设备设计课程设计.doc

《设备设计课程设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设备设计课程设计.doc（20页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流设备设计课程设计.精品文档.过程设备设计课程设计说明书 题目名称：F22储罐设计学 院机电工程学院专 业姓 名学 号指导教师过程设备课程设计任务书一、F22储罐设计（2）二、技术特性序号名称指标內筒夹套1最高工作压力MPa0.9常压2工作温度4015-203工作介质F22冷却水4全容积m316.5三、设计内容1.强度计算和校核2.选择合适的零部件材料3.焊接结构选择及设计4.安全阀主要零部件的选型5.绘制装配图和主要零部件图四、设计说明书要求1.字数不少于5000字。2.内容包括：设计参数的确定、结构分析、材料选择、强度计算及校核、焊接结构设

2、计、标准零部件的选型、制造工艺及制造过程中的检验、设计体会、参考书目等3.设计说明书按照学校毕业设计规范要求目录第一章 绪论2第二章 设计参数的选择4第三章 容器的结构设计53.1圆筒厚度的设计53.2封头厚度的计算53.3筒体和封头的结构设计53.4夹套的选择与计算63.5人孔的选择73.6接管、法兰、垫片和螺栓（柱）73.7鞍座选型和结构设计113.8焊接接头的设计：13第四章 开孔补强设计144.1补强设计方法判别144.2有效补强范围144.3有效补强面积154.4补强面积154.5补强圈设计16第五章 强度计算175.1水压试验应力校核175.2圆筒轴向弯矩计算175.3圆筒轴向应力

3、计算及校核185.4切向剪应力的计算及校核195.5圆筒周向应力的计算和校核205.6鞍座应力计算及校核215.7地震引起的地脚螺栓应力24第六章 结论26第一章 绪论 F22制冷剂，主要用途是用作致冷剂及气溶杀虫药发射剂。毒性低，但用其制备四氟乙烯所发生的裂解气，毒性较大，可引起中毒。吸入高浓度裂解气，初期仅有轻咳、恶心、发冷、胸闷及乏力感，但经24-72小时潜伏期后出现明显症状，发生肺炎、肺水肿，呼吸窘迫综合征，后期有纤维增生征象。可引起聚合物烟热。一介绍国标编号 22039CAS号 75-45-6中文名称： 氯二氟甲烷英文名称：monochlorodifluoromethane；Freo

4、n-22别 名 R22；一氯二氟甲烷；氟利昂22分子式 CHClF2 外观与性状 无色气体，有轻微的发甜气味分子量 86.47 蒸汽压 13.33kPa(-76.4)熔 点 -146 沸点：-40.8 溶解性 溶于水密 度 相对密度(水=1)1.18；相对密度(空气=1)3.0 稳定性 稳定危险标记 5(不燃气体)二对环境的影响1、健康危害 侵入途径：吸入。 2、毒理学资料及环境行为 急性毒性：LD501000000mg/m3，2小时(大鼠吸入)。 亚急性和慢性毒性：兔、大鼠、小鼠吸入0.2%浓度，6小时/天，共10个月，均无毒性反应；1.4%浓度，体重减轻，血清蛋白降低，球蛋白升高。剖检肺见

5、肺泡间质增厚、肺水肿，心肝、肾及神经系统退行性变。 致突变性：微生物致突变：鼠伤寒沙门氏菌33pph(24小时)，连续。微粒体诱变：鼠伤寒沙门氏菌33pph(24小时)(连续)。 生殖毒性：大鼠吸入最低中毒浓度(TCL0)：50000ppm(5小时，雄性56天)，对前列腺、精囊、Cowper氏腺、附属腺体、尿道产生影响。 危险特性：若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。 燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳、氟化氢。 三现场应急监测方法: 仪器法 四实验室监测方法气相色谱法空气中有害物质的测定方法(第二版)，杭士平主编 五环境标准前苏联 车间空气中有害物质的最高容许浓度 3000mg/m

6、3 前苏联(1975) 水体中有害物质的最大允许浓度 10mg/L 六应急处理处置方法1、泄漏应急处理 迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。如有可能，即时使用。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。 2、防护措施 呼吸系统防护：一般不需特殊防护。高浓度接触时可佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩)。 眼睛防护：一般不需特殊防护。 身体防护：穿一般作业工作服。 手防护：戴一般作业防护手套。 其它：避免高浓度吸入。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护。 3、急救措施 吸入：迅速脱

