立式多喷嘴水喷射真空泵设计

1、立式多喷嘴水喷射真空泵的设计立式多喷嘴水喷射真空泵的设计张 茂 润安徽理工大学化工学院安徽理工大学化工学院 绪绪 论论 一、化工设备课程设计的目的和要求一、化工设备课程设计的目的和要求 (1) 课程设计的目的课程设计的目的 课程设计是培养学生设计能力的重要实践课程设计是培养学生设计能力的重要实践 教学环节。在教师指导下，通过课程设计，培教学环节。在教师指导下，通过课程设计，培 养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生 产实际的知识，综合地分析和解决工程实际问产实际的知识，综合地分析和解决工程实际问 题的能力。当学生完成课程设计后，应达到下题的能力。当学生

2、完成课程设计后，应达到下 列目的：列目的： 1) 通过课程设计，能够将化工设备课程和有关通过课程设计，能够将化工设备课程和有关 先修课程所学的知识，在设计中综合地加以运先修课程所学的知识，在设计中综合地加以运 用，使学到的知识得到巩固、加深和提高。用，使学到的知识得到巩固、加深和提高。 2) 初步培养学生独立进行工程设计的工作能力初步培养学生独立进行工程设计的工作能力 ，树立正确的设计思想，掌提化工设备设计的，树立正确的设计思想，掌提化工设备设计的 基本方法和程序，为今后从事工程设计打下良基本方法和程序，为今后从事工程设计打下良 好的基础。好的基础。 3) 使学生能够熟悉和运用设计资料，如有关

3、国使学生能够熟悉和运用设计资料，如有关国 家（部颁）标准，以完成作为工程技术人员在家（部颁）标准，以完成作为工程技术人员在 机械设计方面所必备的基本训练。机械设计方面所必备的基本训练。 (2) 化工设备课程设计的要求化工设备课程设计的要求 1) 树立正确的设计思想树立正确的设计思想 能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、 经济、可靠和实用等方面的要求，严肃认真地经济、可靠和实用等方面的要求，严肃认真地 进行设计。进行设计。 2) 具有积极主动的学习态度具有积极主动的学习态度 在课程设计中遇到的问题，要随时查阅有关在课程设计中遇到的问题，要随时查阅有关 教科

4、书或文献，通过积极思考，提出个人见解教科书或文献，通过积极思考，提出个人见解 尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮 助解决问题。助解决问题。 3) 正确处理好几个关系正确处理好几个关系 继承和发展的关系继承和发展的关系 强调独立思考，依靠设计资料和继承前人经强调独立思考，依靠设计资料和继承前人经 验。对于初学设计的人来说，学会收集、理解验。对于初学设计的人来说，学会收集、理解 、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的 重要方面。重要方面。 因此正确处理好继承和发展条件下的抄、搬因此正确处理好继承和发展条件下的抄

5、、搬 、套问题，正是设计能力强的重要表现。、套问题，正是设计能力强的重要表现。 正确使用标准规范正确使用标准规范 化工设备设计非常强调标准规范。但是并不化工设备设计非常强调标准规范。但是并不 是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要 求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而 服从设计要求。但非标准件中的参数，一般仍服从设计要求。但非标准件中的参数，一般仍 宜按标准选用。宜按标准选用。 学会统筹兼顾、抓主要矛盾学会统筹兼顾、抓主要矛盾 ) 计算结果要服从结构设计的要求计算结果要服从结构设计的要求 对初学设计者，最易把

6、设计片面理解为就是对初学设计者，最易把设计片面理解为就是 理论上的强度、刚度、稳定性等计算，认为这理论上的强度、刚度、稳定性等计算，认为这 些计算结果不可更改，实际上，对一个合理的些计算结果不可更改，实际上，对一个合理的 设计，这些计算结果只对零件尺寸提供某一个设计，这些计算结果只对零件尺寸提供某一个 方面的依据。而部件实用尺寸一定要符合结构方面的依据。而部件实用尺寸一定要符合结构 等方面的要求。等方面的要求。 ) 按几何等式关系计算而得的尺寸，一般不按几何等式关系计算而得的尺寸，一般不 能随意圆整变动；按经验公式得来的尺寸一般能随意圆整变动；按经验公式得来的尺寸一般 应圆整使用。应圆整使用。

7、 ) 处理好计算与绘图的关系：设计中要求算处理好计算与绘图的关系：设计中要求算 、画、选、改同时进行，但零件的尺寸以最后、画、选、改同时进行，但零件的尺寸以最后 图样确定的为准。对尺寸作出修改后，有时并图样确定的为准。对尺寸作出修改后，有时并 不一定要求再对零件强度等进行计算，可以据不一定要求再对零件强度等进行计算，可以据 修改幅度、计算准确程度等来判断是否有必要修改幅度、计算准确程度等来判断是否有必要 再行计算。再行计算。 二、化工设备课程设计的内容和步骤二、化工设备课程设计的内容和步骤 (1) 课程设计的内容课程设计的内容 根据设计任务书的要求和设计条件单的内容根据设计任务书的要求和设计条

