空气储罐设计

1、设计要求1、设计题目：空气储罐的机械设计2、最高工作压力：0.8MPa3、工作温度：常温4、工作介质：空气5、全容积：16m3设计参数的选择：设计压力：取1.1倍的最高压力，属于低压容器。筒体几何尺寸确定：按长径比为3.6，确定长L=640000mm,D=1800mm设计温度取50因空气属于无毒无害气体，材料取Q345为低合金钢，合金元素含量较少，其强度，韧性耐腐蚀性，低温和高温性能均优于同含量的碳素钢，是压力容器专用钢板，主要用于制造低压容器和多层高压容器！封头设计：椭圆形封头是由半个椭圆球面和短圆筒组成，球面与筒体间有直边段。直边段可以避免封头和和筒体的连接焊缝处出现经向曲率突变，以改善曲

2、率变化平滑连续，故应力分布比较均匀；且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易冲压成型，在实际生产中多有模具，是目前中低压容器应用较多的封头。因此选用以内径为基准的标准型椭圆形封头为了防止热应力和边缘应力的叠加，减少应力集中，在封头和筒体连接处必须有一段过渡的直边段，直边段的高度依据标准选择。圭寸头材料与筒体相同，选用头和筒体连接处必须有一段过渡的直边段，直边段的高度依据标准选择。选材和筒体一致Q345R接管设计3.4接管设计优质低碳钢的强度较低，塑性好，焊接性能好，因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮。优质中碳钢的强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不宜用作接管用钢。

3、由于接管要求焊接性能好且塑性好。故选择20号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管3.5法兰设计法兰连接的强度和紧密性比较好，装拆也比较方便，因而在大多数场合比螺纹连接、承插式连接、铆焊连接等型式的可拆连接显得优越，从而获得广泛应用。平焊法兰连接刚性较差，只能在低压，直径不太大，温度不高的情况下使用。由于Q345R为碳素钢，设计温度50Cp压缩空气,水压试验充满水，故取介质密度为TOCo1-5hz3x/p水=1000kg/m,m3=PzkVn2n23VV筒2V封-DiL02V封-1.82344则m3p水V100018.31kg18310kgm4附件质量：人孔质量为153kg,其他接管总和为20

4、0kg,即m353kg综上所述m0=m/4=5589.34kg则每个鞍座承受的质量为5589.34kg，即为55.90KN350KN，满足要求。鞍座的安装位置如图3-3所示:第四章开孔补强设计4.1补强设计方法判别根据GB150规定，接管必要时必须进行补强设计。对管N1、N2、N6N7进行补强，采用等面积补强法法进行接管补强。据前筒体与封头计算，其计算壁厚名义厚度为10mmN1N空气进、出口管：公称尺寸DN250接管尺寸273x6mmD，1800d900mm且d520mm故可采用等面积法进行补强计算22以20号钢为管材，查GB150得设计温度下20钢许用应力t130MPa焊接接头系数j=1接管

5、计算厚度：pcdi0.88273t0.93mm2tpc21301-0.88钢板负偏差：C1=0.1x0.93=0.093mmC2=1mmC=C1+C2=1.1mm名义厚度为6mmt130强度削弱系数fr竺0.765t170开孔直径d=di+2C=261+2.2=263.2mm开孔切削截面积：(4-1)Ad52红1fr)=263.2x4.66+2x4.66x(6-1.1)(1-0.765)=1237.4mm24.2有效补强范围有效宽度BB1=2d=2x263.2=526.4mmBmax(B!,B2)526.4mm(4-2)外侧有效高度根据1中式8-8，得：h/,dl639.74mmIIhiH11

6、50mminh1min(h1,h|)39.74mm内侧有效高度根据1中式8-9，得:h/,dlnT、263.2639.74mmh2”接管实际内伸高度0Inh2min(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:AeA1A2A3(4-3)A筒体多余面积A1(Bd)(&-3)23et(&-)(1fr)(10.765)(526.4263.2)(104.661.1)261.10(104.661.1)21106mmA2接管多余面积A22叽tt)fr2h2(C?)A3焊缝金属截面积，焊脚去7mm则122A362236mm224.4补强面积AeA,A2A32同样对N4安全阀

7、口公称尺寸DN80,接管采用j89x4无缝钢管，材料为20号D1800钢，外伸长度为150mmdi900mm且d520mm故可采用等面22积法进行补强计算以20号钢为管材，查GB150得设计温度下20钢许用应力t130MPa焊接接头系数j=1接管计算厚度：丄pcdi0.8889小“t0.30mm2tpc21301-0.88钢板负偏差：3=0.1x0.30=0.03mmC2=1mmC=C1+C2=1.03mm名义厚度为4mmt130强度削弱系数fr0.765t170开孔直径d=di+2C=89+2.仁91.2mm开孔切削截面积：(4-1)AdS2et(1fr)=91.2.2x5.5+2x5.5x

