过滤器的设计及运动仿真（机械CAD图纸）.doc

摘 要 过滤分离技术在国民经济各个部门中应用很广。从人民日常生活，资源、能源的开发利用，国防尖端，到保护环境，防止公害等方面，都离不开过滤分离技术。过滤器和过滤分离技术不仅应用广，而且是某些生产过程中的关键性设备之一，若采用不当，不但生产任务完不成，产品质量上不去，而且会造成资源浪费，环境污染，使整个生产经济效益很低。因此，必须根据物料的种类及生产上的要求，研究、设计和制造各种不同系列、规格和型号的过滤器，以适应各种不同生产的需要。本设计选择复合型袋式精细过滤器作为设计对象。在全面了解过滤器的结构及其工作原理后，运用SW6-1998过程设备强度计算软件，对受压的圆筒、封头和法兰等受压元件进行强度计算。利用UG软件对过滤器的零件进行参数化建模，并对整体结构进行虚拟装配。然后将装配体导入UG软件的运动仿真界面，并利用软件进行运动学仿真。分析仿真结果，得出相应结论。最后对过滤器进行优化设计，提高其稳定性，可靠性，让本设计能够真正的投入到日常生产操作中，使其切实能够为过滤分离技术做出贡献。 关键词：UG；过滤器；运动仿真AbstractFiltering separation technology is applied widely in various departments of national economy. From the aspect of peoples daily life, such as the exploitation and utilization of resources and energy and the advanced national defense to the aspect of protecting environment and preventing pollution and other aspects, all of them cannot be without filtration-separation technology . Filter and filtering-separation technology are not only used widely but also are one of the key equipments in some production processes. If the technology is used unsuitably, the production task will not be finished and the quality of the products will not be improved. Even it will cause the the waste of resources and environmental pollution so that it will reduce the production efficiency.Therefore, in order to meet the demands of different production, we should research, design and manufacture the various series, specifications and types of filters according to the kinds of production materials and the requirements of production. This design chooses fine the composite bag type filter as the design object. After comprehensive understanding of the structure and working principles of the filter, this design uses SW6-1998 process equipment calculation software for calculating the strength of the pressurized cylinder, head, and flange pressure parts and other pressurized parts. This design has a parametric modeling of the elements