8、件单的内容 ，在一周的时间内，在一周的时间内， 完成一种典型钢制完成一种典型钢制 压力容器与设备的压力容器与设备的 机械设计如水喷射机械设计如水喷射 真空泵。真空泵。 绘制设备绘制设备 总装图一张、重要总装图一张、重要 部件图一张；书写部件图一张；书写 设计说明书一份。设计说明书一份。 多喷嘴喷射真空泵多喷嘴喷射真空泵单喷嘴喷射真空泵单喷嘴喷射真空泵 (2) 课程设计的一般步骤课程设计的一般步骤 1) 准备阶段准备阶段 设计前应准备好有关的设计资料、手册、图设计前应准备好有关的设计资料、手册、图 册。册。 认真研究设计条件单，分析设计条件单中的认真研究设计条件单，分析设计条件单中的 技术特性参

9、数、接管表中各接管的规格和用途技术特性参数、接管表中各接管的规格和用途 、设备示意图，明确设计要求和设计内容。、设备示意图，明确设计要求和设计内容。 设计前应认真复习教科书的内容、熟悉有关设计前应认真复习教科书的内容、熟悉有关 的设计资料和设计步骤。的设计资料和设计步骤。 结合实验室的现有实验设备（如列管式换热结合实验室的现有实验设备（如列管式换热 换热器、填料塔、精馏塔、反应釜等），熟悉换热器、填料塔、精馏塔、反应釜等），熟悉 典型设备的结构，为设计做准备。典型设备的结构，为设计做准备。 2) 机械设计阶段机械设计阶段 化工设备的机械设计是在设备的工艺设计后化工设备的机械设计是在设备的工艺设

10、计后 进行的。进行的。其内容和任务是根据设备的工艺条件其内容和任务是根据设备的工艺条件 (如工作压力、如工作压力、温度、介质腐蚀性、结构形式温度、介质腐蚀性、结构形式 和尺寸、接管方位标高等和尺寸、接管方位标高等 )，围绕着确定壳体，围绕着确定壳体 壁厚这一尺寸进行的强度、刚度和稳定性的设壁厚这一尺寸进行的强度、刚度和稳定性的设 计或校核计算；对设备内、外附件进行机械结计或校核计算；对设备内、外附件进行机械结 构设计和选型。这一过程往往通过构设计和选型。这一过程往往通过“ 边算、边边算、边 边选、边画、边改边选、边画、边改 ”的作法来实现，没有一次的作法来实现，没有一次 成功完成整个设计的做法

11、。成功完成整个设计的做法。 选材选材 当设计条件单中没有提供使用的材料牌号时当设计条件单中没有提供使用的材料牌号时 ，通常先按压力因素进行选材。当操作温度高，通常先按压力因素进行选材。当操作温度高 于于200或低于或低于40时，温度就是选材的决时，温度就是选材的决 定因素；在腐蚀强烈或对物料的污染有特定要定因素；在腐蚀强烈或对物料的污染有特定要 求的，腐蚀因素是选材的主要依据。当设计条求的，腐蚀因素是选材的主要依据。当设计条 件单中提供了使用的材料牌号时，按要求使用件单中提供了使用的材料牌号时，按要求使用 ，不需要另行选材。，不需要另行选材。 强度、刚度、稳定性设计或校核计算强度、刚度、稳定性

12、设计或校核计算 根据结构形式、受力条件和材料的力学性能根据结构形式、受力条件和材料的力学性能 、耐腐性能等进行强度、刚度和稳定性计算，、耐腐性能等进行强度、刚度和稳定性计算， 最后确定出合理的结构尺寸。最后确定出合理的结构尺寸。 选用零部件选用零部件 设备的附件结构，一般由工艺设计确定，附设备的附件结构，一般由工艺设计确定，附 件的结构形式件的结构形式在满足工艺要求的条件下，由受在满足工艺要求的条件下，由受 力条件、制造、安装等因素决定。如法兰、支力条件、制造、安装等因素决定。如法兰、支 座、人孔、视镜、液面计等附件。座、人孔、视镜、液面计等附件。 三、绘制设备装配图三、绘制设备装配图 (1)

13、 选择主视图选择主视图 根据设备设计条件单中的图示特点，采用全根据设备设计条件单中的图示特点，采用全 剖视的表达方法，用以表达设备上各零部件之剖视的表达方法，用以表达设备上各零部件之 间的装配关系。间的装配关系。 (2) 确定其它视图确定其它视图 主视图确定后，选择俯视图，以表达设备上主视图确定后，选择俯视图，以表达设备上 各接管周向方位及支座的数量、外形及周向方各接管周向方位及支座的数量、外形及周向方 位，补充了主视图对这些部分表达的不足。位，补充了主视图对这些部分表达的不足。 (3) 选择辅助图及各种表达方法选择辅助图及各种表达方法 根据设备的结构特点，采用局部放大图等表根据设备的结构特点

