空气储罐设计(13页).doc

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1、-空气储罐设计-第 13 页设计要求1、 设计题目：空气储罐的机械设计2、最高工作压力：0.83、工作温度：常温4、工作介质：空气5、全容积：16设计参数的选择：设计压力 ：取1.1倍的最高压力，0.88MP1.6属于低压容器。筒体几何尺寸确定：按长径比为3.6，确定长L=640000mm,D=1800mm设计温度取50因空气属于无毒无害气体，材料取Q345为低合金钢，合金元素含量较少，其强度，韧性耐腐蚀性，低温和高温性能均优于同含量的碳素钢，是压力容器专用钢板，主要用于制造低压容器和多层高压容器！封头设计：椭圆形封头是由半个椭圆球面和短圆筒组成，球面与筒体间有直边段。直边段可以避免封头和和筒

2、体的连接焊缝处出现经向曲率突变，以改善曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀；且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易冲压成型，在实际生产中多有模具，是目前中低压容器应用较多的封头。因此选用以内径为基准的 标准 型椭圆形 封头 为了防止热应力和边缘应力的叠加，减少应力集中，在封头和筒体连接处必须有一段过渡的直边段，直边段的高度依据标准选择。 封头材料与筒体相同，选用头和筒体连接处必须有一段过渡的直边段，直边段的高度依据标准选择。 选材和筒体一致Q345R接管设计3.4 接管设计 优质低碳钢的强度较低，塑性好，焊接性能好，因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮。 优质中碳钢

3、的强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不宜用作接管用钢。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故选择 20 号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管3.5 法兰设计 法兰连接的强度和紧密性比较好，装拆也比较方便，因而在大多数场合比螺纹连接、承插式连接、铆焊连接等型式的可拆连接显得优越，从而获得广泛应用。 平焊法兰连接刚性较差，只能在低压，直径不太大，温度不高的情况下使用。由于Q345R 为碳素钢，设计温度 50 300 ，且介质无毒无害，可以选用带颈平焊法兰，即 SO 型法兰。 储罐的设计压力较小要保证法兰连接面的紧密性，必须合适地选择压紧面的形状。对于压力不高的场合，常用突台形压紧面 。突面结构简

4、单，加工方便，装卸容易，且便于进行防腐衬里。储罐由于设计压力为 0.88MPa，空气无毒无害，可选择突面（RF）压紧面。 由于法兰钢件的质量较大，需要承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其他方面的力学性能也较高，所以不用铸钢件，可以采用锻钢件。接管材料为 20 号钢，法兰材料选用 20锻钢。3.6接管与法兰分配j 273 x6 。接管采用无缝钢管，材料为 20 号钢。伸出长度为 150mm 。 选取 0.88MPa 等级的带颈平焊突面法兰，材料选用 20公称尺寸 DN40，接管采用 45 x3.5 无缝钢管，材料为 20 号钢，外伸长度为 150mm。选取 0.88MPa 等级的带颈平焊突面法兰，

5、材料选用 20，法兰标记为：SO40-1.6 RFj89 x4 无缝钢管，材料为 20 号钢，外伸长度为 150mm。根据 GB12459-99，选用 90弯头；弯头上方仍有一定外伸量。选取 0.88MPa 等级的带颈平焊突面法兰，材料选用 20，法兰标记为：SO80-1.6RFj 32 x3.5 无缝钢管，材料为 20 号钢，外伸长度为 150mm。 根据 GB12459-99，选用 90弯头；弯头上方仍有一定外伸量。选取 0.88MPa 等级的带颈平焊突面法兰，材料选用 20，法兰标记为：SO25-1.6 RFj 89 x4 无缝钢管，材料为 20 号钢，外伸长度为 150mm。需进行补强

6、计算。选取 0.88MPa 等级的带颈平焊突面法兰，材料选用 20，法兰标记为：SO80-1.6 RF3.7弯头设计 N4 为安全阀口，安全阀在容器中起安全保护作用。当容器压力超过规定值时，安全阀打开，将系统中的一部分气体/流体排入大气/管道外，使系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。由于冲出压力较大，阀口不可直接对人，因此需 90安装，用弯头过渡。标记为：弯头 DN80 90 N5 为压力表口。为方便读数，压力表需竖直安装于管口，因此接管要通过 90弯头过渡至竖直面，再安装压力表。标记为：弯头 DN25 90 3.8 人孔设计 在化工设备中，开设人孔是为了便于内部附件的安