of filter by using UG software and assemble the integral structure virtually. Then the design will lead the assembly into the motion simulation interface of the UG software and use the software to make kinematics simulation. Next we should make analysis of the simulation results and obtain the corresponding conclusions. Finally we should do the optimization design to improve the stability and reliability of the filter in order to put this design into the daily production operation really and make contributions faithfully to the filtration-separation technology. Key words: UG ; Filter ; Motion simulation目 录摘 要IIIABSTRACTIV目 录V1 绪论11.1 过滤器设计的目的和意义11.2 过滤器的发展11.3 过滤器的未来展望21.4 本文的基本构想与要求32 过滤器总体设计方案42.1 过滤器设计概述42.1.1 过滤器简介42.1.2 过滤器结构42.1.3 过滤器工作原理42.1.4 过滤器有关设计参数42.2 过滤器的特征42.2.1 主要特征42.2.2 安装步骤52.2.3 应用52.3 过滤器的参数计算52.3.1 内筒体内压计算52.3.2 内筒封头内压计算62.3.3 法兰计算72.3.4 开口补强计算92.4 过滤器部件设计102.4.1 封头设计102.4.2 法兰设计112.4.3 摇臂式吊杆设计132.4.4 筒体设计132.4.5 复合滤筒设计152.4.6 支座组件设计153 SW6-98软件的应用173.1 SW-98软件介绍173.2 SW6-98软件结构及一般使用指南183.3 SW6-98软件的使用193.3.1 软件模块计算项目193.3.2 软件计算校核194 UG软件的应用234.1 UG软件介绍234.2 UG功能与优点234.3 UG主要功能模块244.4 过滤器运动仿真分析265 结论与展望335.1 结论335.2 不足之处及未来展望33致 谢34参考文献351 绪论1.1 过滤器设计的目的和意义 目前，我国很多企业使用传统过滤器，这种过滤器在过滤持续过程中，过滤面积小使得液体中固态杂质被过滤元件表面，过滤效率下降。因此需要对此装置进行改进与创新，提高使用周期，减少停车次数，能够提高生产产量和产品质量。复合型袋式精细过滤器与普通过滤器相比，在同样壳体、容积的情况下，该过滤器过滤面积相对大60%以上，这样装置运行周期长，停车时间短，有效降低运行成本；在相同处理量的情况下，该过滤器过滤面积较普通过滤器大，意味着设备容积就可以做小，可以节省设备投资20%以上，有效降低设备的制造成本。1.2 过滤器的发展 过滤器的原型是人们为保护呼吸而使用的呼吸保护器具1。据记载，早在一世纪的罗马，人们在提纯水银的时候就用粗麻制成的面具进行保护。在此之后的漫长时间里，空气过滤器也取得了进展，但其主要是作为呼吸保护器具用于一些危险的行业，如有害化学品的生产。1827年布朗发现了微小粒子的运动规律，人们对空气过滤的机理有了进一步的认识。过滤器的迅速发展是与军事工业和电子工业的发展紧密相关的。在第一次世界大战期间，由于各种化学毒剂的使用，以石棉纤维过滤纸作为滤烟层的军用防毒面具应运而生。玻璃纤维过滤介质用于空气过滤于1940年10月在美国取得专利。50年代，美国对玻璃纤维过滤纸的生产工艺进行了深入的研究，使空气过滤器得到了改善和发展。60年代，HEPA过滤器问世；70年代，采用微细玻璃纤维过滤纸作为过滤介质的HEPA过滤器，对0.1微米粒径的粒子过滤效率高达99.9998%。八十年代以来，随着新的测试方法的出现、使用评价的提高及对过滤性能要求的提高，发现HEPA过滤器存在着严重的问题,于是又产生了性能更高的ULPA过滤器。