14、，采用局部放大图等表 基本视图的不足，可用若干个局部放大图，分基本视图的不足，可用若干个局部放大图，分 别表达设备与工艺接管、筒体与封头等连接情别表达设备与工艺接管、筒体与封头等连接情 况和焊缝结构。况和焊缝结构。 (4) 提出技术要求提出技术要求 对设备制造、装配、检验和试车等工序提出对设备制造、装配、检验和试车等工序提出 合理的要求，以文字的形式标注在总装图上。合理的要求，以文字的形式标注在总装图上。 四、绘制零部件图四、绘制零部件图 对于标准零部件，有专门厂家生产的，可以对于标准零部件，有专门厂家生产的，可以 不绘制零部件图；对于具有独立结构的零部件不绘制零部件图；对于具有独立结构的零部

15、件 需要绘图，以便加工制造。需要绘图，以便加工制造。 五、设计计算说明书五、设计计算说明书 设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是 设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文 件之一。其内容一般有以下部分：件之一。其内容一般有以下部分： (1)设计任务书；设计任务书； (2)教师评语教师评语；(3)前言；前言； (4)目目 录；录； (5)设计条件单；设计条件单； (6)设计方案的分析和拟设计方案的分析和拟 定；定； (7)设计计算及各部分结构尺寸的确定；设计计算及各部分结构尺寸的确定； (8)鸣谢；鸣谢；(9)参参考

16、文献；考文献； (10)设备装配图；设备装配图； (11) 设备部件图；设备部件图； 设计计算说明书要求计算结果正确，论述清设计计算说明书要求计算结果正确，论述清 清楚、文字精练，插图简明，体式符合学校的清楚、文字精练，插图简明，体式符合学校的 有关规定，装订成册有关规定，装订成册 。 立式多喷嘴水喷射真空泵的设计内容如下：立式多喷嘴水喷射真空泵的设计内容如下： (1) 水室的强度、刚度计算和结构设计；水室的强度、刚度计算和结构设计； (2) 平板封头的强度计算和结构设计；平板封头的强度计算和结构设计； (3) 喷板的稳定性计算和结构设计；喷板的稳定性计算和结构设计； (4) 真空室的稳定性计

17、算和结构设计；真空室的稳定性计算和结构设计； (5) 喷嘴的结构设计；喷嘴的结构设计； (6) 喉管、尾管的结构设计；喉管、尾管的结构设计； (7) 水室的水压试验、水室的水压试验、真空室的气压试验；真空室的气压试验； (8)支座的选型及校核支座的选型及校核; (9)进液管、进气管开孔补强的设计计算；进液管、进气管开孔补强的设计计算； (10)主要焊缝的结构与尺寸设计；主要焊缝的结构与尺寸设计； (11)绘制总装配图及水室部件图等。绘制总装配图及水室部件图等。 一、一、水喷射真空泵的结构水喷射真空泵的结构 二、主要元件的作用二、主要元件的作用 水水 室：贮存具有一定压力的引射流体室：贮存具有一

18、定压力的引射流体水；水； 喷喷 板：安放喷嘴，并将水室和真空室隔开；板：安放喷嘴，并将水室和真空室隔开；图图1 水喷射真空泵的结构示意图水喷射真空泵的结构示意图水室水室喷喷 嘴嘴真空室真空室喉喉 管管尾尾 管管喷喷 板板进水进水管管进气进气管管 喷喷 嘴：将引射流体的静压能转化为动能，使流嘴：将引射流体的静压能转化为动能，使流 体能够高速喷出；体能够高速喷出； 真空室：高真空形成装置；真空室：高真空形成装置； 喉喉 管：管： 聚焦引射流体；聚焦引射流体； 尾尾 管：管： 排除引射流体和被引射流体排除引射流体和被引射流体 三、工作原理三、工作原理 水室中具有一定压力的引射流体水室中具有一定压力的

19、引射流体水通过喷嘴水通过喷嘴 后，其大部分静压能被转化为动能，以一定的初后，其大部分静压能被转化为动能，以一定的初 速度高速喷出进入真空室，水束周围的气体将通速度高速喷出进入真空室，水束周围的气体将通 过摩擦、挟带、撞击被水流带出进入喉管，最后过摩擦、挟带、撞击被水流带出进入喉管，最后 进入尾管被带出，真空室的气体被带出后，则形进入尾管被带出，真空室的气体被带出后，则形 成真空。成真空。 四、引射流体喷射过程的模型四、引射流体喷射过程的模型紧密区紧密区破碎区破碎区疏散区疏散区图图2 水射流水射流模型模型图图喷喷 嘴嘴 五、水喷射真空泵的参数五、水喷射真空泵的参数d2L2L4dO 流量比：流量比

