液氨贮罐的机械设计(装备用12年修改)Word下载.doc
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对于标准零部件,由于有专门厂家生产,可以不必拆图。
拆图的目的是为了便于加工制造。
(8)提出技术要求
对设备制造、装配、检验和试车等等工序提出合理的村注,以文字形式注写在总装图上。
3、整理及编写设计计算说明书
4、课程设计答辩
课程设计的图样及说明书全部完成后,给指导老师审阅,得到认可后,方能参加答辩。
课程设计的成绩要根据图样、说明书和答辩所反映出的设计质量和能力,以及设计过程中的学习态度综合评定。
设计题目及进程
一、设计题目(液氨贮罐)
见设计任务书和设计参数表。
二、设计参考进程
1、准备2天
2、机械设计5天
3、编写设计说明书2天
4、绘图5天
5、答辩1天
三、设计要求
1、罐体、封头、壁厚的确定;
2、选择支座;
3、选择标准人孔、液面计和各类接管及法兰;
4、开孔补强设计(人孔和进料孔);
5、绘制总装配图;
6、编写设计计算说明书;
4设计示例
题目:
设计一液氨贮罐,贮罐内径,罐体(不包括封头)长度。
使用地点:
连云港。
一、罐体壁厚设计
1、壁厚计算
本贮罐选用16MnR制造罐体和封头。
计算壁厚根据下式计算:
——计算压力。
+液柱静压力,当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时,可忽略不计。
——设计压力。
本贮罐夏季最高温度可达40℃,这时氨的饱和蒸气压为1.555(绝对压力),故取最大操作压力为1.4.3,取当地大气压为0.1。
考虑到液氨贮罐安装了安全阀,故本设计中设计压力为:
本设计中,最大液柱高度为2600mm,其产生的液柱静压力为,设计压力的5%为,所以计算压力为:
又;
——设计温度下材料的许用应力,MPa。
(假设=16~36mm)
(焊缝采用双面对接焊,局部探伤)
于是:
取,可以查得
则
取,即确定选用18mm的16MnR钢板制作罐体。
在16~36mm之间,所以取合适。
2、液压试验校核
容器在制成以后或检修后投入生产之前,要进行压力试验,其目的在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象,以确保设备的安全与正常运行。
(1)试验压力的确定
通常情况下,容器进行液压试验,其试验压力为:
式中:
——试验压力,MPa,立式容器卧置做液压试验时,试验压力应为立置时的试验压力加液体静压力;
——试验温度下材料的许用应力。
本设计中
(2)压力试验前的应力校核
在压力试验前,应对试验压力下产生的圆筒应力进行校核,及容器壁内所产生的最大应力不超过所用材料在试验温度上屈服极限的90%。
水压试验时,容器壁内所产生的最大应力为:
——容器的有效壁厚。
而16MnR钢板的,则常温下水压试验时的许可应力为
所以水压试验时强度足够
二、封头壁厚设计
本设计中,采用标准椭圆形封头
其壁厚按下式计算
式中(钢板最大宽度为3m,该贮罐直径为2.6m,故封头需将钢板拼焊后冲压);
(假设=16~36mm),其它符号同前。
同前,,所以:
考虑到封头加工制造时的减薄量,最后确定使用的16MnR钢板制作封头。
三、鞍座
首先粗略计算鞍座负荷
设备总重量
——罐体重;
——封头重;
——水重(因液氨比重小于水,故取液压时的水重);
——附件重。
1、罐体重
对于,的罐体,每米长度罐体的质量为
(附录1),所以
2、封头重
,,直边高度h=50mm的标准椭圆封头,其质量为:
所以:
3、水重
贮罐容积:
——封头的体积
查附表2,可知公称直径为2600mm,直边高度为50mm的椭圆封头,其体积为
——筒体的体积
查附表1可知,1米长的筒体,其体积为5.309
水的重度:
。
4、附件重
人孔重量的确定
按照GH21518-2005选用带颈对焊法兰人孔,选用人孔公称直径为DN450,公称压力为PN2.5,密封面形式为凹凸面,查附表6可知,该人孔重量为245Kg,约为2.4KN,其它接管总重按3KN计,则附件总重为