目前，各国仍在努力研究，估计不久就会出现更先进的空气过滤器。过滤器本身的设计也取得了显著进展，其中最重要的是分隔板的去除，即无隔板过滤器的发展。无隔板过滤器不仅消除了分隔板损坏过滤介质的危险，而且有效地增加了过滤面积，提高了过滤效率，并降低了气流阻力，从而减少了能量消耗。此外，空气过滤器在耐高温、耐腐蚀以及防水、防菌等方面也取很大的进展，满足了一些特殊的需求。 70年代前后是精密过滤器飞跃发展时期，美、英、德、法和日本都有自己牌号的精密过滤器，并纷纷在国际市场上竞争。影响最大的是美国公司，其次是德国公司，他们分布于世界各地，从事精密过滤器滤膜和精密过滤器滤器的生产，科研和销售等工作。六十年代，我国一些科研部门对精密过滤器进行了小规模的试验和应用，但基本上没有形成工业规模的生产能力。70年代末期，上海医药工业研究院等单位对精密过滤器进行了教系统的研究。迄今为止，国内已有了商品化的精密过滤器，其中生产最多的品种是混合纤维素滤膜。耐溶剂、耐温和耐酸碱等方面的滤膜特种多孔滤膜已被研制和先后投产的有聚砜酰胺精密过滤器膜、N型聚酰胺精密过滤器膜、聚四氟乙烯精密过滤器膜、核孔膜及其他优质精密过滤器滤膜等。至于精密过滤器的形式，除板式以外，还制成了摺叠式筒型，可谓品种繁多、五花八门，基本已满足了国内各方面的需要。当然和国外相比，我国的产品无论是在质量方面还是在数量方面，都还存在一定的差距，有待进一步的提高和创新。 精密过滤器主要用于分离各种流体中尺寸为0.1-10m的微生物和微粒子。在实验室中，精密过滤器过滤时检查有形微细杂质的重要工具。主要用途如下：1、用于微生物检测，例如对饮用水中大肠菌群、游泳池水中假单胞族菌和链球菌、啤酒中酵母和细菌，软饮料中酵母、医药制品中细菌的检测和空气中微生物的检测等。2、用于微粒子检测，例如对注射剂中不溶性异物、石棉粉尘，航空染料中的微粒子，水中悬浮和排气中粉尘的检测，锅炉用水中铁分的分析及放射性尘埃的采样等。在流体净化、分离杂质、贵重物料回收等领域取得了最大的工艺效益和经济效益，被广泛应用于石油化工、精细化工、化纤工业、制药工业及航空、电子、食品、饮料等行业。主要用途如下：1、纳滤（NF）、超滤（UF）、反渗透（RO）、电渗析（EDI）等系统保安过滤； 2、医药针剂、大输液、滴眼液、中草药药液等过滤，生物制剂提取、提纯、浓缩； 3、电子、微电子、半导体工业用高纯水预过滤； 4、油田回注水、锅炉补给水、化学试剂、液体有机制品、高纯化学品、浓药等过滤；5、饮用纯净水、矿泉水、果汁、茶饮料、保健饮品过滤； 6、白酒、葡萄酒、啤酒、黄酒及其他果酒的过滤，纯生啤酒除菌过滤； 7、生产、生活废水处理及中水循环再利用过程中的预处理过滤或保安过滤； 8、其他如生物工程、油类精制、印染、纺织行业的给水及废水处理、科研实验过滤等。1.3 过滤器的未来展望 在如今这个社会经济发展越来越迅速的时候，有多少人会注意到环境污染的严重性呢？好在有我们的过滤器出现和运用，为我们解决了困扰多年的污染问题，还提醒了我们环境保护的重要性，而设备未来的发展也是很值得期待的2。可以说，过滤器的出现使得我们国家多年来长期存在的污染肆意的难题得到了完美的解决，它利用自身的先进的滤网将水中的悬浮物、颗粒物、细菌等有害物质进行有效阻挡，从而使水质得到一定程度的净化，并且能够达到中水回用的标准，经过它处理净化的中水可以用来灌溉、洗车，大大节省了有限的淡水资源。事实证明，提高水资源的使用率才是节省的根本办法，我国的南方地区常年多雨，大范围的降雨经常给当地人民带来诸多不便，但是自从有效利用了高效过滤器之后，专家们从雨水中得到了可用的再生水资源，这一发现不仅解决了雨水排放不利的问题，同时也为我们的社会开发了新的水资源。全球范围内的水质污染给我们的生活带来了巨大的影响，污水不仅污染了我们的环境，更会对我们的身体健康造成伤害，近来年由于水污染而引起的疾病也是屡见不鲜。高效过滤器出现成功吸引了我们的眼球，不仅解决了困扰我们多年的污水泛滥问题，同时还能在一定程度上缓解水资源的重负，因此得到了一致的好评。由于我国的环保产业起步比较晚，基础也很是薄弱，因此以往人们对环保的概念还不是很清晰，但是如今随着经济水平的持续增长，人民生活水平的不断改善，大家也开始越来越重视环保的概念。我们国家的中央财政在环境保护方面的支出也是逐年增加，这不得不说是一个很好的现象。在环保事业的发展中，必不可缺的无疑是高效率的过滤设备了。过滤器对城市的污水进行一定的处理并且促进了水的循环利用，这个阶段即将成为净化设备市场发展的高峰时期。