空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)題目：空氣儲(chǔ)罐的機(jī)械設(shè)計(jì)2、最高工作壓力：0.8MPa3、工作溫度：常溫4、工作介質(zhì)：空氣5、全容積：16m3設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇：設(shè)計(jì)壓力：取1.1倍的最高壓力，屬于低壓容器。筒體幾何尺寸確定：按長徑比為3.6，確定長L=640000mm,D=1800mm設(shè)計(jì)溫度取50因空氣屬于無毒無害氣體，材料取Q345為低合金鋼，合金元素含量較少，其強(qiáng)度，韌性耐腐蝕性，低溫和高溫性能均優(yōu)于同含量的碳素鋼，是壓力容器專用鋼板，主要用于制造低壓容器和多層高壓容器！封頭設(shè)計(jì)：橢圓形封頭是由半個(gè)橢圓球面和短圓筒組成，球面與筒體間有直邊段。直邊段可以避免封頭和和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率突變，以改善曲

2、率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻；且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易沖壓成型，在實(shí)際生產(chǎn)中多有模具，是目前中低壓容器應(yīng)用較多的封頭。因此選用以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)型橢圓形封頭為了防止熱應(yīng)力和邊緣應(yīng)力的疊加，減少應(yīng)力集中，在封頭和筒體連接處必須有一段過渡的直邊段，直邊段的高度依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇。圭寸頭材料與筒體相同，選用頭和筒體連接處必須有一段過渡的直邊段，直邊段的高度依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇。選材和筒體一致Q345R接管設(shè)計(jì)3.4接管設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強(qiáng)度較低，塑性好，焊接性能好，因此在化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮。優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強(qiáng)度較高，韌性較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。

3、由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇20號(hào)優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無縫鋼管制作各型號(hào)接管3.5法蘭設(shè)計(jì)法蘭連接的強(qiáng)度和緊密性比較好，裝拆也比較方便，因而在大多數(shù)場合比螺紋連接、承插式連接、鉚焊連接等型式的可拆連接顯得優(yōu)越，從而獲得廣泛應(yīng)用。平焊法蘭連接剛性較差，只能在低壓，直徑不太大，溫度不高的情況下使用。由于Q345R為碳素鋼，設(shè)計(jì)溫度50Cp壓縮空氣,水壓試驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度為TOCo1-5hz3x/p水=1000kg/m,m3=PzkVn2n23VV筒2V封-DiL02V封-1.82344則m3p水V100018.31kg18310kgm4附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為153kg,其他接管總和為20

4、0kg,即m353kg綜上所述m0=m/4=5589.34kg則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量為5589.34kg，即為55.90KN350KN，滿足要求。鞍座的安裝位置如圖3-3所示:第四章開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)4.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別根據(jù)GB150規(guī)定，接管必要時(shí)必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。對(duì)管N1、N2、N6N7進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法法進(jìn)行接管補(bǔ)強(qiáng)。據(jù)前筒體與封頭計(jì)算，其計(jì)算壁厚名義厚度為10mmN1N空氣進(jìn)、出口管：公稱尺寸DN250接管尺寸273x6mmD，1800d900mm且d520mm故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算22以20號(hào)鋼為管材，查GB150得設(shè)計(jì)溫度下20鋼許用應(yīng)力t130MPa焊接接頭系數(shù)j=1接管

5、計(jì)算厚度：pcdi0.88273t0.93mm2tpc21301-0.88鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x0.93=0.093mmC2=1mmC=C1+C2=1.1mm名義厚度為6mmt130強(qiáng)度削弱系數(shù)fr竺0.765t170開孔直徑d=di+2C=261+2.2=263.2mm開孔切削截面積：(4-1)Ad52紅1fr)=263.2x4.66+2x4.66x(6-1.1)(1-0.765)=1237.4mm24.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度BB1=2d=2x263.2=526.4mmBmax(B!,B2)526.4mm(4-2)外側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-8，得：h/,dl639.74mmIIhiH11

6、50mminh1min(h1,h|)39.74mm內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-9，得:h/,dlnT、263.2639.74mmh2”接管實(shí)際內(nèi)伸高度0Inh2min(h2,h2)04.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)1中式8-10至式8-13，分別計(jì)算如下:AeA1A2A3(4-3)A筒體多余面積A1(Bd)(&-3)23et(&-)(1fr)(10.765)(526.4263.2)(104.661.1)261.10(104.661.1)21106mmA2接管多余面積A22嘰tt)fr2h2(C?)A3焊縫金屬截面積，焊腳去7mm則122A362236mm224.4補(bǔ)強(qiáng)面積AeA,A2A32同樣對(duì)N4安全閥

7、口公稱尺寸DN80,接管采用j89x4無縫鋼管，材料為20號(hào)D1800鋼，外伸長度為150mmdi900mm且d520mm故可采用等面22積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算以20號(hào)鋼為管材，查GB150得設(shè)計(jì)溫度下20鋼許用應(yīng)力t130MPa焊接接頭系數(shù)j=1接管計(jì)算厚度：丄pcdi0.8889小“t0.30mm2tpc21301-0.88鋼板負(fù)偏差：3=0.1x0.30=0.03mmC2=1mmC=C1+C2=1.03mm名義厚度為4mmt130強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.765t170開孔直徑d=di+2C=89+2.仁91.2mm開孔切削截面積：(4-1)AdS2et(1fr)=91.2.2x5.5+2x5.5x

