空气储罐设备设计课程设计

齐齐哈尔大学齐齐哈尔大学设备设计课程设计题目名称：空气储罐设计学院：机电工程学院专业班级：过控102学生姓名：王国涛指导教师：刘岩完成日期：2013-12-20齐齐哈尔大学2目录摘要..................................................................3绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4第一章压缩空气的特性.................................................5第二章设计参数的选择.................................................6第三章容器的结构设计.................................................73.1圆筒厚度的设计.................................................73.2封头厚度的计算.................................................73.3筒体和封头的结构设计...........................................83.4人孔的选择.....................................................93.5接管，法兰，垫片和螺栓（柱）...................................93.6鞍座选型和结构设计............................................12第四章开孔补强设计..................................................154.1补强设计方法判别..............................................154.2有效补强范围..................................................154.3有效补强面积..................................................164.4补强面积......................................................17第五章强度计算......................................................185.1水压试验应力校核..............................................185.2圆筒轴向弯矩计算..............................................185.3圆筒轴向应力计算及校核........................................205.4切向剪应力的计算及校核........................................225.5圆筒周向应力的计算和校核......................................235.6鞍座应力计算及校核............................................25第六章总结..........................................................28参考文献.............................................................29齐齐哈尔大学3摘要本说明书为《3.0m3空气储罐设计说明书》。扼要介绍了卧式储罐的特点及在工业中的广泛应用，详细的阐述了卧式储罐的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。本文采用分析设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、接管进行设计，然后采用1SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。关键词：压力容器、卧式储罐、结构设计、强度校核、开孔补强齐齐哈尔大学4绪论1.1设计任务：针对化工厂中常见的液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图，并便携设计说明书。1.2设计思想：综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，综合的进行设计。1.3设计特点：容器的设计一般由筒体,封头，法兰，支座，接管等组成。常，低压化工设备通用零部件大都有标准，设计师可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家使用标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。齐齐哈尔大学5第一章压缩空气的特性中文名称：压缩空气Englishname：compressedair主要成分：氮气、氧气等。外观与性状：无色无味沸点(℃)：－192℃（101.3千帕）相对密度(水=1)：0.9健康危害：无环境危害：无燃烧危险：无危险特性：高压常温储存，高温剧烈震动易爆。特性总述：压缩空气，即被外力压缩的空气。它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。来源：大气中的空气常压为0.1Mpa，经过空气压缩机加压后达到理想的压力。作用或用途：压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。齐齐哈尔大学6第二章设计参数的选择1、设计题目：压缩空气储罐设计2、最高工作压力：0.253aMP3、工作温度：0-100C4、工作介质：压缩空气5、全容积：3.03m6、设计压力：0.25aMP7、设计温度：100C8、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为1200mm。9、焊接接头系数：1.010、主要元件材料的选择：根据GB150-1998[1]表4-1，选用筒体材料为Q235-B（钢材标准为GB6654）;根据JB/T4731[2],鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力MPasa147;地脚螺栓选用符合GB/T700规定的Q235，Q235的许用应力MPabt14711、容器类别：第二类,齐齐哈尔大学7第三章容器的结构设计3.1圆筒厚度的设计由于该容器储存压缩空气，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该储罐进行100%探伤，所以取焊缝系数为0.1。假设圆筒的厚度在6~16mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度MPab510，屈服极限强度MPas345，C°150下的许用应力为σ113tMPa，利用中径公式11200δ5.32111312φσitpDmmmmp（3-1）查标准HG20580-1998[3]表7-1知，钢板厚度负偏差为10Cmm,腐蚀裕量为21Cmm则筒体的名义厚度δ5.3016.3nmmmmmmmm圆整后取为δ7nmm3.2封头厚度的计算查标准JB/T4746-2002[4]中表1，得公称直径mmDDNi1200==选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，根据[1]中椭圆形封头计算中式（7-1）11200δ5.28211310.512σφ0.5citcpDmmp(3-2)同上，取10Cmm，21Cmm则封头的名义厚度为δ5.28016.28nmmmmmmmm圆整后取为δ7nmm齐齐哈尔大学83.3筒体和封头的结构设计由封头长短轴之比为2，即22=iihD，得mmmmDhii300412004===查标准[4]中表B.1EHA和B.2EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表3-1和图3-1。封VLDVi24π0+=取装料系数为0.9，则封VLDVi24π9.00即2545.022.14π9.00.302×+××=L算得mL498.20=圆整后取为mL5.20=表3-1封头尺寸表公称直径DNmm总深度Hmm内表面积A2m容积3m质量Kg12003251.65520.254576.4图3-1椭圆形封头齐齐哈尔大学93.4人孔的选择根据HG/T21518-95，查表3-3，选用凸面的法兰，其明细尺寸见表3-2表3-2人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面D6701b23d。24公称压力PNMPa1.01D6202b28螺柱数量20公称直径DN5001H250A365螺母数量40wds530x82H103B175螺柱尺寸M24x120db28L250总质量kg1533.5接管、法兰、垫片和螺栓（柱）3.5.1接管和法兰该压缩空气储罐应设置物料入口、物料出口、温度计口、压力表口、安全阀口、液面计口、排污口和人孔。初步确定各口方位如图3-2：图3-2各管口方位查HG/T20592-2009[6]中表8.23-1PN带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称齐齐哈尔大学10直径，查得各法兰的尺寸。查[6]中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查[6]中表3.2.2，法兰的密封面均采用RF（凸面密封）。将查得的各参数整理如表3-43.5.2垫片查HG/T20606-1997，得各管口的垫片尺寸如表3-3：表3-3垫片尺寸表管口名称公称直径内径D1外径D2进料口5061107出料口5061107排污口5061107人孔500温度计口202761压力表口202761安全阀口253471排空口253471注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T3880，代号为L3，最高工作温度200C。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板有机材料，代号NAS，最高工作温度200C。3：垫片厚度均为1.5mm。齐齐哈尔大学11表3-4各管口法兰尺寸表名称法兰质量Kg公称直径DN法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓规格法兰厚度C法兰颈NRSH1进料口14450165125184M16207562.98出料口14450165125184M16207562.98排污口14450165125184M16207562.98人孔418500温度计口602010575144M1216404562压力表口602010575144M1216404562安全阀口602511585144M1216504652排空口602511585144M1216504652齐齐哈尔大学123.5.3螺栓（螺柱）的选择查HG/T20613-2009[8]中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表3-5：表3-5螺栓及垫片名称紧固件用平垫圈mm公称直径螺纹螺柱长1d2dH进气口50M169017303出气口50M169017303排污口50M169017303人孔500温度计口20M127513242.5压力表口20M127513242.5安全阀口25M127517302.53.6鞍座选型和结构设计3.6.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：罐总质量43212mmmmm+++=（3-3）1m—筒体质量：310πδρ3.141.22.50.0077.8510517.63mDLkg2m—单个封头的质量，276.4mkg3m—充液质量：压缩空气水ρρ，水压试验充满水，故取介质