20、： 其中：其中： 被抽气体流量；被抽气体流量； 工作液体流量工作液体流量 。一般取。一般取 面积比：面积比： 其中：其中： 喉管直径；喉管直径； 喷嘴出口直径；喷嘴出口直径； 一般取：一般取： 喉嘴距：喉嘴距： 喉管长度：喉管长度： 喉管进口角：喉管进口角： 扩散角：扩散角：/glqQQgQlQOd2d222/Omdd67m 0.6q 42(1.52.0)Ld15005001LO25151O20102 六、水喷射真空泵的应用六、水喷射真空泵的应用 由于立式多喷嘴水喷射真空泵的抽气量大，由于立式多喷嘴水喷射真空泵的抽气量大， 形成的真空度高，故广泛应用于真空干燥、真形成的真空度高，故广泛应用于真

21、空干燥、真 空结晶、真空过滤、真空精馏及抽吸输送易燃空结晶、真空过滤、真空精馏及抽吸输送易燃 、易爆、有毒、放射性介质等。、易爆、有毒、放射性介质等。 优点：结构简单、加工方便、无运动部件、抽优点：结构简单、加工方便、无运动部件、抽 气量大、真空度高等。气量大、真空度高等。 缺点：尾管较长，设备的总高度较大、喷板加缺点：尾管较长，设备的总高度较大、喷板加 工较困难等。工较困难等。 第一章第一章 水室的设计水室的设计 水室的作用：贮存具有一定压力的水，并容水室的作用：贮存具有一定压力的水，并容 纳若干个喷嘴。其基本结构如图纳若干个喷嘴。其基本结构如图3所示。所示。 一、筒体的设计一、筒体的设计

22、(1)设计参数的确定设计参数的确定 设计压力：设计压力： 计算压力：计算压力： 当当 时，可时，可 以忽略以忽略 ; 设计温度：设计温度： 焊缝系数：焊缝系数： ( (单面焊，不做无损探伤单面焊，不做无损探伤) ) 图图4 水室的结构水室的结构下法兰下法兰筒筒 体体仪表接管仪表接管上法兰上法兰进液管进液管Wpp1 . 1lCppp%5/ppllpCtO406 . 0 钢板负偏差：钢板负偏差： 腐蚀裕度：腐蚀裕度： (2)筒体壁厚的强度计算筒体壁厚的强度计算 设筒体的壁厚为设筒体的壁厚为 ，由，由 、材料的牌号、设、材料的牌号、设 计温度确定材料的计温度确定材料的 ， 由公式由公式 计算出设计壁

23、厚计算出设计壁厚 ，考虑，考虑 后圆整至后圆整至 。若。若 = ，则假设，则假设 合理；反之不合理，需要重合理；反之不合理，需要重 新设计，直至满足新设计，直至满足 = 。 (3)筒体壁厚的刚度校核筒体壁厚的刚度校核 当当 3800 ， 2/1000且不小于且不小于3 mmC25. 01mmC0 . 12nSnS t2 2CpDpSCtiCddS1CnSnSnSnSnSnSnSiDmmminSmm (4)筒体长度的确定筒体长度的确定 筒体的长度筒体的长度 H 按下式进行确定：按下式进行确定： 其中：其中： 筒体半径；筒体半径； 筒体壁厚；筒体壁厚； 进液进液 管外径管外径； 进液管直径的设计进

24、液管直径的设计: 由由 得：得： , 根据根据 得：得： 由由 查钢管标准确定：进液管查钢管标准确定：进液管 ，外径，外径 、壁壁 厚厚 。将开孔直径与允许开孔直径比较，满足。将开孔直径与允许开孔直径比较，满足 要求即可。要求即可。2 2.5OHRSD SODRlgQQq/qQQgl/uDQil24uQDli4iDDNOtDntS 二、二、筒体法兰联接结构的设计筒体法兰联接结构的设计 (1) 法兰的设计及密封面的选型法兰的设计及密封面的选型 根据法兰的根据法兰的DN、PN确定法兰的类型，由对应确定法兰的类型，由对应 的容器法兰标准设计出法兰的尺寸。的容器法兰标准设计出法兰的尺寸。 由操作介质、

25、温度压力确定密封面的型式。由操作介质、温度压力确定密封面的型式。 (2) 垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计 根据密封的介质根据密封的介质、操作温度操作温度、操作压力，由垫操作压力，由垫 片选用表确定垫片的名称及材质，根据垫片标准片选用表确定垫片的名称及材质，根据垫片标准 设计尺寸。设计尺寸。 选用六角头螺栓选用六角头螺栓 、型六角螺母、平垫圈型六角螺母、平垫圈 三、三、工艺接管的设计及装配尺寸工艺接管的设计及装配尺寸 (1) 进液管设计及装配尺寸进液管设计及装配尺寸 进液管直径设计已介绍，进液管长度由其进液管直径设计已介绍，进液管长度由其DN 和保温层厚度查

