化机基础课程设计要求及例题.doc

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1、沈阳工业大学化工设备机械基础课程设计指导书工程学院机械系二七年九月十日一、设计步骤1.筒体厚计算（取国标厚度系列，见教科书p99）2.封头厚度计算（考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后一般取n与筒体等厚的钢板制作封头。）3.容器支座选型1）根据容器公称直径预选鞍座（或耳式支座）型号（见教科书p174和p354附录16）2）鞍座强度校核 计算设备总重：筒体+封头+介质（水）+附件（人孔+300）kg 校核：支座重量/个标准允许的重量/个4.人孔及补强1）人孔的确定根据贮罐的工艺条件，按公称压力等级选取。2）补强及其结构的确定补强判断、补强结构 。4.接口管及法兰选型1）进、出物料接管及法兰。2

2、）检查、测试接管及法兰。3）排气、污液接管及法兰。5.压力试验核（见教科书p99101）1）实验方法的确定。2）试验压力校核。6.参考书二、应用举例 试设计一液氨贮罐。贮罐内径Di=2600mm，贮罐(不包括封头)长度L4800mm。使用地点：辽阳。 1、罐体壁厚设计 本储罐选用16MnR制作筒体与封头。罐体计算厚度根据参考书1（4-4）式：式中 圆筒计算厚度,mm； pc 计算压力,MPa； Di圆筒内直径,mm； t 圆筒材料设计温度下的许用应力,MPa ； 圆筒的焊接接头系数。由于本储罐在夏季最高温度可达42这时氨的饱和蒸气压为1.56MPa（绝对压力）故取pc=1.6MPa； t= 1

3、63 MPa （参考书1表4-3钢板许用应力）=0.85（双面焊对接接头，局部探伤，参考书1表4-4焊接接头系数）C2=1 mm （按参考书1表4-6腐蚀裕量）C1=0.8mm （按参考书1表4-5钢板的厚度负偏差）于是设计壁厚d根据参考书2（8-2）式 名义厚度n根据参考书2（8-3）式 即选用18mm钢板制作罐体。 2、封头壁厚设计采用标准椭圆形封头，理论分析证明，此时椭圆形封头的应力分布较好，且封头的壁厚与相连接的筒体壁厚大致相等，便于焊接，经济合理。封头计算厚度根据参考书1（4-12）式：式中0.85 (钢板最大宽度为3m，该贮罐直径为2.6m，故封头需将钢板并焊后冲压)；其它符号如前

4、。 于是设计壁厚d根据参考书2（8-2）式 名义厚度n根据参考书2（8-3）式 考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，取n18mm厚的16MnR钢板制作封头。其标记为：椭圆封头 DN260018 JB/T4737-95按2表8-12取该封头的直边高度为h=40mm；由3附录2得曲面高度为h1=650mm。根据GB1501998国标规定：标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内经的0.15%，则计算封头的有效厚度显然 ，满足要求。3、支座选型（1）确定支座形式根据容器公称直径DN=2600mm按参考书2表13-1鞍座的形式，选用标准鞍式支座两个，即: JB/T4712-92, 鞍座A2600-FJB/T

5、4712-92, 鞍座A2600-S。查表13-4得每个支座的允许载荷Q为442KN。（2）校核支座强度设每个支座的实际最大载荷为 ，储罐总质量为m。计算储罐总的质量 m=m1+m2+m3+m4 Kg式中: m1-罐体质量m2-封头质量m3-罐内充满水的质量（因液氨密度小于水的密度）m4-附件质量 计算罐体质量m1 由参考书3附录1查得DN=2600mm，n=18的筒节，每米质量是1160Kg/m，所以m1=11604.8=5568Kg计算封头质量m2 由参考书2附录2查得DN=2600mm，n=18，直边高度为40mm标准椭圆形封头，每米质量是1100Kg/m，所以m2=21100=2200

6、Kg计算罐内充满水的质量m3m3=V=(V封+V筒) =（22.51+4.85.309）1000=30500Kg计算附件质量m4 由参考书2附录5查得PN=1.6Mpa，DN=450mm的水平吊盖人孔，其质量为181Kg。其它质量总和取300Kg。则m4=181+300=481Kg。设备总质量为m=5568+2200+30500+48139000Kg则每个支座的实际最大载荷 =mg/2=390009.8/2=191.3KN即； =191Q 故所选鞍座合适。鞍座A2600-F（S）的结构及尺寸见附图2所示。4、人孔选用及补强措施（1） 人孔选用根据储罐的设计压力及操作温度，人孔标准应按公称压力为