7、装，修理和衬里，防腐以及对设备内部进行检查、清洗。对于压力容器，为了便于移动沉重的人孔盖，盖子通常做成回转形式。本储罐由于尺寸较大，人孔直径也较大，可使用回转盖人孔。锻钢，法兰标记为 500-1.6 RF。 法兰盖设计 法兰盖根据配套选择，采用 A 型盖轴耳，材料与接管同， 钢20 标记为：BL500-1.6RF。紧固件选用 与法兰盖之间必须加垫片密封。在采用标准法兰的情况下，选择恰当的垫片可以提高密封效果。根据储罐的设计温度和设计压力，可选用石棉橡胶板（XB350）作为垫片材料。该材料应用广泛，使用温度可达 450，压力小于 6MPa 的场合。垫片型号标记为：RF 500-1.6 法兰盖与法

8、兰连接的螺柱可选用 M24 的螺杆。3.9 支座选择 化工容器设备大都通过支座加以固定。支承式支座结构简单轻便，不需要专门的框架、钢梁来支承设备，可直接把设备载荷传到较低的基础上。此外，它能比其他型式的支座提供较大的操作、安装和维修空间。由于支承式支座对所在设备封头产生的局部应力相对较大，故在采用这种支座时，需增设垫板。根据公称直径，本储罐选用 B 型第 4组支承性支座。支座标记为：支座 4B 图 3-4 支承型支座 3.10 吊耳选择 由于本储罐高度较高，为方便起吊、移动设备，在筒体顶部加设吊耳。 图 3-5 吊耳3.11 焊接型式及结构焊接系数 0.853.假设圆筒的厚度在616mm范围内

9、设计温度为 50，查 查GB150-1998中表4-1得该温度下 Q345R 许用应力 t= 170MPa,=170MP.筒体厚度计算：取钢板负偏差 C1 =0.3mm 钢板腐蚀裕量 C2=1mm向上圆整取为10mm封头厚度设计：封头个参数和筒体相同，只有焊接系数因为钢板整体冲压而成所以取1.0，故封头计算厚度：向上圆整取10mm，也满足焊接方面。实验压力确定采用液压实验，试验压力所以液压试验应力合格.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3

10、.6鞍座选型和结构设计该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q345R。估算鞍座的负荷：罐总质量 （3-3）筒体质量：单个封头的质量，查标准封头质量表m2=294.3kg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m0=m/4=5589.34kg则每个鞍座承受的质量为5589.34kg，即为55.90KN350KN ,满足要求。鞍座的安装位置如图3-3所示：第四章 开孔补强设计4.1补强设计方法判别 根据 GB150 规定，接管必要时必须进行补强设计。对管 N1、N2、N6、N7 进行补强，采用等面积补强法法进行接管补

11、强。据前筒体与封头计算，其计算壁厚 名义厚度为10mmN1N2空气进、出口管：公称尺寸 DN250接管尺寸 273 x6mm 且 故可采用等面积法进行补强计算以 20 号钢为管材，查 GB150 得设计温度下 20 钢许用应力 t 130MPa焊接接头系数j=1接管计算厚度：C2=1mmC=C1+C2=1.1mm名义厚度为6mm强度削弱系数开孔直径d=di+2C=261+2.2=263.2mm 开孔切削截面积： （4-1）x4.66x(6-1.1)(1-0.765)=1237.4mm24.2有效补强范围B1=2d=2x263.2=526.4mm （4-2）根据1中式8-8，得：根据1中式8-9

12、，得：4.3有效补强面积根据1中式8-10 至式8-13，分别计算如下： （4-3）筒体多余面积接管多余面积焊缝金属截面积，焊脚去7mm，则4.4补强面积同样对N4安全阀口 公称尺寸 DN80，接管采用 j89 x4 无缝钢管，材料为 20 号钢，外伸长度为 150mm 且 故可采用等面积法进行补强计算以 20 号钢为管材，查 GB150 得设计温度下 20 钢许用应力 t 130MPa焊接接头系数j=1接管计算厚度：C2=1mmC=C1+C2=1.03mm名义厚度为4mm强度削弱系数开孔直径d=di+2C=89+2.1=91.2mm 开孔切削截面积： （4-1）4.2有效补强范围 （4-2）