所以,设备总重为:
设备上一共有两个鞍座,每个鞍座承受的设备重量为:
每个鞍座只承受186.7KN的重负荷是很小的,所以选用轻型鞍座,标记为:
JB/T4712-1992鞍座A2600-F
JB/T4712-1992鞍座A2600-S
鞍座的结构形式和尺寸参见相关标准。
四、鞍座应力校核
1、支座反力计算
——按折算长度计算的单位长度载荷,
——圆筒体部分长度,即两封头切线之间的距离。
此处为4800mm。
——封头内表面的深度。
对于标准椭圆封头,
2、圆筒轴向弯矩计算
(1)圆筒中间处截面上的弯矩
——圆筒的平均半径。
——圆筒的名义厚度,此处
(2)支座处截面上的弯矩
3、圆筒的剪力计算
圆筒在中间截面处的剪力为零。
在支座处靠近封头侧的剪力为
在支座处靠内侧的剪力为
4、圆筒中间处截面上的轴向应力
(1)介质压力引起的轴向应力
介质压力在圆筒中间处截面上引起的轴向应力为
此处为1.65。
——圆筒的有效厚度。
(2)弯矩引起的轴向应力
弯矩在圆筒中间处截面上引起的弯曲应力为
(3)总的轴向应力
在圆筒中间处截面的最高点,总的轴向应力
在最低点,总的轴向应力为
5、支座处截面上的轴向应力
因为圆筒在支座处未被加强,最大弯曲拉应力出现在靠近水平中心的A点出及最大弯曲压应力出现在横截面的最低点B处。
A点处的轴向应力为
B点处的轴向应力为
、为系数,见下表
系数、
条件
鞍座包角θ
被封头加强的圆筒,即A≤Rm/2;
或在
鞍座平面上有加强圈的圆筒
1200
1350
1500
1.0
未被封头加强的圆筒,即A>
Rm/2,且在
鞍座平面上无加强圈的圆筒
0.107
0.132
0.161
0.193
0.234
0.279
由表可知,取,
6、圆筒轴向应力的校核
对拉应力,必须满足
对压应力,必须满足
式中——圆筒材料在设计温度下的许用应力,,此处=163
——圆筒材料的轴向许用压缩应力,,此处==163
均<
所以轴向应力满足强度要求。
7、圆筒切向剪应力校核
(1)切向剪应力的计算
∵
∴圆筒未被封头加强。
则:
——系数,见下表
系数
圆筒在鞍座平面上有加强圈
0.319
圆筒在鞍座平面上无加强圈,且A>
Rm/2,或
靠近鞍座处有加强圈。
1.171
0.958
0.799
由表可知,取=1.171
(2)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圆筒材料许用应力的0.8倍,即
现
∴切向剪应力满足强度要求。
8、圆筒周向应力校核
鞍座处圆筒的有效厚度为
——鞍座的轴向宽度,mm。
此处为。
而鞍座处的垫板宽度为500mm,
∴垫板宽度
所以垫板不起加强作用。
(1)周向应力的计算
①横截面最低点处
——系数,当容器不焊在支座上时,取;
当容器焊在支座上时,周向应力将大幅度降低,取
A/Rm≤0.5
A/Rm≥1
1320
1470
1620
0.7603
0.7196
0.7108
0.6800
0.6733
0.6501
0.0132
0.0109
0.0103
0.0084
0.0079
0.0063
0.0539
0.0434
0.0413
0.0335
0.0317
0.0252
当0.5<
A/Rm<
1时,,=0.0529
②鞍座边角处
∴
(2)周向应力的校核
所以周向应力满足强度要求。
根据以上的计算,说明此圆筒选用Φ2600的标准鞍座后,其各项应力均满足强度要求,所以圆筒及鞍座都是安全的。
四、人孔
根据贮罐是在常温及最高工作压力为1.50Mpa的条件下工作,储罐的设计压力已达到了1.65MPa,所以人孔标准应按公称压力为2.5Mpa选取,从人孔类型系列标准可见,公称压力为2.5Mpa的人孔类型较多。
本设计选用回转盖人孔。
人孔的公称直径选定为450mm,密封压紧面采用MFM型(凹凸面密封面)。
根据标准HG21518-2005查得回转盖人孔各零件的名称、材料及尺寸列入下表:
人孔零件名称材料明细表
件号
名称
数量
材料
尺寸
1
筒节
Q235-B
2
螺柱
20
35
直径长度=M33165
3
螺母
40
M33
4
管法兰
5
垫片
橡胶石棉板
6
端盖
7
把手
A3F
螺纹部分M20
8
轴
9
销
10
垫圈
11
盖轴耳
12
法兰轴耳
五、人孔补强
GB150-1998《钢制压力容器》规定,当满足下述要求时,容器开孔处可以不另行补强。
(1)两相邻开孔中心的间距(曲面间距以弧长计算)应不小于两孔直径之和的两倍;
(2)若设计压力,当壳体名义厚度大于12mm时,接管公称直径小于或等于80mm;
当壳体名义厚度小于等于12mm时,接管公称直径小于或等于50mm。
(3)若壳体材料的,则接管与壳体的连接宜采用全焊透焊缝。
根据允许不另行补强的条件与规定,人孔接管外径壁厚=,∴需进行补强计算。
此处采用等面积补强法设计,其原则是:
补强金属截面积要等于或大于因开孔而减少的金属截面积,以使得开孔边缘的应力集中区域内,其平均应力不大于未开孔时壳体内的应力,从而维持容器的整体屈服强度。
1、计算开孔削弱面积A
A——壳体所需的补强面积,即通过开孔中心在壳体的纵截面内因开孔而被削弱的面积。
d——开孔直径
——人孔内径,
——人孔外径,根据公称直径查得,此处人孔的筒节尺寸为,所以人孔外径为=480mm。
——人孔名义厚度,此处=12mm。
——人孔短节厚度附加量。
因为人孔采用钢板卷焊,所以
——人孔钢板负偏差,此处取=0.8mm
——人孔钢板腐蚀裕量,此处取=1mm
∴
——筒体开孔处的计算壁厚;
当开孔不通过焊缝时,取,于是
——人孔的有效厚度。
——强度削弱系数,等于设计温度下接管材料许用应力与壳体材料许用应力之比。
当该比值大于1.0时,取=1.0
∵人孔材料取Q235-B,在40℃时其;
又∵壳体材料取,在40℃时
2、计算有效补强范围
(1)有效补强范围
①有效补强宽度B
有效宽度取
中之较大值,mm
取大值,
②有效补强高度
1)接管外侧高度,取值如下:
中之较小值,mm
人孔接管实际外伸高度,查HG21517-2005,为250mm。
∴此处取
2)接管内侧高度,取值如下:
因为人孔接管为平齐接管,内伸高度为0mm。
所以,此处取:
(2)筒体多余截面积A1
——开孔处壳体的有效厚度。
(3)接管多余面积
——人孔接管计算厚度。
则。
(4)焊缝面积
只考虑补强圈内与接管组合焊缝中的填角焊缝。
焊角高度取最小值6mm,按等腰直角三角形计算,则
3、判断是否补强
显然,人孔处需另加补强圈。
4、补强圈尺寸确定
(1)需补强的最小截面积
(2)补强圈尺寸确定
由附表5查得,人孔接管公称直径为DN450,其外径乘以壁厚为,由附表5查得,所用的补强圈外径,其内径,其中:
为接管(此处即为人孔筒节)外径。
(3)补强圈厚度确定
补强圈材料取与壳体相同(16MnR),则补强圈最小厚度为:
从备料及制造考虑,可取与筒体名义厚度相同,即的补强圈。
由于多余的壳体与接管壁厚没有用到补强上去,整个容器的许用压力可高于其设计压力。
六、接口管
1、液氨进口管
液氨进口管公称直径为DN65,采用无缝钢管。
管的一端切成45°
,伸入罐内少许(200~300mm)。
配用具有凹面密封的平焊管法兰。
法兰标记为:
法兰PN2.5DN50,GB9119.6-88。
根据允许不另行补强的条件与规定可知,本接管也需进行补强计算。
(此处补强计算在计算书中不再示范,同学们根据前面的补强计算自己参照进行)。
2、液氨出料管
设置在液氨贮罐的底部,其公称直径为DN65,采用无缝钢管。
配用具有凸面密封的平焊管法兰。
法兰PN2.5DN65,GB9119.6-88。
根据允许不另行补强的条件与规定可知,本接管不需进行补强计算。
3、排污管
贮罐右端最底部,设置排污管一个,其公称直径为DN50,管子规格为,管端焊有一个与截止冷阀J41W-16相配的具有凸面密封的平焊管法兰。