8、(4-1.1)(1-0.765)=487.8mm24.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍421有效寬度BB1=2d=2x91.2.2=182.4mmB2d2X2必Bmax(B1,B2)526.4mm(4-2)外側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-8，得：hid兀hiH1150mm1nh1min(h1,hi)19.10mm內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-9，得：hi,d8ntTOCo1-5hzh?接管實(shí)際內(nèi)伸高度0Inh2min(h2,h2)04.3有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)1中式8-10至式8-13，分別計(jì)算如下：AeA1A2A3(4-3)A1筒體多余面積Ai(Bd)(A3)2胡(A)(1fr)(192.491.2)(105.51.1)26

9、1.10(105.51.1)(10.765)2302.08mmA2接管多余面積A22h1(et)fr2h2(C?)fA3焊縫金屬截面積，焊腳去6mm則122A362236mm224.4補(bǔ)強(qiáng)面積AeA1A2A32因?yàn)锳e.A，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)487.8-387.5=100.3mm同樣對(duì)N公稱尺寸為500mm接管采用j530 x10無縫鋼管，材料為20號(hào)鋼，外D1800伸長度為150mmdi900mm且db+1.56.,RaSn，所以此鞍座墊片作為加強(qiáng)用的鞍座在橫截面的最低點(diǎn)處:根據(jù)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則050.9MPa781

10、40在鞍座邊角處由于LRa70007.738根據(jù)2中式720:F12KeFRa4SSeb2LSe2Se26由于ARa0.30.6035查2中表7-3知，K60.013則55894.34784052790078(5-9)2.13MPa鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力由于LRa8，根據(jù)2中式722F12K6FRa64辻2LS255894.3129054740579007214.91MPa周向應(yīng)力校核根據(jù)2中式7.343050.9MPa加113MPao6ct1.25113141.25MPatc故圓筒周向應(yīng)力強(qiáng)度滿足要求5.6鞍座應(yīng)力計(jì)算及校核腹板水平分力及強(qiáng)度校核根據(jù)2中表77鞍座包角鞍座包角120,

11、查2中表得：K90.2040則FsK95074.8N墊板起加強(qiáng)作用，則:9Hsb。Fsbrrebe8mm,brd140mmJRa3進(jìn)201.2mm,3H201.2H201.2193.2mm則Hs5074.82.2MPa查2中表51,得:sa147MPa，則|sa=98MPa由于C92Csa，所以其強(qiáng)度滿足要求3562鞍座壓縮應(yīng)力及強(qiáng)度校核根據(jù)2中表76,取i0.08則FEvamg,鋼底板對(duì)水泥基礎(chǔ)的f0.4貝Ev所以壓應(yīng)力應(yīng)按2中式729計(jì)算：FFevHFevHvsaAsa2ZrAsa,L2A5-9)其中HvRH1200193.2793.2mm,2筋板面積A1=b2$=140X6=840mm2

12、腹板面積：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淪2AZ12Z223S2h20123竺84021221241223688020124983671804mmIz6也312Axyc2012A?yc6曲乞8401220936.36388020498036.71246667214mm4腹板與筋板組

13、合截面斷面系數(shù):maxZmaxb2k217010=10=75mm288010=10=430mm2ZryIyZmax498367180=n58993.4mm3430ZrzIzZmax46667214=108528.4mm3430Zr=mininZry,Zrz=108528.4mm3代入公式saF衛(wèi)2ZrAsaLFhEvvsa3.74MPaAsaAsaFevH2ZrFfHFevHvAsaL2A24876.3210020取K01.2K0sa1.2147176.4MPa根據(jù)2中式732進(jìn)行校核2A得24876.32108528.4(Tsa3.74MPaKoosa176.4MPa(Tsat20.2MPa

14、Tsa147MPasa即滿足強(qiáng)度要求。筒體的總體尺寸已知參數(shù)：筒體公稱直徑DNDi2000mr，_4500mm41.2筒體壁厚設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度為85C,查GB150得該溫度下Q345R許用應(yīng)力t170MPa取鋼板負(fù)偏差C10.3mm,鋼板腐蝕裕量C21mmpcDi1.22000計(jì)算壁厚t8.34mm412設(shè)計(jì)壁厚取圓整后名義厚度為tn10mm有效厚度44進(jìn)行液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)液體溫度一般不低于5C。試驗(yàn)溫度下材料許用應(yīng)力170MPa設(shè)計(jì)壓力1.2MPa170試驗(yàn)壓力pT1.25p1.251.21校核圓筒應(yīng)力屈服強(qiáng)度s345MPa,，筒體試驗(yàn)合格4.2封頭尺寸封頭的總體尺寸封頭采用的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭k1,DN2000mm封頭高度h1Di42000/4500mm4-716m3空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)封頭的厚度設(shè)計(jì)封頭材料參數(shù)與筒體相同KpcDi11.22000計(jì)算壁厚t8.32mm4820.5pc21700.850.51.2t設(shè)計(jì)壁厚取圓整后名義厚度為tn10mm有效厚度封頭的最小厚度校核：0.15Di0.001520003mmtn10mm，滿足要求。封頭的直邊段高度橢圓封頭的直邊段高度以內(nèi)徑為準(zhǔn)。當(dāng)Di2000mm