13、根据1中式8-8，得：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487.8-387.5=100.3mm同样对N公称尺寸为 500mm。接管采用j 530x 10 无缝钢管，材料为 20 号钢，外伸长度为150mm。 且 故可采用等面积法进行补强计算以 20 号钢为管材，查 GB150 得设计温度下 20 钢许用应力 t 130MPa焊接接头系数j=1内径d=530-10x2=510mm接管计算厚度：C2=1mmC=C1+C2=1.173mm名义

14、厚度为10mm强度削弱系数开孔直径d=di+2C=510+1.8x2=513.6mm 开孔切削截面积： （4-1）4.2有效补强范围B1=2d=2x513.6=1027.2mm （4-2）根据1中式8-8，得：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2846.7-2500.36=346.34mm25.2圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为鞍座反力为根据2中式7-2，得：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.

15、3圆筒轴向应力计算及校核根据2中式7-4至式7-7计算最高点处： （5-1）最低点处： （5-2）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）查图4-810得，,则满足条件5.4切向剪应力的计算及校核根据2中式7-9计算，查2中表7-2，得： （5-4）时，其最大剪应力根据2中式7-10，计算得： （5-5）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

16、，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。根据2中式718 其中（容器焊在支座上） （5-8）查2中表7-3知， 则由于 根据2中式720:由于 查2中表7-3知，则 （5-9）由于，根据2中式722根据2中式故圆筒周向应力强度满足要求。5.6鞍座应力计算及校核根据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。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

17、-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 则根据2中式732进行校核即满足强度要求。4.1.1 筒体的总体尺寸已知参数:筒体公称直径 DN Di 2000mm，L4500mm4.1.2 筒体壁厚设计设计温度为 85，查 GB150 得该温度下 Q345R 许用应力 t 170MPa取钢板负偏差 C1 0.3mm ，钢板腐蚀裕量 C 2 1mm pc Di 1.2 2000计算壁厚 t 8.34mm 4-1 2 pc 2 170 0.85 1.2 t设计壁厚 t d t C 2 8.34 1 9.34mm 4-2t C1 C2 8.34 0.3 1 9.6

18、4mm 4-3取圆整后名义厚度为 t n 10mm有效厚度 t e t n C1 C 2 10 0.3 1 8.7mm 4-4进行液压试验，试验液体温度一般不低于 5。试验温度下材料许用应力 170MPa，设计压力1.2MPa， 170试验压力 pT 1.25p1.25 1.2 1.5MPa 4-5 t 170 pT Di t e 1.5 2000 8.7校核圆筒应力 T 203.72MPa 4-6 2t e 2 8.7 0.85屈服强度 s 345MPa ， 90 s 0.9 345 310.5MPa T 0.9 s ，筒体试验合格4.2 封头尺寸4.2.1 封头的总体尺寸封头采用的标准椭圆

19、封头k1，DN2000mm。封头高度 h1 Di 4 2000 / 4 500mm 4-716m 3 空气储罐设计 114.2.2 封头的厚度设计封头材料参数与筒体相同 Kpc Di 11.2 2000计算壁厚 t 8.32mm 4-8 2 0.5 pc 2 170 0.85 0.5 1.2 t设计壁厚 t d t C 2 8.32 1 9.32mmt C1 C2 8.32 0.3 1 9.62mm取圆整后名义厚度为 t n 10mm有效厚度 t e t n C1 C 2 10 0.3 1 8.7mm封头的最小厚度校核： 0.15 Di 0.0015 2000 3mm t n 10mm ，满足

20、要求。4.2.3 封头的直边段高度椭圆封头的直边段高度以内径为准。当 Di 2000mm 时，直边段高度 h25mm 图 4-1 封头极其直边段4.3 补强计算及补强圈选用 根据 GB150 规定，接管必要时必须进行补强设计。对管 N1、N2、N6、N7 进行补强，采用等面积补强法法进行接管补强。据前筒体与封头计算，其计算壁厚 T 8.34mm ，名义厚度为 Tn 10mm4.3.1N1N2空气进、出口管：公称尺寸 DN250接管尺寸 273 616m 3 空气储罐设计 12内径 d i 273 2 6 261mm 4-9以 20 号钢为管材，查 GB150 得设计温度下 20 钢许用应力 t 130MPa焊接接头系数 1.