8、(4-1.1)(1-0.765)=487.8mm24.2有效补强范围421有效宽度BB1=2d=2x91.2.2=182.4mmB2d2X2必Bmax(B1,B2)526.4mm(4-2)外侧有效高度根据1中式8-8，得：hid兀hiH1150mm1nh1min(h1,hi)19.10mm内侧有效高度根据1中式8-9，得：hi,d8ntTOCo1-5hzh?接管实际内伸高度0Inh2min(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：AeA1A2A3(4-3)A1筒体多余面积Ai(Bd)(A3)2胡(A)(1fr)(192.491.2)(105.51.1)26

9、1.10(105.51.1)(10.765)2302.08mmA2接管多余面积A22h1(et)fr2h2(C?)fA3焊缝金属截面积，焊脚去6mm则122A362236mm224.4补强面积AeA1A2A32因为Ae.A，所以开孔需另行补强487.8-387.5=100.3mm同样对N公称尺寸为500mm接管采用j530 x10无缝钢管，材料为20号钢，外D1800伸长度为150mmdi900mm且db+1.56.,RaSn，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座在横截面的最低点处:根据2中式718kKsF其中k0.1（容器焊在支座上）(5-8)查2中表7-3知，K50.76则050.9MPa781

10、40在鞍座边角处由于LRa70007.738根据2中式720:F12KeFRa4SSeb2LSe2Se26由于ARa0.30.6035查2中表7-3知，K60.013则55894.34784052790078(5-9)2.13MPa鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力由于LRa8，根据2中式722F12K6FRa64辻2LS255894.3129054740579007214.91MPa周向应力校核根据2中式7.343050.9MPa加113MPao6ct1.25113141.25MPatc故圆筒周向应力强度满足要求5.6鞍座应力计算及校核腹板水平分力及强度校核根据2中表77鞍座包角鞍座包角120,

11、查2中表得：K90.2040则FsK95074.8N垫板起加强作用，则:9Hsb。Fsbrrebe8mm,brd140mmJRa3進201.2mm,3H201.2H201.2193.2mm则Hs5074.82.2MPa查2中表51,得:sa147MPa，则|sa=98MPa由于C92Csa，所以其强度满足要求3562鞍座压缩应力及强度校核根据2中表76,取i0.08则FEvamg,钢底板对水泥基础的f0.4贝Ev所以压应力应按2中式729计算：FFevHFevHvsaAsa2ZrAsa,L2A5-9)其中HvRH1200193.2793.2mm,2筋板面积A1=b2$=140X6=840mm2

12、腹板面积：A2(l150)心88050624980mmAsa6A1A268404980210020mmx1-1015$I388010156200209mm22Zi=x+=209+=212mm22Z2=Z1+l3=212+200=412mm形心:yc=6乜2+小2=6疋40 x(140+6)2=36.7mmAsa10020ycb2$yc1406Iy2312b沦2AZ12Z223S2h20123竺84021221241223688020124983671804mmIz6也312Axyc2012A?yc6曲乞8401220936.36388020498036.71246667214mm4腹板与筋板组

13、合截面断面系数:maxZmaxb2k217010=10=75mm288010=10=430mm2ZryIyZmax498367180=n58993.4mm3430ZrzIzZmax46667214=108528.4mm3430Zr=mininZry,Zrz=108528.4mm3代入公式saF卫2ZrAsaLFhEvvsa3.74MPaAsaAsaFevH2ZrFfHFevHvAsaL2A24876.3210020取K01.2K0sa1.2147176.4MPa根据2中式732进行校核2A得24876.32108528.4(Tsa3.74MPaKoosa176.4MPa(Tsat20.2MPa

14、Tsa147MPasa即满足强度要求。筒体的总体尺寸已知参数：筒体公称直径DNDi2000mr，_4500mm41.2筒体壁厚设计设计温度为85C,查GB150得该温度下Q345R许用应力t170MPa取钢板负偏差C10.3mm,钢板腐蚀裕量C21mmpcDi1.22000计算壁厚t8.34mm412设计壁厚取圆整后名义厚度为tn10mm有效厚度44进行液压试验，试验液体温度一般不低于5C。试验温度下材料许用应力170MPa设计压力1.2MPa170试验压力pT1.25p1.251.21校核圆筒应力屈服强度s345MPa,，筒体试验合格4.2封头尺寸封头的总体尺寸封头采用的标准椭圆封头k1,DN2000mm封头高度h1Di42000/4500mm4-716m3空气储罐设计封头的厚度设计封头材料参数与筒体相同KpcDi11.22000计算壁厚t8.32mm4820.5pc21700.850.51.2t设计壁厚取圆整后名义厚度为tn10mm有效厚度封头的最小厚度校核：0.15Di0.001520003mmtn10mm，满足要求。封头的直边段高度椭圆封头的直边段高度以内径为准。当Di2000mm