7、1.6MPa的等级选用。从参考书3人孔类型系列标准选得，人孔形式为水平吊盖式人孔，工程直径选为450mm,密封压紧面采用凸凹面。人孔标记为：人孔MFM (AG) 450-1.6 HG 21524-95由人孔标准查得的水平吊盖人孔的结构及尺寸见附图3。（2）补强措施补强及其结构的确定a.补强判断根据GB150-1998钢制压力容器的规定，壳体开孔满足下述全部要求时，可不另行补强：设计压力小于或等于2.5MPa； 两相邻开孔中心距应不小于两孔直径之和的两倍； 接管公称外径小于或等于89mm；接管最小壁厚满足下表要求。接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.0 6.0

8、由于人孔的直径超出了国标规定的不另行补强的最大开孔直径89mm，所以应采取补强措施。b.补强结构补强圈（JB/T47362002）贴焊在壳体与接管连接处，结构简单、制造方便，使用经验丰富，一般用在静载、中温、中低压等场合。根据GB150-1998钢制压力容器的规定，采用补强圈结构时，应满足下列条件：.钢材的标准抗拉强度下限值b540MPa；.补强圈厚度小于或等于1.5n；.壳体名义厚度n38mm。该开孔满足补强圈的使用要求，因此选用补强圈补强结构。补强形式及补强面积的计算a.选用外加强平齐接管形式，如下图。b.补强计算.确定设计参数由前面设计可知：壳体: Pc=2.5MPa ；Di=2600m

9、m ；=0.85；C=1+0.8=1.8mm； t =163MPa ；=15.1mm，n=18mm，e=18-2.3=15.7mm.人孔接管（筒节）：dw=48010，H1=300mm，H2=0(内平齐接管)，di=460mm，n=10mm，e=10-1.8=8.2mm，材料与壳体相同。开孔直径d=di+2C=460+21.8=463.6mm.开孔所需补强面积：.有效补强范围取B=2d=2463.6=927.2mm有效高度:取取h2=0.有效补强面积壳体多余面积A1接管多余面积A2补强区焊缝面积（焊脚取10mm）A3有效补强面积：e.需另加补强面积A4为补强圈设计 补强外径D2应不大于有效宽度

10、B=927.2mm，参考补强圈（JB/T47362002）取D2=760mm，内径取D1=484mm，补强圈厚度b为：为便于备材，选用与封头厚度相同的材料制作补强圈，即：满足补强要求。该补强圈的标记为：JB/T47362002补强圈 840/484 =18 5.接口管及其法兰的确定 本储罐设有一下接管：(1)液氨进料管 采用573.5的无缝钢管。进料管法兰采用具有平面密封的带颈平焊钢制管法兰。标记为：HG2059297法兰 SO 501.6 RF 16Mn(2)液氨出料管 采用可拆的压出管253，将它用法兰固定在接口管法兰（HG2059297法兰 RF 201.6 16Mn）上。压出管伸入储罐

11、2.5m。压出管外伸的端部法兰（与液氨输送管相连）采用：HG2059297法兰 RF 201.6 16Mn (3)排污管 储罐右端最底部设一个排污管，规格为573.5。管端焊有与截止阀JIW1.6相配的管法兰。标记为：HG2059297法兰 SO 501.6 RF 16Mn(4)液面计接管 本储罐采用玻璃液面计 AIWPN1.6，L=1000，HG52266510两支。其他接管尺寸见附图表4所示。6、压力试验校核（1）压力试验方法的确定验证容器在超工作压力的条件下，器壁焊缝的强度、焊缝的致密性和容器密封结构的可靠性，及时发现钢材、制造或检验过程中的缺陷。容器经过压力试验合格后才能投入生产运行。

