非标设备设计的设计准则

非标设备设计的设计准则

非标设备的设计制造生产过程中没有必要设备。设备分为标准设备和标准设备。其中非标(准)设备是指没有完整的设备(或产品)标准要求,专门设计、非批量生产的设备。非标设备没有统一的规格型号,它的设计制造是根据业主所提出的具体的设备使用目的和要求而进行的,包括设计、采购、制造、运行、管理等过程,其中以设计过程显得最为重要。本文介绍了非标设备在设计过程中应当遵守的相关设计准则,并通过介绍焚烧装置碱液配置系统中配碱罐的设计过程来浅述设计准则在非标设备设计中的应用。1设计原则非标设备的设计没有完整的、强制性的国家标准,但同样有它应当遵循的一些设计准则。非标设备的设计准则大体上可以总结为以下五点:1.1设备的使用目标一套设备的设计生产,必定有它的使用目的,设备能否完成它的使用目标或预期任务自然是设备设计中首要考虑的问题,只有“能够使用”,才有可能把它应用到实践中去。1.2设备设计的经济性节约是任何领域都存在的话题。在机械设计工作中,适用性是设备设计的必要条件,而经济性则是同类产品竞争的一个重要砝码。因此在满足使用要求的前提下,设备的设计应当尽量“能省则省,该花就花”,做到资源的合理分配。1.3标准化设计应用非标设备的设计要合理利用相关标准、规定,进行标准化设计;部分零部件也可以使用现有的成型产品。它能使设计更加方便、快捷,提高设备的经济性。1.4运行的安全性任何设备都必须是在保证人身安全的大前提下设计、制造和运行的,安全性是设计工作中必须要考虑到的一个重要方面。尤其在核领域中,一出事就是大事,所以设计的设备要尽量多做安全防护措施,并提高设备的自动化程度。1.5非标设备设备的外在形象在机械设计中,对于机械造型的美观问题,与上述四条设计准则比较,它是非本质和非主流方面的问题,但是一部机器的造型美观与否是体现机器的外在形象的唯一路径,它也能够直接影响工作人员操作时的心情,所以机器设计的美观一些,不但使人赏心悦目,对提高工作者的劳动效率和劳动质量也有着一定的效果。上述非标设备设计准则的归纳虽然只有五点,但是其具体实施以后又会分化出更多的要求和限制,材料的适用性、环境影响等等都是需要考虑的问题。下面通过介绍放射性废物焚烧系统中的配碱罐的设计思路,来浅述设计准则在非标设备设计过程中的具体应用。2具体应用配碱罐是焚烧装置碱液配置系统中的一个非标设备,本文从整体设计和各部件的具体设计两个方面阐述配碱罐的设计过程。2.1一般适用性设计2.1.1气,配碱罐的设计废物在焚烧过程中会产生大量含有酸性气体的烟气,配碱罐的设计目的就是将NaOH(或Na2CO3)固体配制成一定浓度的碱液输送到吸收装置(塔釜)中对酸气进行吸收。2.1.2工艺条件操作压力:常压;碱液输出速率(平均):11升/小时。2.1.3配碱罐设计及设备设计方案尺寸确定:根据工艺条件,按每48小时进行一次加碱操作计算,需要碱液的体积为11L/h×48h=528L,按碱液体积占罐体总体积的2/3计算,需要设计的配碱罐总体积为528÷2/3=792L。最终确定配碱罐的体积为800L,罐体直径设计为Φ900mm。材料选择:碱液腐蚀性很强,选择材料时需要考虑到材料的耐腐蚀问题:配碱罐中与碱液接触的部分的材料选择耐碱的0Cr18Ni9不锈钢,其余部分选择Q235-A。垫片选择耐酸碱橡胶垫片。设备设计:配碱罐整体示意图右图1所示:配碱罐由加碱斗、电机减速器、备用口、罐体、搅拌装置、支撑腿等部件组成。水由罐体上方的入水口注入,NaOH固体由加碱口加入,二者在罐体中搅拌混合,通过出液口输送到酸气吸收装置。2.2不同部件的设计理念任何部件,细至其零件结构都应考虑到设计准则中的每项内容,只是侧重点不同而已。下面将配碱罐中各部件的主要设计思路进行简单的介绍。2.2.1配碱罐体的方案加碱口是将碱加入配碱罐中制成溶液的入口,它是这套设备中需要人工操作最多的地方。安全性的保证是设计此处的关键点之一。经过多次考虑,拟订了4个设计方案:(1)如图2所示,加碱斗设计为简单的桶状结构,其下端直接与配碱罐罐体焊接,达到加碱目的。