26、表确定。和保温层厚度查表确定。 进液管的中心线距筒体上法兰密封面的尺寸进液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：（装配尺寸）按下式计算： 压力表接管的规格由条件设计单提供，管长度压力表接管的规格由条件设计单提供，管长度 由其由其DN和保温层厚度查表确定。装配尺寸的设计和保温层厚度查表确定。装配尺寸的设计 方法与进液管相同。方法与进液管相同。12.5/2nOtHRSD (2) 法兰的设计及密封面的选型法兰的设计及密封面的选型 根据法兰的根据法兰的DN、PN确定法兰的类型，由对应确定法兰的类型，由对应 的管法兰标准设计出法兰的尺寸。的管法兰标准设计出法兰的尺寸。 由操作介质、

27、温度压力确定密封面的型式。由操作介质、温度压力确定密封面的型式。 (3) 垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计 根据密封的介质根据密封的介质、操作温度操作温度、操作压力，由垫操作压力，由垫 片选用表确定垫片的名称及材质，根据垫片标准片选用表确定垫片的名称及材质，根据垫片标准 设计尺寸。设计尺寸。 选用六角头螺栓选用六角头螺栓 、型六角螺母、平垫圈型六角螺母、平垫圈 四、四、水室的部件图水室的部件图 第二章第二章 平板封头的设计平板封头的设计 平板封头与水室的上法兰采用法兰联接结构平板封头与水室的上法兰采用法兰联接结构 ，联接尺寸与水室的上法兰相同。其作用是将引，

28、联接尺寸与水室的上法兰相同。其作用是将引 射流体密封在水室内，以防止水外溢，同时可防射流体密封在水室内，以防止水外溢，同时可防 止空气中的杂质进入水室堵塞喷嘴。止空气中的杂质进入水室堵塞喷嘴。 一、平板封头的强度计算一、平板封头的强度计算 (1) 设计参数的确定设计参数的确定 参见筒体设计参数的确定，但焊缝系数与其不参见筒体设计参数的确定，但焊缝系数与其不 同。同。 (2) 平板封头壁厚的设计平板封头壁厚的设计 平板封头的壁厚公式为：平板封头的壁厚公式为： 其中：其中： 计算直径，取垫片的中径；计算直径，取垫片的中径； 板边结板边结 构特征系数，取构特征系数，取0.3。 设封头的壁厚为设封头的

29、壁厚为 ，由，由 、材料牌号、材料牌号、 查钢查钢 板的许用应力表确定板的许用应力表确定 。 由由 公式计算出公式计算出 ，将假设的壁，将假设的壁 厚与计算出的壁厚进行比较，若两者相等，则假厚与计算出的壁厚进行比较，若两者相等，则假 设合理；反之，重新设计，直至满足要求。设合理；反之，重新设计，直至满足要求。12 CnCtKpSDCC CDKnSnSt t12 CnCtKpSDCC nS 二、平板封头的结构设计二、平板封头的结构设计 平板封头与水室的上法兰采用法兰联接，因平板封头与水室的上法兰采用法兰联接，因此此 ，联接尺寸与水室的上法兰相同。下图为，联接尺寸与水室的上法兰相同。下图为 、 平

30、板封头平板封头的结构与尺寸。的结构与尺寸。 900DN5 . 2PN 第三章第三章 喷板的设计喷板的设计 作用：布置和安装一定数量的喷嘴，将真空室作用：布置和安装一定数量的喷嘴，将真空室 和水室隔开。和水室隔开。 一、喷嘴孔在喷板上的布置一、喷嘴孔在喷板上的布置 喷嘴孔在喷板上的布置形式有两种：同心圆、喷嘴孔在喷板上的布置形式有两种：同心圆、 等边三角形等边三角形 布置。如右布置。如右 图所示。图所示。同心圆分布同心圆分布三角形分布三角形分布 考虑到最外缘喷嘴具有一定的倾斜角度，因此，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在喷板上布置喷嘴时，为防

31、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不现干涉，喷板的球面部分在水平方向的投影径不 大于大于 ，喷嘴孔则布置在此投影径内。，喷嘴孔则布置在此投影径内。 二、喷板的稳定性计算喷板的稳定性计算 (1)设计外压的确定设计外压的确定 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：最大压差，取设计外压： 其中：其中： 水室工作压力。水室工作压力。20iTDD)( 1 . 0MPappWWp (2) 稳定性计算稳定性计算 假设喷板的壁厚为假设喷板的壁厚为 ， 。由喷板的当。由喷板的当 量半径量半径 和和 ，计算出，计算出 。用

32、。用 = 0.125 计算出系数计算出系数 值，在图值，在图15-5的下方找到系数的下方找到系数 值值 ，由此做垂直线与，由此做垂直线与150的温度线相交，交点水的温度线相交，交点水 平对应的值系数为平对应的值系数为B 。许用外压按下式计算：。许用外压按下式计算： 将将 与与 进行比较，若进行比较，若 ，则假设壁厚，则假设壁厚 合理，反之，则重新假设。由于喷板上开设了合理，反之，则重新假设。由于喷板上开设了nSCSSneOReS/oeRSA()eoSRAA)(OeRSBp ppppnS 一定数量的喷嘴孔，使其稳定性下降，因此，工一定数量的喷嘴孔，使其稳定性下降，因此，工 程上采用的壁厚一般在程