因为我们都知道，中国的淡水面积还是相当少的，一些偏远城镇的供水问题还不能得到有效的解决，情况令人堪忧。越来越多地区的供水量及供水安全问题的逐渐得到了各方面的重视和关心，国家把这两个问题提到至关重要位置，可见水处理行业将成为中国未来几年发展最迅速的产业之一。我们经常说的工业水处理包括了工业用水处理、工业用水重复水处理和工业废水处理三大类，高效过滤器很对这三个方面在自身的技术上做出了巨大的改革，使其能更加适应环境与时代的发展。除了一些基本的污水处理领域，过滤器还将运用到海水淡化、中水循环利用和终端水处理等更多细节化的领域去，这其中无不蕴含着惊人的市场潜力和发展的空间。这一系列的措施都使得设备的特性被发挥到了极致，它的未来十分值得期待。现在人们开始越来越清晰的认识到如何利用雨水带来节水、防洪、环境方面的巨大收益，尤其在一些北方城市已经开始逐步实现雨水的循环再利用。此时就更需要一些专业的过滤设备来推进这项工程的发展。过滤器作为新型的过滤设备，在解决水污染的问题方面可是很有一套的，到目前为止它已经广泛运用于饮用水的处理、循环水处理、工业水处理、采矿业水处理等各行各业。随着人们的环保意识的日益加强，大家也开始逐渐意识到水资源的宝贵，水是我们的生命之源，同时水也不是用之不竭的，如何对其进行有效的保护是目前环境保护工程中的重点。过滤器就是我们国家用来保护水资源的有利屏障。大家都知道我国一直是一个严重缺水的国家，加上水污染严重、地下水超采等一系列问题，使得我们所面临的局势越来越危急，如何有效保护水资源成了我们迫在眉睫的任务，也是不容忽视的。而过滤器设备的出现无疑是给这种紧张的情况带来了一丝缓和的希望，它采用进口优质原材料制作而成，结构新颖独特、工作强度高、使用寿命长，摈弃了传统设备复杂的安装使用程序，采用简单快捷的使用方式。1.4 本文的基本构想与要求我所设计的复合型袋式精细过滤器，可以运用于很多领域。它占地面积很小，过滤效率高。所以我在选择零件上会偏向易于单件加工、生产简单、容易维修的零件。基本要求如下：(1) 全面了解复合型袋式精细过滤器的结构及其工作原理。(2) 计算相关参数，对整体进行计算，设计过滤器的机构尺寸。(3) 主要机构参数选择完毕之后，利用AutoCAD3进行二维模型的建立。首先，完成装配图。其次，拆分主要零件，作出零件图。(4) 根据二维图纸，利用UG建立三维模型并进行运动仿真。首先，完成各部分的零件图；其次，把各个零件图进行装配；最后进行运动仿真。2 过滤器总体设计方案2.1 过滤器设计概述 2.1.1 过滤器简介 复合型袋式精细过滤器主要由三部分组成：过滤容器、支承网篮和过滤袋。根据流量要求可在单机里使用多个滤袋，液体从过滤容器侧面或者下面进液口进入，由被网篮支撑的滤袋上方冲入滤袋中，滤袋因液体的冲击和均匀的压力面展开，使得液体物料在整个过滤袋内表面得到均匀分布，透过滤袋的液体沿着金属支承网篮壁，由过滤器底部出液口排出。滤出颗粒杂质被截留在过滤袋内，完成过滤过程。每只滤袋都有单独的锁紧装置，绝无侧漏机会。复合型袋式精细过滤器因体积较大，顶盖重量重，一个工人难以操作，在此过滤器加上摇臂装置，可降低人工成本。复合型袋式精细过滤器操作简单、方便，占地面积较小，安装十分简单；过滤精度高，适用于任何细微颗粒或悬浮物，过滤范围可从1800微米；有效过滤面积大，一个滤袋过滤功能相当于同类型滤芯510倍，可大大降低成本； 设计流量可以满足11000m3/h要求，成本造价低；用途广泛，可用于粗滤或精滤； 单位过滤面积的处理流量较大，过滤阻力较小，过滤效率高。2.1.2 过滤器结构复合型袋式精细过滤器设计采用立式结构，是一种压力式过滤装置，主要有过滤筒体、过滤筒盖和快开机构、不锈钢滤袋加强网等主要部件组成，过滤器加上摇臂装置，能快速方便的开启上封头。上封头和筒体采用法兰连接，能更好的防止侧漏，下封头与筒体采用焊接连接。筒体内部的过滤装置进行单独设计能更好的利用空间，提高单位过滤面积的处理量，过滤效率高。根据需求选择合适的支脚，对抗震有很大的帮助。2.1.3过滤器工作原理 复合型袋式精细过滤器是一种结构新颖、体积小、操作简便灵活、节能、高效、密闭工作、适用性强的多用途过滤设备。复合型袋式精细过滤器常设置在压力过滤器之后，用于去除液体中细小的微粒，以满足后续工序对进水的要求。滤液由过滤机外壳的旁侧入口管流入滤袋，滤袋本身是装置在加强网篮内，液体渗透过所需要细度等级的滤袋即能获得合格的滤液，杂质颗粒被滤袋拦截，从而达到固液分离。该机更换滤袋十分方便，过滤基本无物料消耗。