(2)如图3所示,操作在一个手套箱中进行,增加操作过程中的安全性;碱通过螺旋输送装置输送到配碱罐罐体中,此设计方案能够对加碱量的控制达到很高精度,使搅拌、溶解过程变的更加稳定、均匀。(3)如图4所示,整体是一个非对称结构,相当于一个等边四棱台的四分之一;右侧采用直面的目的是防止其装配时与减速器支架发生安装矛盾;与罐体处用一碟阀简单的对加碱量进行控制。(4)如图5所示,整体为桶状结构,圆柱上方切30度以便视窗的观察;与配碱罐连接处用一碟阀简单的对加碱量进行控制;加料翻板直接安装在圆柱顶盖处,减少设备的体积。四种方案的优缺点总结如下:经过分析,方案1结构过于简单,安全方面有隐患;方案2性能较好但是结构过于复杂,经济性差;方案3形状不规范,加工不便,美观性不好;方案4的综合性能最好,结合实际情况在此设备中具有更好的适用性。故最后选择方案4作为加碱斗的最终设计方案,而方案1结构简单,将其作为备用口,在应急情况下使用。2.2.2驱动结构设计减速器的选择:考虑到NaOH的易溶性,因此搅拌轴的转速不用过快;NaOH溶液的粘度很低,因此输出转矩也不需要太高。最终选择了天津减速机厂的一级立式直联型减速器:传动比为23,输出转速65r/min,功率1.1KW(代号XLDY1.1-8105-23)。减速器支架:减速器的设计如图6所示。减速器的下端面Ⅰ处采用间隙定位配合,以保证搅拌桨的同轴度,具体形位公差如图所示。2.2.3液体搅拌罐的适用范围搅拌器的分类见下表:表2中五种搅拌类型各有优缺点,其中折叶桨式搅拌器结构简单,经济性很好,除了使液体作圆周运动外,还能使液体上下运动,起到充分搅拌作用,在此配碱罐设备中已能适用。因此选择经济性较好的桨式搅拌器,桨式搅拌器的叶片直径与罐体直径比范围一般是1:1.25至1:3,对应此设备中选用搅拌桨的直径为Φ650(见图7)。2.2.4不锈钢板的焊接其它部件设计如下:罐体由圆柱段和圆锥段组成,均采用厚度δ=5mm的0Cr18Ni9不锈钢板焊接而成;法兰统一选用GB/T9119-2000中的系列Ⅱ凸面法兰,与工艺管道接口处的法兰选用盲板法兰,便于管口的对接;排污口处阀门选用普通球阀即可;连接件、垫片等也按手册中标准查阅选用。2.2.5管道配置管口方位表见图8、表3所示:2.3焊接接头的加工设备的技术要求如下:(1)设备应按JB/T4735-1997《钢制焊接常压容器技术条件》和HG5-222-65《推进式搅拌器》进行制造,检验和验收。(2)设备焊接采用手工电弧焊焊接,不锈钢与不锈钢以及不锈钢与碳钢焊接的焊条牌号为A102(奥102),碳钢之间的焊接采用焊条的牌号为J422。焊接接头型式应符合GB985~986-80《手工电弧焊焊接接头的基本型式尺寸》。(3)对设备进行煤油渗透试验,试验时间30分钟,重复2-3次,观察焊缝,确保焊缝无渗漏现象。(4)设备组装完毕后,对搅拌器先进行空载运行试验,试验时间不得少于30min,然后再加水至工作液位处进行试验,试验时间不得少于4h,运行的同时要对设备的密封性进行全面检查。在整个试验过程中,设备应平稳,噪音不得大于85dB,不得有不正常的噪音和震动等不良现象。(2)G06-1棕色过氯乙烯底漆一层(6)支撑腿应按JB/T4724-92《支承式支座》进行制造、检验和验收。2.4配碱罐输出设计在配碱罐的设计过程中,考虑到了材料的选择、环境分析、合理性分析、各部件的适用性、设备的经济性、标准件的选取、造型美观设计等各种因素,最终完成了配碱罐的输出设计。可以看出,无论设备结构如何简单,设计准则的内容都会包含进去,因此在非标设备的设计过程中,要始终保持谨慎的态度、探索的精神、改进的动力,这样才能将一个设备设计的更加完美、更加具有挑战力。3注重新知识的研究,提高资源的自主培养随着科学技术的不断发展,更多的新型材料和设计思路不断的涌现出来。非标设备的设计工作已经不是简单的能否使用、能否满足要求的问题了。设备的优化、设备的经济性、设备的美观性也已成为设备设计过程中必须考虑的问题。对此,不但要有良好的基础知识,对新知识、新动态的