33、上采用的壁厚一般在2530mm。内径。内径 壁厚壁厚 喷板的结构与尺寸如下图。喷板的结构与尺寸如下图。mmSn30mmDi900 第四章第四章 真空室的设计真空室的设计 真空室主要由外压圆筒、锥壳和进气管等构真空室主要由外压圆筒、锥壳和进气管等构 成，基本结构如右图所示。成，基本结构如右图所示。 其作用是当引射流体其作用是当引射流体水水 高速通过气室时，会将水高速通过气室时，会将水 流周围的气体以摩擦、撞流周围的气体以摩擦、撞 击、挟带的方式带出，在击、挟带的方式带出，在 气室内将产生负压。当进气室内将产生负压。当进 气管与工作机相连时，可气管与工作机相连时，可 进行干燥、过滤、精馏、进行干燥

34、、过滤、精馏、 结晶、抽吸等操作结晶、抽吸等操作。 一、一、真空室的长度设计真空室的长度设计 真空室由圆筒和锥壳两部分构成，总长度取引真空室由圆筒和锥壳两部分构成，总长度取引 射流体的长度，即：射流体的长度，即： 。 (1) 圆筒的长度设计圆筒的长度设计 进气管直径的确定：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。当抽气量一定时，进气管直径越小，则的影响。当抽气量一定时，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成引射流体

35、过早破碎，气液混合物不能及时进入mm15001000 尾管排出，使抽气量下降；反之，则相反。因此尾管排出，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。，在满足开孔的条件下，进气管直径取大较好。 当筒体内径当筒体内径 时，最大开孔直径必须时，最大开孔直径必须 且不超过且不超过520 mm。如如 的圆筒的圆筒 ，最大开孔直径取最大开孔直径取450 mm，与之配套的接管公称，与之配套的接管公称 直径为直径为 ，规格为，规格为 ，设计开孔，设计开孔直直 径为径为 ，考虑到与最大允许开孔直径，考虑到与最大允许开孔直径 450 mm相近，取接管的公称直径为相近，取接管的公称

36、直径为 ，规，规 格为格为 ，设计的开孔直径为，设计的开孔直径为 ，然，然 后由公称直径、设备外保温层厚度，确定进气管后由公称直径、设备外保温层厚度，确定进气管mmDi1500iiDd21mmDi900400DNmm6426mmdi426350DN6377mmdi377 的长度。的长度。 圆筒长度的确定：圆筒长度的确定： 圆筒的长度为：圆筒的长度为： (2) 圆锥壳的长度设计：圆锥壳的长度设计： 圆锥壳的下端与喉管采用管法兰联接，初选圆锥壳的下端与喉管采用管法兰联接，初选 管法兰的管法兰的DN、PN，由管法兰的内径确定锥壳的，由管法兰的内径确定锥壳的 下端外径下端外径 。锥壳的长度为。锥壳的长

37、度为 ：引射流体长度：引射流体长度 ，锥壳的半锥角为：，锥壳的半锥角为： 若若 ，则初选管法兰的，则初选管法兰的DN 满足要求，反之满足要求，反之 ，则重新选择管法兰的，则重新选择管法兰的DN，直至满足，直至满足 。OtnDRSL5 . 22LOtD12/ )(LDDtgOti1LO25O25 二、二、真空室的稳定性计算真空室的稳定性计算 (1) 设计外压的确定设计外压的确定 对于真空容器，取设计外压：对于真空容器，取设计外压： (2) 筒体壁厚的设计筒体壁厚的设计 试差法：假设圆筒的壁厚为试差法：假设圆筒的壁厚为 ，则，则 、 ，由公式由公式 计算出临界长度计算出临界长度 ，筒体的计算长度：

38、，筒体的计算长度： 若若 ，则为短圆筒；反之，为长圆筒。，则为短圆筒；反之，为长圆筒。 短圆筒的短圆筒的临界压力为：临界压力为： 长圆筒的长圆筒的临界压力为：临界压力为：MPap1 . 0nSCSSne2oinDDS1.17ooeDLcrDSLcrOtnDRSL5 . 22LLcreOOetcrSDLDSEp259. 23)(2 . 2OetcrDSEp 由由 计算出计算出 ，对于圆筒，对于圆筒 =3。将。将 与与 进行比较，若进行比较，若 ，则假设，则假设 合理；反之不合合理；反之不合 理，需要重新设计理，需要重新设计 ，直至满足，直至满足 为止。为止。 图算法：外压圆图算法：外压圆 筒的壁