2.1.4过滤器有关设计参数 该过滤器工作压力为0.5MPa，设计压力为0.6MPa，工作温度为25，设计温度为80。主要受压元件材质06CrNi10，牌号S30408，标准NB/T47010-2010。设备最大处理量为145m3 /h，过滤精度为5m，滤件材质为聚酯，过滤面积3m2。 2.2 过滤器的特性 2.2.1 主要特征（1）设计结构紧凑，体积小，占用工作液少，减少投资运营成本；（2）过滤量大，压降小，过滤精度高，性能稳定，滤袋清洗周期长，滤袋可重复使用； （3）袋式过滤器采用积木式装卸，固定压紧装置，密封性能好，这样对清洗修理方便，节省维修成本。 2.2.2 安装步骤 1、彻底清洗过滤器壳体。2、外壳进出口与过滤系统管路相连，连接时注意方向，确保滤芯为外侧进水、内侧出水状态。3、将滤芯开口一端的塑料袋打开，检查O形圈是否完好、就位。4、用合适的的湿润剂(例如水)湿润O形圈和滤芯座插孔。5、手握滤芯靠近O形圈的一端，垂直将滤芯插口完全插入滤芯座插孔。6、将所有的滤芯插好后，去掉滤芯包装袋，再扣上压板固定，然后将金属罩壳安装好。7、打开外壳顶部的放气阀。8、稍微打开入口阀，使液体进入壳体，直到液体从壳体顶部的放气阀益出，此时关闭放气阀。9、缓慢调节打开下游出口阀，直至完全打开。10、缓慢调节打开入口阀，直至完全打开此时过滤器上、下游之间的压力降为0.02Mpa(确定流量下的初始压降)。 2.2.3 应用在化工石油领域：可以过滤润滑油、航煤等油品、分离从苯中的聚合物、回收催化剂、过滤催化油浆、过滤开桶后的原料、成品灌装前的保安过滤、拦截碳墨和助滤剂、滤清树脂、丙烯酸和黏胶乳剂、泵前保护4。在涂装行业：电泳漆过滤、超滤的保护过滤、脱脂工艺过滤、磷化液体的过滤、电泳漆除油、过滤清洗液、过滤金属漆、清漆等。 在树脂涂料油墨行业：树脂等原料过滤、清除涂料中的纤维、凝胶、过滤溶剂、过滤研磨细度不达标颗粒、清除混合反应后的颗粒杂质、清除胶性涂料的凝结块、清除涂料中的油份。 食品饮料行业：拦截造糖中的碳墨和助滤剂、食用油抛光、灌装前的保安过滤、各种工艺用水、糖浆等原料的过滤、去除调和工艺中产生的杂质、滤除饮料中的悬浮物、沉积物。在水处理和膜工业：HVAC系统净化、清除水管中的水垢或钙化物、原水的滤清、过滤处理废水的化学品、超滤膜、RO膜的前置保护、阻拦絮状物、胶状物、膜法提纯液的预过滤、拦截离子交换树脂。2.3 过滤器的参数计算 2.3.1内筒体内压计算 （1）计算条件 计算压力Pc=0.6MPa，设计温度 t=80，内径 Di=500mm，材料为0Cr18Ni9（板材），试验温度许用应力 =137.00MPa，设计温度许用应力 t =137.00MPa，试验温度下屈服点 s=205.00MPa，钢板负偏差 C1=0.60mm，腐蚀裕量 C2=0.00，焊接接头系数 =0.85，名义厚度n=5mm。（2） 厚度计算 计算厚度可按下列公式计算: （2.1） 有效厚度 （2.2） 压力试验时应力校核 压力试验类型：液压试验试验压力值计算公式如下： （2.3）压力试验允许通过的应力水平T （2.4）试验压力下圆筒的应力 （2.5）因为 TT 所以校核合格（3） 压力及应力计算最大允许工作压力计算公式如下： （2.6）设计温度下计算应力： （2.7） 校核条件 t t 结论： 合格 2.3.2 内筒封头内压计算 （1）计算条件 计算压力Pc=0.6MPa，设计温度 t=80，内径 Di=500mm，曲面高度 hi=125mm，材料为0Cr18Ni9（板材），试验温度许用应力 =137.00MPa，设计温度许用应力 t =137.00MPa，钢板负偏差 C1=0.50mm，腐蚀裕量 C2=0.00，焊接接头系数 =1.00。（2）厚度计算形状系数 （2.8） 计算厚度 （2.9）有效厚度 （2.10）最小厚度 min=2.00mm名义厚度 n=5.00mm结论：满足最小厚度要求（3） 压力计算最大允许工作压力 （2.11） 结论：合格 2.3.3 法兰计算（1） 计算条件 设计压力p=0.60MPa，计算压力Pc=0.60MPa，设计温度t=80。壳体的许用应力n=137.0MPa，=137.0MPa，材料名称0Cr18Ni9。法兰的许用应力n=137.0MPa，=119.8MPa，螺栓的许用应力n=117.0MPa，=108.0MPa，材料名称35。螺栓公称直径dB=20.0mm，螺栓根径dd=17.3mm，数目为20个。垫片结构尺寸Di=510.0mm，Db=590.0mm，D内=504.0mm，Do=630.0mm，D外=544.0MPa，l=8.0mm，如图2.1所示。