所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。在横截面的最低点处：5.5.1 在横截面的最低点处：根据2中式 718(r5=(kK5F6e+6reb2)其中 k=0.1(容器焊在支座上)(5-8)查2中表 7-3 知

25、，K5=0.76 则 65=0.1X0.76X30039=0.63MPa20+6X140()5.5.2 在鞍座边角处由于 LRa=2550=4.188610 根据2中式 720:(T6=F46e+6reb2()12K6FRa22L6e+6re()查2中表 7-3 知，K6=0.013 则由于 ARa=0.3=0.490.50.610(T6=3003912X0.013X30039X610=5.63MPa4乂20+6X1402550X20+62()()(5-9)5.5.3 鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力由于 LRa8,根据2中式722(T6=F48eb212K6FRa30039=24X20X140

26、L6e12X0.013X30039X610=5.48MPa2550X2025.5.4 周向应力校核根据2中式 7.3.4.365=0.65MPa=170MPa(T6(T6=5.63MPa1.25=1.25X170=212.5MPa6=5.48MPa1.25=1.25X170=212.5MPattt 故圆筒周向应力强度满足要求。 5.6 鞍座应力计算及校核 5.6.1腹板水平分力及强度校核根据2中表 77鞍座包角 9=1200， 查2中表 75得： K9=0.204。则Fs=K9F=0.204X30039=6128N垫板起加强作用， 则：(T9=FsHsb0+br6re其中6re=6mm,br=

27、b2=140mm,Ra610=203mm,H=2036=197mm33贝UHs=minH,Ra=197mm3 贝 U(T9=6128=3.03MPa0.197x0.006+0.14x0.006 查 2 中 表51,得：sa=147MPa,WJ2(T3=98MPasa 由于 69FEv 所以压应力应按2中式 729 计算：(Tsa=(5-9)其中 FAsaFEvH2ZrFEvHvAsaL2A()Hv=R+H=1200+197=697mm,2 筋板面积腹板面积：A2=(l1A1=b263=140义6=840mm250)62=880(50X6=4980mm2)Asa=6A1+A2=6乂840+498

28、0=10020mm2x=880l1101563l3=10156200=209mm22636=209+=212mm22Z1=x+Z2=Z1+l3=212+200=412mm 形心：yc=6A1b2+6226X840X140+62=36.7mmAsa10020()()yc=b2+6222yc=140+6236.7=36.3mmb66l2022Iy=23X23+A1Z1+Z2+211212()()3140X626乂88020=2X3X+840X2122+4122+1212=498367180mm4b66l20Iz=623+A1xyc+21+A2yc1212=6X33()()3()1403乂66388

29、02840X209X36.3+4980X36.71212()=46667214mm4 腹板与筋板组合截面断面系数：max=Zmax170b110=10=75mm22l880=110=10=430mm22Zry=Zrz=lyZmax=498367180=1158993.4mm3430Iz46667214=108528.4mm3Zmax430Zr=minZry,Zrz=108528.4mm3代入公式 o-sa=?FHFEvHvF?Ev?得Asa2ZrAsa(L?2A)FEvH2ZrFEvHv30039=AsaL2A100206sa=FAsa()4806.2X1972义108528.44806.2X

30、69710020X25502X300()=7.531MPasa=tFAsaFfH30039=Zr1002030039X0.4X197=24.807MPa108528.4取K0=1.2则K0bsa=1.2X147=176.4MPa根据2中式 732 进行校核6sa=7.531MPaK0(T(Tsat=176.4MPa=24.807MPa=147MPasasa 即满足强度要求。 5.7 地震引起的地脚螺栓应力 5.7.1 倾覆力矩计算 0MEv0=FEvHV=4806.2乂697=3349921N?mm5.7.2 由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力根据2中式 7-34 计算(Tbt=0?MEv0nlAbt(5-10)其中 n 为承受倾覆力矩的地脚螺栓个数，n=2;l 为筒体轴线两侧的螺栓间距 l=l2=720mm；Abt 为每个地脚螺栓的横截面面积，Abt