39、厚筒的壁厚 按教材按教材 “外压容器设计外压容器设计” 中的图中的图5-5及图及图5-7 5-13进行计算，进行计算， 原则流程如右图。原则流程如右图。 crppm pm ppp pnSnSp p (3) 圆锥壳壁厚的设计圆锥壳壁厚的设计 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定方法进行计算，但用锥壳的有效壁厚 来代来代替替 圆筒的有效壁厚圆筒的有效壁厚 ，锥壳的有效壁厚为：，锥壳的有效壁厚为： 将圆锥壳转化为当量圆筒，其当量长度为：将圆锥壳转化为当量圆筒，其当量长度为： 其中：其中： 圆锥壳的轴向长度；圆锥壳的轴向

40、长度； 圆锥壳的小圆锥壳的小 端外径；端外径； 圆锥壳的大端外径。圆锥壳的大端外径。 ceSeSconCSSncce)()1 (21LSeDDLL1LSDLD 假设圆锥壳的壁厚为假设圆锥壳的壁厚为 ，则：，则： 分别计算出分别计算出 、 ，在图在图15-4中的纵坐标中的纵坐标 上找到上找到 值，值，自该点做水平线与对应的自该点做水平线与对应的 线相交，由交点做垂直线与水平轴相交，找到交线相交，由交点做垂直线与水平轴相交，找到交 点的系数点的系数A值值,在图在图15-5-15-7中的横坐标上找到中的横坐标上找到A值值 ，由此做垂直线与对应的温度线相交，交点水平，由此做垂直线与对应的温度线相交，交

41、点水平 对应的值系数约为对应的值系数约为B。按下式计算许用外压按下式计算许用外压 ： 若若 ，则假设壁厚合理；反之，则不合理。，则假设壁厚合理；反之，则不合理。ncSconCSSncce)(LeDL /ceLSD /LeDL /ceLSD / p)(OeDSBp pp 三、三、工艺接管的设计及装配尺寸工艺接管的设计及装配尺寸 参见第一章第三节内容。参见第一章第三节内容。 四、真空室的部件图四、真空室的部件图 真空室的部件图如图。真空室的部件图如图。 第五章第五章 喷嘴的设计喷嘴的设计 一、一、喷嘴的设计喷嘴的设计 喷嘴的作用是将水的绝大部分静压能转化为动喷嘴的作用是将水的绝大部分静压能转化为动

42、 能，使水高速喷出，将气室中的气体带出而形成能，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真空。喷嘴的出口内径一般取 ， 由于喷嘴的出口部分磨损较严重，故喷嘴设计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，下段喷嘴可以定期进行入喷嘴的水流产生旋涡，下段喷嘴可以定期进行 更换，喷嘴的结构及尺寸如下图。更换，喷嘴的结构及尺寸如下图。 二、防旋装置的设计二、防旋装置的设计 mmd1510 具有一定压力的水进入喷嘴时易产生旋涡，使具有一定压力的水进入喷嘴时易产生旋涡，使 部

43、分静压能转化为热能，导致水温升高，真空度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，结构与尺寸如图旋装置，材料选用聚四氟乙烯，结构与尺寸如图 。 防旋十字挡板防旋十字挡板 第六章第六章 喉管、尾管的结构设计喉管、尾管的结构设计 一、一、喉管的设计喉管的设计 喉管的的作用主要有两个方面，一方面聚焦引射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，以防止外部的大气流体，另一方面

44、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，其上端与铁整体铸造，其上端与 外压圆锥壳的下端法兰外压圆锥壳的下端法兰 相联，下端与尾管法兰相联，下端与尾管法兰 相联。其结构与尺寸如相联。其结构与尺寸如 图。图。 二、二、尾管的设计尾管的设计 尾管的的作用主要是尾管的的作用主要是 有将引射流体和气体的混合物排出，另一方面起有将引射流体和气体的混合物排出，另一方面起 抽吸作用。抽吸作用。尾管一般采用尾管一般采用Q235-A钢管制造钢管制造,上端上端 与喉管采用突面板式管法兰相联，尾管的公称直与喉管采用突面板式管法兰相

45、联，尾管的公称直 径与管法兰相同，长度根据水室的工作压力不同径与管法兰相同，长度根据水室的工作压力不同 分别取分别取: 或或 三、三、法兰联接结构设计法兰联接结构设计 参见第一章第三节内容。参见第一章第三节内容。 mml5000mml10000 第七章第七章 压力试验压力试验 压力试验的目的是检验宏观强度（是否有异压力试验的目的是检验宏观强度（是否有异 常变形）和致密性（有无泄漏）。常变形）和致密性（有无泄漏）。 一、水室一、水室试验压力试验压力的确定的确定 且不小于（且不小于（ + 0.1） Q235-B、Q235-C、Q245R、Q345R制容制容 器，试验温度不低于器，试验温度不低于5