(其开孔补强计算此处不必进行,直接参照液氨进口管的计算结果,如液氨进口管需要补强,则排污管也需要。
)
4、液面计接管
此接管配置两个,其公称直径为DN20,设置在液氨贮罐的侧面,即椭圆封头上。
采用玻璃管液面计BIWPN2.5,l=1000,HG5-226-65两支(《化工容器及设备简明设计手册》P576)。
与液面计相配的接管尺寸为,管法兰为PN,2.5DN20,GB9119.6-88。
5、放空管接管
此接管设置在液氨贮罐的最顶部,其公称直径为DN50,采用的无缝钢管,管法兰为PN2.5DN50,GB9119.6-88。
七、设备总装图
根据计算结果,并选定相应的标准零部件,绘制贮罐的总装配图,并在总装图的明细栏内,将各零部件的名称、规格、尺寸、材料等列于表中。
参考材料
1、GB150-1989.钢制压力容器.国家技术监督局,1989
2、贺匡国主编.化工容器及设备简明设计手册.北京:
化学工业出版社
3、压力容器国家标准汇编.北京:
中国标准出版社
4、JB/T4712-1992.鞍式支座.
附录 课程设计参考图表
1.筒体(摘自JB1153-73)
附表1 筒体的容积、面积和质量
公称
直径
DN
mm
1米高
的容积
V
m3
的内表
面积
FB(m2)
1米高筒节钢板理论质量,kg
厚 度 δ ,mm
14
16
18
22
24
26
28
30
300
400
500
600
700
800
900
1000
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
0.071
0.126
0.196
0.283
0.385
0.503
0.636
0.785
1.131
1.539
2.017
2.545
3.142
3.801
4.524
5.309
6.159
7.030
8.050
9.075
10.180
11.340
12.566
0.94
1.26
1.57
1.88
2.20
2.51
2.83
3.14
3.77
4.40
5.03
5.66
6.28
6.81
7.55
8.17
8.80
9.43
10.05
10.08
11.32
11.83
12.57
37
45
50
60
69
79
89
62
75
87
99
112
124
149
173
198
44
90
105
119
134
178
208
238
267
296
322
356
59
100
121
140
159
179
199
278
317
397
436
475
514
554
593
632
672
711
751
790
125
150
176
200
224
249
298
348
446
495
545
596
644
693
742
791
841
890
939
988
180
213
240
270
358
418
476
536
655
714
774
831
881
950
1008
1070
1126
1186
175
211
250
280
315
487
556
627
695
834
903
970
1040
1108
1177
1246
1315
1383
363
399
479
567
636
716
795
874
960
1030
1110
1190
1267
1346
1424
1514
1582
408
450
540
630
720
806
895
984
1080
1160
1205
1338
1425
1517
1606
1693
1780
503
602
897
995
1093
1194
1290
1390
1490
1587
1687
1785
1884
1980
662
770
880
987
1095
1204
1314
1422
1531
1640
1745
1857
1965
2074
2185
840
1318
1435
1553
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