图2.1 垫片结构（2）螺栓受力计算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 504297.3N （2.12）操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 183130.0N （2.13）所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 4310.2mm2 （2.14）实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 4698.0mm2 （2.15）垫片最小宽度 Nmin Nmin = 4.4 （2.16）（3）弯矩计算外压Mp力矩计算 Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ) （2.17）内压Mp力矩计算 Mp = MD+MG+MT （2.18）式（2.17）中FD = 0.785pc= 122507.1N，LD= 0.5(Db -Di)= 40.0mm，LG= 0.5 ( Db - DG ) = 31.0mm，FT = F-FD = 8799.6N，LT= 35.5mm。式（2.18）中FG = Fp = 51730.6N，MG= FG LG = 1603678.1N.mm，MD= FD LD = 4900284.0N.mm，MT= FT LT = 312389.0N.mm。由式（2.18）计算可得：Mp = 6816351.0N.mm越紧力矩Ma计算 Ma= W LG （2.19）式（2.19）中W=Wa= 526980.1N，LG= 0.5 ( Db - DG ) = 31.0mm。由式（2.19）计算可得：Ma= 16336671.0N.mm计算弯矩 Mo= Mp 与 中大者，可得Mo=14279681.0N.mm。（4） 螺栓间距校核实际间距 （2.20）最小间距 46.0mm （2.21）最大间距116.8mm （2.22）（5） 输入法兰厚度f = 48.0 mm， 法兰应力校核，如表2-1所示。表2-1 法兰应力校核计算值许用值剪应力校核结论41.11MPa校核合格14.29MPa校核合格（7）计算结果 （2.23）结论：校核合格 2.3.4 开口补强计算（1）接管N1、N2计算条件接管N1、N2的补强计算，计算方法按照GB150-1998等面积补强法，如图2.2所示。计算压力 pc=0.6MPa，设计温度=80，壳体型式为圆形筒体，壳体材料名称及类型为0Cr18Ni9板材。壳体开孔处焊接接头系数=0.85，壳体内直径 Di=500mm，壳体开孔处名义厚度n=5mm，壳体厚度负偏差 C1=0.5mm，壳体腐蚀裕量 C2=0mm，壳体材料许用应力t=137MPa。接管实际外伸长度为150mm，接管实际内伸长度为0mm，接管焊接接头系数为1，接管腐蚀裕量为0，接管厚度负偏差 C1t =0.562mm，接管材料许用应力t=137MPa，接管材料名称及类型为0Cr18Ni9管材。图2.2 接管简图1（2）接管N1、N2的开孔补强计算，如表2-2所示。表2-2 开孔补强计算1参数数据参数数额壳体计算厚度 1.291mm接管计算厚度t0.176 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d81.12mm补强区有效宽度 B162.2 mm接管有效外伸长度 h119.11mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 104.8mm2壳体多余金属面积 A1260.3 mm2接管多余金属面积 A2143.8mm2补强区内的焊缝面积 A320.25 mm2 因为A1+A2+A3=424.3 mm2 ，大于A，所以不需另加补强。结论：补强满足要求，不需另加补强。（3）接管N3计算条件接管N3的开孔补强计算，计算方法按照HG20582-98等面积补强法，如图2.3所示，计算条件如下。计算压力 pc=0.6MPa，设计温度=80，壳体型式为椭圆形封头，壳体材料名称及类型为0Cr18Ni9板材。壳体开孔处焊接接头系数=1，壳体内直径 Di=500mm，壳体开孔处名义厚度n=5mm，壳体厚度负偏差 C1=0.5mm，壳体腐蚀裕量 C2=0mm，壳体材料许用应力t=137MPa。 