46、，其它低合金钢制容，其它低合金钢制容 器，试验温度不低于器，试验温度不低于15。 二、压力试验的强度校核二、压力试验的强度校核 1.25 Ttppp 液压试验时液压试验时水室水室产生的最大应力为：产生的最大应力为： 将将 与与 进行比较，若进行比较，若 ，则，则 强度足够；反之强度不够，需要重新设计罐体强度足够；反之强度不够，需要重新设计罐体 的壁厚。直至液压试验合格。的壁厚。直至液压试验合格。 三、试验方法三、试验方法 注液时将气体排尽，试验过程保持容器表面注液时将气体排尽，试验过程保持容器表面 干燥，试验时缓慢地将压力升至干燥，试验时缓慢地将压力升至 ，保压一保压一 段时间（不低于段时间（

47、不低于30min），将压力降），将压力降至至80% ， max()2()TinnpDSCSCmax0.9smax0.9sTpTp 保持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行保持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行 检查，如有渗漏，修补后重新试验，直至合格检查，如有渗漏，修补后重新试验，直至合格 为止。为止。 四、四、气室的气压试验气室的气压试验 (1) 试验压力试验压力的确定的确定 真空容器属外压容器，做压力真空容器属外压容器，做压力试验时试验时,按内按内 压进行压进行, 试验压力取试验压力取: (2) 压力试验的强度校核压力试验的强度校核 气气压试验时筒体产生的最大应力为：压试验时筒体产生的最

48、大应力为： MPapT2 . 0)(2)(2 . 0maxCSCSDnni 将将 与与 进行比较，若进行比较，若 ，则强度，则强度 足够；反之强度不够，需要重新设计足够；反之强度不够，需要重新设计气室气室的壁厚的壁厚 。 (3) 试验方法试验方法 试验时缓慢地将压力升至试验时缓慢地将压力升至0.02MPa，保压，保压 ，对所有焊缝和连接部位进行出初次检查，合格，对所有焊缝和连接部位进行出初次检查，合格 后，将压力缓慢地升至后，将压力缓慢地升至0.1MPa，然后按，然后按0.02MPa 的级差逐级升至的级差逐级升至0.2MPa，保压，保压30min，将压力降，将压力降 至至0.174MPa，保持

49、足够长时间，对所有焊缝和连，保持足够长时间，对所有焊缝和连 接部位进行检查，如有渗漏，修补后重新试验，接部位进行检查，如有渗漏，修补后重新试验，maxS8 . 0maxS8 . 0min5 直至合格为止。直至合格为止。 第八章第八章 支座的设计支座的设计 一、设备工作时总质量的估算一、设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、设设备工作时的总质量由两部分构成，一、设 备金属的质量备金属的质量 ；二、操作介质的的质量；二、操作介质的的质量 ， 总质量：总质量： (1)设备金属的质量设备金属的质量 的估算的估算 水室的主要金属质量水室的主要金属质量 ： 2Q1Q21QQQ1QSQ

50、JFTSQQQQ2 真空室的金属质量真空室的金属质量 ： 喷板及喷嘴的金属质量：喷板及喷嘴的金属质量： 喷板的质量近似按平板封头计算；喷嘴的质量喷板的质量近似按平板封头计算；喷嘴的质量 = =单喷嘴质量单喷嘴质量喷嘴个数。喷嘴个数。 尾管的金属质量尾管的金属质量 ： 突面板式管法兰质量钢管质量突面板式管法兰质量钢管质量 附件的金属质量附件的金属质量： 单个螺栓的质量单个螺栓的质量个数；单个螺母的质量个数；单个螺母的质量 个数；单个金属平垫圈的质量个数；单个金属平垫圈的质量个数个数 (2) 操作介质的质量操作介质的质量 的估算的估算JFQZQQQQ2ZQ2Q = =设备的总容积设备的总容积水的密

51、度水的密度 二、支座的选型及尺寸设计二、支座的选型及尺寸设计 (1)支座的选型支座的选型 立式多喷嘴水喷射真空泵需要设置在操作平台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，故选用上，且外部无保温层，故选用A型耳式支座。支型耳式支座。支 座的数量：座的数量：4个，在真空室的圆筒上沿圆周方向均个，在真空室的圆筒上沿圆周方向均 布。布。 (2) 支座尺寸的设计支座尺寸的设计 根据每个支座承受的载荷根据每个支座承受的载荷 、 查查A型耳式型耳式支支 座标准确定支座的结构与尺寸。座标准确定支座的结构与尺寸。 2QDNQ 第九章第九章 开孔补强的设计计算开孔补强的设计计算 一、水室开孔

52、补强的设计计算一、水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。需对进水管孔进行补强计算。 (1) 开孔后被削弱的金属面积开孔后被削弱的金属面积 的计算的计算 (2) 有效补强区内起补强作用的面积计算有效补强区内起补强作用的面积计算 筒体起补强作用金属面积筒体起补强作用金属面积 的计算：的计算：A2(1)ooetAdSS Sfr1A1()()2()(1)eoeteorABdSSSSSf 接管起补强作用金属面积接管起补强作用金属面积 的计算：的计算： 焊缝起补强作用金属面积焊缝起补强作用金属面积 的计算：的计算： 焊缝高度焊缝高度 ， (3) 补强面积补强面积 的确