1、設(shè)計要求1、 設(shè)計題目：空氣儲罐的機械設(shè)計2、最高工作壓力：0.83、工作溫度：常溫4、工作介質(zhì)：空氣5、全容積：16設(shè)計參數(shù)的選擇：設(shè)計壓力 ：取1.1倍的最高壓力，0.88MP1.6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：橢圓形封頭是由半個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

2、變，以改善曲率變化平滑連續(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。 封頭材料與筒體相同，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3.4 接管設(shè)計 優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強度較低，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)中碳鋼的強度較高，韌性較好，但焊接

3、性能較差，不宜用作接管用鋼。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇 20 號優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無縫鋼管制作各型號接管3.5 法蘭設(shè)計 法蘭連接的強度和緊密性比較好，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)計溫度 50 300 ，且介質(zhì)無毒無害，可以選用帶頸平焊法蘭，即 SO 型法蘭。 儲罐的設(shè)計壓力較小要保證法蘭連接面的緊密性，必須合適地選擇壓緊面的形狀。對于壓力不高的場合，常用突臺形壓緊面 。突面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，裝卸容易，且便

4、于進(jìn)行防腐襯里。儲罐由于設(shè)計壓力為 0.88MPa，空氣無毒無害，可選擇突面（RF）壓緊面。 由于法蘭鋼件的質(zhì)量較大，需要承受大的沖擊力作用，塑性、韌性和其他方面的力學(xué)性能也較高，所以不用鑄鋼件，可以采用鍛鋼件。接管材料為 20 號鋼，法蘭材料選用 20鍛鋼。3.6接管與法蘭分配3.6.6 N1、N2空氣進(jìn)、出口 公稱尺寸 DN250，接管尺寸j 273 x6 。接管采用無縫鋼管，材料為 20 號鋼。伸出長度為 150mm 。 選取 0.88MPa 等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO300-2.5 RF3.6.2 N3排污口； 公稱尺寸 DN40，接管采用 45 x3.5

5、 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為 150mm。選取 0.88MPa 等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO40-1.6 RF3.6.3 N4安全閥口 公稱尺寸 DN80，接管采用 j89 x4 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為 150mm。根據(jù) GB12459-99，選用 90彎頭；彎頭上方仍有一定外伸量。選取 0.88MPa 等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO80-1.6RF3.6.4 N5壓力表口 公稱尺寸 DN25，接管采用j 32 x3.5 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為 150mm。 根據(jù) GB12459-99，選用

6、 90彎頭；彎頭上方仍有一定外伸量。選取 0.88MPa 等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO25-1.6 RF3.6.5 N6（備用口）公稱尺寸 DN80，接管采用j 89 x4 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為 150mm。需進(jìn)行補強計算。選取 0.88MPa 等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20，法蘭標(biāo)記為：SO80-1.6 RF3.7彎頭設(shè)計 N4 為安全閥口，安全閥在容器中起安全保護(hù)作用。當(dāng)容器壓力超過規(guī)定值時，安全閥打開，將系統(tǒng)中的一部分氣體/流體排入大氣/管道外，使系統(tǒng)壓力不超過允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。由于沖出壓力較大，閥口不可直

7、接對人，因此需 90安裝，用彎頭過渡。標(biāo)記為：彎頭 DN80 90 N5 為壓力表口。為方便讀數(shù)，壓力表需豎直安裝于管口，因此接管要通過 90彎頭過渡至豎直面，再安裝壓力表。標(biāo)記為：彎頭 DN25 90 3.8 人孔設(shè)計 在化工設(shè)備中，開設(shè)人孔是為了便于內(nèi)部附件的安裝，修理和襯里，防腐以及對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行檢查、清洗。對于壓力容器，為了便于移動沉重的人孔蓋，蓋子通常做成回轉(zhuǎn)形式。本儲罐由于尺寸較大，人孔直徑也較大，可使用回轉(zhuǎn)蓋人孔。3.8.1 人孔接管及法蘭設(shè)計 公稱尺寸為 500mm。接管采用 530 10 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為150mm。選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔。法蘭采用

8、帶頸平焊突面法蘭，材料為 20鍛鋼，法蘭標(biāo)記為 500-1.6 RF。 法蘭蓋設(shè)計 法蘭蓋根據(jù)配套選擇，采用 A 型蓋軸耳，材料與接管同， 鋼20 標(biāo)記為：BL500-1.6RF。緊固件選用 與法蘭蓋之間必須加墊片密封。在采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭的情況下，選擇恰當(dāng)?shù)膲|片可以提高密封效果。根據(jù)儲罐的設(shè)計溫度和設(shè)計壓力，可選用石棉橡膠板（XB350）作為墊片材料。該材料應(yīng)用廣泛，使用溫度可達(dá) 450，壓力小于 6MPa 的場合。墊片型號標(biāo)記為：RF 500-1.6 法蘭蓋與法蘭連接的螺柱可選用 M24 的螺桿。3.9 支座選擇 化工容器設(shè)備大都通過支座加以固定。支承式支座結(jié)構(gòu)簡單輕便，不需要專門的框架、鋼梁來