7、离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。 灭火方法：本品不燃。切断气源。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。 第二章 设计参数的选择1、设计题目：卧式F22储罐2、原始数据：设计压力：1.043、设计温度：504、介质名称及特性：F22（不燃气体）5、全容积：16.56、焊接接头系数：0.857、腐蚀裕量：2mm8、容器类别：第二类9、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为1800mm。10、主要元件材料的选择：根据GB150-19981表4-1，选用筒体材料为16MnR（钢材标准为GB6654）。根据JB/T47312,鞍座

8、选用材料为Q235-B，其许用应力。地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235，Q235的许用应力。夹套材料选用Q235-A第三章 容器的结构设计3.1圆筒厚度的设计假设圆筒的厚度在616mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度，屈服极限强度，下的许用应力为，利用中径公式 （3-1）查标准HG20580-19983表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm，而由1中3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取。由已知，腐蚀裕量。则筒体的名义厚度圆整后取为3.2封头厚度的计算查标准JB/T4746-20024

9、中表1，得公称直径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） (3-2)同上，取，则封头的名义厚度为圆整后取为3.3筒体和封头的结构设计由封头长短轴之比为2，即，得查标准4中表B.1 EHA和B.2 EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表3-1和图3-1。取装料系数为0.9，则即算得圆整后取为表3-1 封头尺寸表公称直径DN mm总深度H mm内表面积A 容积质量Kg18004753.65520.8270281.2图3-1 椭圆形封头3.4夹套的选择与计算 3.4.1夹套形式的选择 由于已知给出夹套最高压力为常压，最高温度为50，查过程设备设计中表8-6可知

10、，选用整体夹套形式中的圆筒形夹套。 因为内筒公称直径为，所以夹套长度L=4800mm，则夹套内径为1900mm。 3.4.2夹套壁厚的计算 利用中径公式计算夹套壁厚：查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-2知，钢板厚度负偏差为0.85mm。已知给出数据中腐蚀裕量。 夹套设计厚度： 夹套名义厚度：由于钢板厚度范围，故圆整后取。 夹套的有效厚度：，圆整后取。3.5人孔的选择根据HG/T 21517-20055，查表3-3，选用突面RF型的法兰，其明细尺寸见表3-2：表3-2 人孔尺寸表 单位：mm密封面型式突面RF型D6403424公称压力PN MPa1.658536螺柱数量

11、20公称直径DN450240A350螺母数量4048010116B175螺柱尺寸M27x145d24b34L250总质量kg1763.6接管、法兰、垫片和螺栓（柱）3.6.1接管和法兰该F22贮罐应设置液相口、气相口、压力表口、安全阀口、液面计口、放水阀口和人孔。初步确定各口方位如图3-2：图3-2 各管口方位查HG/T 20592-20096中表8.2 3-3 PN25带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查6中附录D中表D-5,得各法兰的质量。查6中表3.2.2，法兰的密封面均采用RF。将查得的各参数整理如表3-3名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径D螺栓孔中心

12、圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度法兰质量NR液相口6576.1185145188M1622902.9106524.0液位计口2533.711585144M1218462.664401.0冷却水出口2533.711585144M1218462.664401.0安全阀口8088.9200160188M16241053.266585.0气相口2533.711585144M1218462.6124401.0人孔450冷却水进口2533.711585144M1218462.664401.0表3-3 各管口法兰尺寸表3.6.2垫片查HG/T 20609-20097，得

13、各管口的垫片尺寸如表3-4：表3-4 垫片尺寸表管口名称公称直径内径D1外径D2液相口6597.5127液位计255471压力表口2045.561安全阀口80109.5142气相口255471人孔450585640冷却水进出口255471注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。3.6.3螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-20098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H液相口65M169517303

14、液位计口25M127513242.5冷却水出口25M1275安全阀口80M169517303气相口25M127513242.5人孔450冷却水进口25M10753.7鞍座选型和结构设计3.7.1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：储罐总质量 （3-3）筒体质量：单个封头的质量，充液质量：水压试验充满水，故取介质密度为， 则附件质量：人孔质量为，其他接管总和为200kg，即综上所述，则每个鞍座承受的质量为，即为。查JB4712.1-20079表1，优先选择轻型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表3-6：表3-6 鞍座尺寸表公称直径DN1800腹

15、板10垫板430允许载荷QkN 295筋板29510鞍座高度h250190e80底板1280260螺栓间距11202208鞍座质量Kg16212垫板弧长2100增加100mm增加的高度Kg163.7.2鞍座的安装位置根据2中6.1.1规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离A小于等于，当无法满足A小于等于时，A值不宜大于。为圆筒的平均内径。即取,鞍座的安装位置如图3-3所示：3.8焊接接头的设计： 3.8.1筒体和封头的焊接：=620 =6070 b=02 p=2 3 采用Y型对接接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用16MnR. 焊条类型：E5018 铁粉低氢钾型图3-12 Y型坡口 3.8.2接