椭圆形封头长短轴之比为2，接管实际外伸长度为120mm，接管实际内伸长度为0mm，接管焊接接头系数为1，接管腐蚀裕量为0，接管厚度负偏差 C=0.438mm，凸形封头开孔中心至封头轴线的距离为160mm，接管轴线与壳体表面法线的夹角为22.61度，接管材料许用应力t=137MPa，接管材料名称及类型为0Cr18Ni9管材。图2.3 接管简图2 （4）接管N3的开孔补强计算，如表2-3所示。表2-3 开孔补强计算2计算截面图 示 截 面计算截面与图示成90度的截面应力校正系数 F1应力校正系数 F1开孔直径 d30.22mm开孔直径 d27.88mm补强区有效宽度 B60.43mm补强区有效宽度 B55.75mm开孔削弱所需的补强面积 A29.81mm2开孔削弱所需的补强面积 A27.5mm2壳体多余金属面积 A1 106.2mm2壳体多余金属面积 A1 97.94mm2接管多余金属面积 A259.33mm2接管多余金属面积 A259.33mm2补强区内的焊缝面积 A312.25mm2补强区内的焊缝面积 A312.25mm2 图示截面计算结果A1+A2+A3+A4 =177.7mm2 与图示成90度的截面计算结果A1+A2+A3+A4 =169.5mm2 计算截面的校核结果都合格。结论：补强满足要求，无需另加补强。2.4 过滤器部件设计 2.4.1 封头设计 封头是压力容器重要的受压元件，其质量直接关系到压力容器的安全性。自60年代开始，我国陆续制定了一些封头标准，有的业已经过修订，如按结构型式分类的JB576-95碟形封头、JB/T4737-95椭圆形封头、JB/T4738-9590°折边锥形封头、JB/T4739-9560°折边锥形封头和按成形方式分类的JB/T4729-94旋压封头。这些标准对我国压力容器用封头的设计、制造、检验和验收，都起到过十分重要的作用，但也存在着分类方法不统一、标准内容相互不协调等问题。压力容器封头的用途十分广泛，它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。根据GB/T25198-2010压力容器封头选择合适的封头5。本标准的适用范围如下：1、 本标准规定了钢制以及铝、钛、铜、镍及镍合金制压力容器用封头的制造、检验与验收要求，以及常用的封头型式与基本参数。2、 本标准适用于整板、拼板采用冲压、旋压、卷制以及分瓣成形的压力容器用半球形、椭圆形、蝶形、球冠形、平底形和锥形封头。3、 常压容器及其他承压设备用封头的制造、检验与验收要求可参照本标准执行。 根据封头的计算，封头壁厚选择5mm，运用AutoCAD画出三维图，如图2.4所示。图2.4 上封头与下封头 2.4.2 法兰设计 压力容器法兰是压力容器的常用部件，是连接各种压力容器部件的基本元件，广泛地用于石油化工、电力、原子能、轻工等工业领域。 对于容器而言，压力容器法兰应该是一个组件，包括法兰、垫片和连接螺栓或螺柱以及螺母，其作用是使不同的受压元件组合在一起，同时保证连接部位不产生泄漏。压力容器法兰，法兰连接的主要失效形式为接头的刚度失效，其外部表现形式为泄漏。压力容器内部的介质具有高温、高压的特点，同时具有易燃、易爆的特性或毒性，一旦产生泄漏，将发生严重的次生灾害，严重威胁压力容器木体和周围设备以及人员的安全。因此容器法兰的设计和选用应优先考虑的因素是整体密封性能。 法兰是一种盘状零件，法兰都是成对使用的，在管道工程中最为常见。在管道工程中，法兰主要用于管道的连接。在需要连接的管道，各种安装一片法兰盘，低压管道可以使用丝接法兰，4公斤以上压力的使用焊接法兰。水泵和阀门，在和管道连接时，这些器材设备的局部，也制成相对应的法兰形状，也称为法兰连接。根据JB47004007-2000压力容器法兰选择合适的法兰6，本标准适用范围如下：1、 本标准规定了压力容器法兰的分类、规格，法兰、螺柱、螺母的材料及垫片的匹配，各级温度下的最大允许工作压力，技术要求以及标记。2、 本标准适用于公称压力0.256.40MPa，工作温度-70450的碳钢、低合金钢制压力容器法兰。本文的设计压力为0.6MPa，设计温度为80，材料选择0Cr18Ni9。按设计要求选择JB/T47012000甲型平焊法兰，密封面结构型式选择凹凸密封面如图2.5所示。运用AutoCAD三维建模建模如图2.6所示。图2.5 凹凸密封面图2.6 甲型平焊法兰2.4.3 摇臂式吊杆设计摇臂式吊杆的垫板和支承板与筒体焊接固定，利用耳环、销轴、开口销和活节螺栓将上封头与吊杆连接，在需要开启设备时利用导向套的导向作用，推动