12、压力试验的种类一般有液压和气压试验两种。一般是在全部焊接工作完成并经热处理之后进行。由于水压试验操作方便，因此一般的压力试验均采用液压试验。液压试验的方法是首先液压试验时，设备充满液体(水)，水温不能过低(碳素钢、16MnR不低于5，其它低合金钢不低于15)，外壳应保持干燥。其次待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳压30min，然后将压力降低到设计压力，保持足够时间以检查有无损坏、宏观变形、泄漏及微量渗透等。水压试验后及时排水，并用压缩空气等将容器内表面吹干。 （2）校核罐体水压试验强度根据参考书1式(4-9)： 由于容器承受的压力pT 高于设计压力p，为了安全需进行强度效核，应力校核

13、的要求是：容器壁产生的最大应力不超过所用材料在试验温度时屈服极限的90%（液压试验）或80% （气压试验），即：式中： s s =345MPa查1表4-3钢板屈服应力。于是： 即水压试验满足强度要求。7、参考书(1)刁玉伟主编.化工设备机械基础.大连：大连理工大学出版社.2002(2)董大勤编.化工设备机械基础.北京：化学工业出版社.2003(3)魏崇光等编.化工工程制图（化工制图）. 北京：化学工业出版社.2000(4)2附图1封头结构尺寸。其标记为：椭圆封头 DN260018 JB/T4737-95封头的直边高度为h=40mm；曲面高度为h1=650mm。附图2 鞍座A2600-F（S）的

14、结构及尺寸：b4附图3由人孔标准查得的水平吊盖人孔的结构及尺寸:公称压力为1.6 MPa，公称直径为450mm，如下图所示。DwS=48010，D=640mm，D1=585MM，A=365mm，H1=300mm，H2=201mm， b=38mm，b1=31mm，b2=36mm， d0=36mm，等，总质量：181kg。水平吊盖人孔零件的明细如表：件号标准号名称数量材料1筒节116MnR2HGJ75-91螺栓M2720353HGJ76-91螺母M2740254HGJ52-91法兰116Mn锻件5HGJ69-91垫片1石棉橡胶板6HGJ63-91法兰盖116MnR7把手1Q235-AF8轴销1Q2

15、35-AF9GB91-86销2低碳钢10GB95-85垫圈202100HV11盖轴耳（1）A1Q235-AF12法兰轴耳（1）1Q235-AF13法兰轴耳（2）1Q235-AF14盖轴耳（2）1Q235-AF附图表4接口管尺寸。主要接管及其法兰的部分尺寸如下表：DN管子dwDKCL50573.51651251840025323.51158516210323831401001620015183956514210三、计算机绘图要求化工设备机械基础课程设计图纸中应遵守以下标准：1、 文字书写标题栏中文字除图名和设计单位用7号或10号字体外其余都用5号字体，字体应选用仿宋体或宋体。图纸中尺寸字体一律用

16、5号或3.5号。图纸中文字叙述部分，如技术要求、技术特性、附注等内容一律应写成5号仿宋体或宋体，该部分标题如：技术要求、技术特性等字要写成7号仿宋体或宋体。装配图中的零件序号要排列整齐，字体比尺寸字体大一或两号。按顺时针或逆时针排序。文字样式要建立至少两个，名称应该使用中文容易识别的名称，推荐为：尺寸、文本等。2、 线型绘制机械图纸中线形按宽度分为粗、细两种，粗线形如粗实线等选择0.5mm。细线形选择该图纸中粗线形宽度的0.25mm。化工类图纸，如工艺流程图等，有三种宽度，推荐粗线形采用0. 50mm，中粗线采用0. 25mm，细线采用0.20mm。3、 图纸输出图纸一般推荐用绘图机按图纸大小

17、输出，打印完的图纸中的字体和线形应符合上述要求。一般应尽量用黑白输出，不要彩色打印，以免因颜色影响图纸质量。4、 比例图纸所采用比例应尽可能符合国家标准，特殊时也可以使用自定义标准（即国家标准中没有的比例）但必须标识清楚。5、 图层图层推荐按国家CAD制图标准执行（CAD工程制图规则Rule of CAD engineering drawing GB/T 18229一2000）。各个图层线形宽度按上述要求，各个图层颜色按国家CAD标准。表 1图层名称颜色描述粗实线白色可见轮廓线等细实线绿色波浪线、细折线等细点画线红色中心线等细虚线黄色不可见的轮廓线等 尺寸（青色）尺寸线、尺寸数字等文本（白色）技术要求等细双点画线粉红色假想结构等剖面线（橙色）粗点画线棕色注：带（）符号的，不是国家标准定义的，是推荐使用的。