16、管与筒体的焊接：=45+5 b=20.5 p20.5 H1=t t =8 k30.78图3-13带补强圈焊接接头结构第四章 开孔补强设计根据1中式8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。4.1补强设计方法判别人孔开孔直径为 故可采用等面积法进行补强计算接管材料选用16MnR，其许用应力根据GB150-1998中式8-1： （4-1）式中：壳体开孔处的计算厚度接管的有效厚度强度削弱系数所以4.2有效补强范围4.2.1有效宽度B按1中式8-7，得： （4-2）4.2.2外侧有效高度根据1中式8-8，得：4.2.3内侧有效高度根据1中式8-9，得：4.3有效补强面积根据1中式8-10 至式8-13，分别

17、计算如下： （4-3）筒体多余面积接管多余面积焊缝金属截面积，焊脚去6mm，则4.4补强面积因为，所以开孔需另行补强另行补强面积为4.5补强圈设计 根据接管公称直径DN450选补强圈，参照JBT4736取补强圈外径D2=760mm,内径D1=454mm。因B=908mmD2，补强圈在有效范围内。补强厚度为=A4/(D2D1)=2234/(760454)=7.3mm考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度=8mm。第五章 强度计算5.1水压试验应力校核试验压力圆筒的薄膜应力为即，所以水压试验合格5.2圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为鞍座反力为5.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩根据2中式7-2，得

18、：5.2.2鞍座平面上的轴向弯矩根据2中式7-3，得：图5-1（a）筒体受剪力图图5-1（b）筒体受弯矩图5.3圆筒轴向应力计算及校核5.3.1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力根据2中式7-4至式7-7计算最高点处： （5-1）最低点处： （5-2）5.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即）时，轴向应力位于横截面最高点处.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.则b).在横截面最低点处的轴向应力：5.3.3圆筒轴向应力校核 （5-3）查图4

19、-810得，,则满足条件5.4切向剪应力的计算及校核5.4.1圆筒切向剪应力的计算根据2中式7-9计算，查2中表7-2，得： （5-4）5.4.2圆筒被封头加强（）时，其最大剪应力根据2中式7-10，计算得： （5-5）5.4.3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材料许用应力的0.8倍，即。封头的切向剪应力，应满足而故圆筒满足强度要求。根据2中式7-12 （5-6） （5-7）故封头满足强度要求5.5圆筒周向应力的计算和校核根据鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。5.5.1在横截面的最低点处：根据2中式718 其中（容器焊在支座上） （5-8）查2中表7-3知，

20、则5.5.2在鞍座边角处由于 根据2中式720:由于 查2中表7-3知，则 （5-9）5.5.3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力由于，根据2中式7225.5.4周向应力校核根据2中式7.3.4.3故圆筒周向应力强度满足要求。5.6鞍座应力计算及校核5.6.1腹板水平分力及强度校核根据2中表77鞍座包角，查2中表75得：。则垫板起加强作用，则：其中，则则查2中表51，得：，则由于，所以其强度满足要求。5.6.2鞍座压缩应力及强度校核根据2中表76，取则 ，钢底板对水泥基础的则 所以压应力应按2中式729计算： （5-9）其中 ，筋板面积 腹板面积：形心：腹板与筋板组合截面断面系数：代入公式得取 则

21、根据2中式732进行校核即满足强度要求。5.7地震引起的地脚螺栓应力5.7.1倾覆力矩计算5.7.2由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力根据2中式7-34计算 （5-10）其中n为承受倾覆力矩的地脚螺栓个数，；为筒体轴线两侧的螺栓间距；为每个地脚螺栓的横截面面积，；则取载荷系数，则由于，所以强度符合要求。5.7.3由地震引起的地脚螺栓剪应力根据2中式7-35计算 （5-11）其中为承受剪应力的地脚螺栓个数，；则 由于 故符合强度要求。 第六章 结论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

22、或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了储罐的的筒体、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标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。参考文献1 GB150-1998,钢制压力容器2 JB/T 4731-2005,钢制卧式压力容器3 HG20580-1998,钢制化工容器设计基础规定4 JB/T4746-2002,钢制压力容器用封头5 HG/T 21517-2005,回转盖带颈平焊法兰人孔6 HG/T 20592-2009,钢制管法兰7 HG/T 20609-2009,钢制管法兰用金属包覆垫片8 HG/T 20613-2009,钢制管法兰用紧固件9 JB4712.1-2007,鞍式支座10 郑津洋等.过程设备设计.北京:化学工业出版社, 2010