9、支承設(shè)備，可直接把設(shè)備載荷傳到較低的基礎(chǔ)上。此外，它能比其他型式的支座提供較大的操作、安裝和維修空間。由于支承式支座對所在設(shè)備封頭產(chǎn)生的局部應(yīng)力相對較大，故在采用這種支座時，需增設(shè)墊板。根據(jù)公稱直徑，本儲罐選用 B 型第 4組支承性支座。支座標(biāo)記為：支座 4B 圖 3-4 支承型支座 3.10 吊耳選擇 由于本儲罐高度較高，為方便起吊、移動設(shè)備，在筒體頂部加設(shè)吊耳。 圖 3-5 吊耳3.11 焊接型式及結(jié)構(gòu)3.11.1 筒體焊接接頭系數(shù)選取 根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)，取焊縫形式為相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭，無損探傷要求為局部。 焊接系數(shù) 0.853.假設(shè)圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)設(shè)計溫度為 50，查

10、查GB150-1998中表4-1得該溫度下 Q345R 許用應(yīng)力 t= 170MPa,=170MP.筒體厚度計算：取鋼板負(fù)偏差 C1 =0.3mm 鋼板腐蝕裕量 C2=1mm向上圓整取為10mm封頭厚度設(shè)計：封頭個參數(shù)和筒體相同，只有焊接系數(shù)因為鋼板整體沖壓而成所以取1.0，故封頭計算厚度：向上圓整取10mm，也滿足焊接方面。實驗壓力確定采用液壓實驗，試驗壓力所以液壓試驗應(yīng)力合格.3.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計由封頭長短軸之比為2，即，得查標(biāo)準(zhǔn)4中表B.1 EHA和B.2 EHA表橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，質(zhì)量，見表3-1和圖3-1。取裝料系數(shù)為0.9，則即算得 圓整后取為3.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計

11、3.6.1鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用Q345R。估算鞍座的負(fù)荷：罐總質(zhì)量 （3-3）筒體質(zhì)量：單個封頭的質(zhì)量，查標(biāo)準(zhǔn)封頭質(zhì)量表m2=294.3kg充液質(zhì)量：，水壓試驗充滿水，故取介質(zhì)密度為， 則附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為，其他接管總和為200kg，即綜上所述m0=m/4=5589.34kg則每個鞍座承受的質(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 開孔補強設(shè)計4.1補強設(shè)計方法判別 根據(jù) GB150 規(guī)定，接管必要時必須進(jìn)行補強設(shè)計。對管 N1、N2、N6、N7 進(jìn)行補強，采用等面積補強法法進(jìn)行接管補強。

12、據(jù)前筒體與封頭計算，其計算壁厚 名義厚度為10mmN1N2空氣進(jìn)、出口管：公稱尺寸 DN250接管尺寸 273 x6mm 且 故可采用等面積法進(jìn)行補強計算以 20 號鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 t 130MPa焊接接頭系數(shù)j=1接管計算厚度： 鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x0.93=0.093mmC2=1mmC=C1+C2=1.1mm名義厚度為6mm強度削弱系數(shù)開孔直徑d=di+2C=261+2.2=263.2mm 開孔切削截面積： （4-1）=263.2x4.66+2x4.66x(6-1.1)(1-0.765)=1237.4mm24.2有效補強范圍4.2.1有效寬度

13、BB1=2d=2x263.2=526.4mm （4-2）4.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-8，得：4.2.3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-9，得：4.3有效補強面積根據(jù)1中式8-10 至式8-13，分別計算如下： （4-3）筒體多余面積接管多余面積焊縫金屬截面積，焊腳去7mm，則4.4補強面積同樣對N4安全閥口 公稱尺寸 DN80，接管采用 j89 x4 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為 150mm 且 故可采用等面積法進(jìn)行補強計算以 20 號鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 t 130MPa焊接接頭系數(shù)j=1接管計算厚度： 鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x0.30=0

14、.03mmC2=1mmC=C1+C2=1.03mm名義厚度為4mm強度削弱系數(shù)開孔直徑d=di+2C=89+2.1=91.2mm 開孔切削截面積： （4-1）=91.2.2x5.5+2x5.5x(4-1.1)(1-0.765)=487.8mm24.2有效補強范圍4.2.1有效寬度BB1=2d=2x91.2.2=182.4mm （4-2）4.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-8，得：4.2.3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-9，得：4.3有效補強面積根據(jù)1中式8-10 至式8-13，分別計算如下： （4-3）筒體多余面積接管多余面積焊縫金屬截面積，焊腳去6mm，則4.4補強面積因為，所以開孔需另行補強4

15、87.8-387.5=100.3mm同樣對N公稱尺寸為 500mm。接管采用j 530x 10 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為150mm。 且 故可采用等面積法進(jìn)行補強計算以 20 號鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 t 130MPa焊接接頭系數(shù)j=1內(nèi)徑d=530-10x2=510mm接管計算厚度： 鋼板負(fù)偏差：C1=0.1x1.730=0.173mmC2=1mmC=C1+C2=1.173mm名義厚度為10mm強度削弱系數(shù)開孔直徑d=di+2C=510+1.8x2=513.6mm 開孔切削截面積： （4-1）=513.6x5.5+2x5.5x(10-1.7)

16、(1-0.765)=2846.7mm24.2有效補強范圍4.2.1有效寬度BB1=2d=2x513.6=1027.2mm （4-2）4.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-8，得：4.2.3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)1中式8-9，得：4.3有效補強面積根據(jù)1中式8-10 至式8-13，分別計算如下： （4-3）筒體多余面積接管多余面積焊縫金屬截面積，焊腳去6mm，則4.4補強面積因為，所以開孔需另行補強2846.7-2500.36=346.34mm25.2圓筒軸向彎矩計算圓筒的平均半徑為鞍座反力為5.2.1圓筒中間截面上的軸向彎矩根據(jù)2中式7-2，得：5.2.2鞍座平面上的軸向彎矩根據(jù)2中式7-3，得：圖5

17、-1（a）筒體受剪力圖圖5-1（b）筒體受彎矩圖5.3圓筒軸向應(yīng)力計算及校核5.3.1圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力根據(jù)2中式7-4至式7-7計算最高點處： （5-1）最低點處： （5-2）5.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計算及校核鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計算：a).當(dāng)圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強圈或被封頭加強（即）時，軸向應(yīng)力位于橫截面最高點處.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.則b).在橫截面最低點處的軸向應(yīng)力：5.3.3圓筒軸向應(yīng)力校核 （5-3）查圖4-810得，,則滿足條件5.4切向剪應(yīng)力的計算及校核5.4

18、.1圓筒切向剪應(yīng)力的計算根據(jù)2中式7-9計算，查2中表7-2，得： （5-4）5.4.2圓筒被封頭加強（）時，其最大剪應(yīng)力根據(jù)2中式7-10，計算得： （5-5）5.4.3切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力的0.8倍，即。封頭的切向剪應(yīng)力，應(yīng)滿足而故圓筒滿足強度要求。根據(jù)2中式7-12 （5-6） （5-7）故封頭滿足強度要求5.5圓筒周向應(yīng)力的計算和校核根據(jù)鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座墊片作為加強用的鞍座。5.5.1在橫截面的最低點處：根據(jù)2中式718 其中（容器焊在支座上） （5-8）查2中表7-3知， 則5.5.2在鞍座邊角處由于 根據(jù)2中式720:由于 查2

19、中表7-3知，則 （5-9）5.5.3鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力由于，根據(jù)2中式7225.5.4周向應(yīng)力校核根據(jù)2中式7.3.4.3故圓筒周向應(yīng)力強度滿足要求。5.6鞍座應(yīng)力計算及校核5.6.1腹板水平分力及強度校核根據(jù)2中表77鞍座包角，查2中表75得：。則墊板起加強作用，則：其中，則則查2中表51，得：，則由于，所以其強度滿足要求。5.6.2鞍座壓縮應(yīng)力及強度校核根據(jù)2中表76，取則 ，鋼底板對水泥基礎(chǔ)的則 所以壓應(yīng)力應(yīng)按2中式729計算： （5-9）其中 ，筋板面積 腹板面積：形心：腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)：代入公式得取 則根據(jù)2中式732進(jìn)行校核即滿足強度要求。4.1.1 筒體的

20、總體尺寸已知參數(shù):筒體公稱直徑 DN Di 2000mm，L4500mm4.1.2 筒體壁厚設(shè)計設(shè)計溫度為 85，查 GB150 得該溫度下 Q345R 許用應(yīng)力 t 170MPa取鋼板負(fù)偏差 C1 0.3mm ，鋼板腐蝕裕量 C 2 1mm pc Di 1.2 2000計算壁厚 t 8.34mm 4-1 2 pc 2 170 0.85 1.2 t設(shè)計壁厚 t d t C 2 8.34 1 9.34mm 4-2t C1 C2 8.34 0.3 1 9.64mm 4-3取圓整后名義厚度為 t n 10mm有效厚度 t e t n C1 C 2 10 0.3 1 8.7mm 4-4進(jìn)行液壓試驗，試驗液體溫度一般不低于 5。試驗溫度下材料許用應(yīng)力 170MPa，設(shè)計壓力1.2MPa， 170試驗壓力 pT 1.25p1.25 1.2 1.5MPa 4-5 t 170 pT Di t e 1.5 2000 8.7校核圓筒應(yīng)力 T 203.72MPa 4-6 2t e 2 8.7 0.85屈服強度 s 345MPa ，