1、齊齊哈爾大學設備設計課程設計 題目名稱： 空氣儲罐設計 學院： 機電工程學院 專業班級： 過控102 學生姓名： 王國濤 指導教師： 劉巖 完成日期： 2013-12-20 目 錄摘要3緒論4第一章 壓縮空氣的特性5第二章 設計參數的選擇6第三章 容器的結構設計73.1圓筒厚度的設計73.2封頭厚度的計算73.3筒體和封頭的結構設計83.4人孔的選擇93.5接管，法蘭，墊片和螺栓（柱）93.6鞍座選型和結構設計12第四章 開孔補強設計154.1補強設計方法判別154.2有效補強范圍154.3有效補強面積164.4補強面積17第五章 強度計算185.1水壓試驗應力校核185.2圓筒軸向彎矩計算1

2、85.3圓筒軸向應力計算及校核205.4切向剪應力的計算及校核225.5圓筒周向應力的計算和校核235.6鞍座應力計算及校核25第六章 總結28參考文獻29摘要本說明書為3.0m3空氣儲罐設計說明書。扼要介紹了臥式儲罐的特點及在工業中的廣泛應用，詳細的闡述了臥式儲罐的結構及強度設計計算及制造、檢修和維護。本文采用分析設計方法，綜合考慮環境條件、液體性質等因素并參考相關標準，按工藝設計、設備結構設計、設備強度計算的設計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、接管進行設計，然后采用1SW6-1998對其進行強度校核，最后形成合理的設計方案。設計結果滿足用戶要求，安全性與經濟性及環保要求均合格。關鍵詞：

3、壓力容器、臥式儲罐、結構設計、強度校核、開孔補強緒論1.1 設計任務：針對化工廠中常見的液氨儲罐，完成主體設備的工藝設計和附屬設備的選型設計，繪制總裝配圖，并便攜設計說明書。1.2設計思想：綜合運用所學的機械基礎課程知識，本著認真負責的態度，對儲罐進行設計。在設計過程中綜合考慮了經濟性，實用性，安全可靠性。各項設計參數都正確參考了行業使用標準或國家標準，這樣設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，綜合的進行設計。1.3 設計特點： 容器的設計一般由筒體,封頭，法蘭，支座，接管等組成。常，低壓化工設備通用零部件大都有標準，設計師可直接選用。本設計書主要介紹了液罐的筒體，封頭的設計計算，低壓通用零部

4、件的選用。各項設計參數都正確參考了行業使用標準或國家使用標準，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理的進行設計。第一章 壓縮空氣的特性中文名稱： 壓縮空氣English name： compressed air主要成分： 氮氣、氧氣等。外觀與性狀：無色無味沸點()：192（101.3千帕）相對密度(水=1)： 0.9健康危害：無環境危害： 無燃燒危險： 無危險特性：高壓常溫儲存，高溫劇烈震動易爆。特性總述：壓縮空氣，即被外力壓縮的空氣。它具有下列明顯的特點：清晰透明，輸送方便，沒有特殊的有害性能，沒有起火危險，不怕超負荷，能在許多不利環境下工作，空氣在地面上到處都有，取之不盡。來源：

5、大氣中的空氣常壓為0.1Mpa，經過空氣壓縮機加壓后達到理想的壓力。作用或用途：壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫藥、生化、國防、科研等行業和部門。第二章 設計參數的選擇1、設計題目：壓縮空氣儲罐設計2、最高工作壓力：0.2533、工作溫度：0-1004、工作介質：壓縮空氣5、全容積：3.06、設計壓力： 0.257、設計溫度：1008、公稱直徑：根據筒體全容積，粗定筒體公稱直徑為1200mm。9、焊接接頭系數：1.010、主要元件材料的選擇：根據GB150-19981表4-1，選用

6、筒體材料為Q235-B（鋼材標準為GB6654）;根據JB/T47312,鞍座選用材料為Q235-B，其許用應力;地腳螺栓選用符合GB/T 700規定的Q235，Q235的許用應力11、容器類別：第二類,第三章 容器的結構設計3.1圓筒厚度的設計由于該容器儲存壓縮空氣，所以該容器的焊縫都要采用全焊透結構，需要對該儲罐進行100%探傷，所以取焊縫系數為。假設圓筒的厚度在616mm范圍內，查GB150-1998中表4-1，可得：疲勞極限強度，屈服極限強度，下的許用應力為，利用中徑公式 （3-1）查標準HG20580-19983表7-1知，鋼板厚度負偏差為,腐蝕裕量為則筒體的名義厚度圓整后取為3.2

7、封頭厚度的計算查標準JB/T4746-20024中表1，得公稱直徑選用標準橢圓形封頭，長短軸比值為2，根據1中橢圓形封頭計算中式（7-1） (3-2)同上，取，則封頭的名義厚度為圓整后取為3.3筒體和封頭的結構設計由封頭長短軸之比為2，即，得查標準4中表B.1 EHA和B.2 EHA表橢圓形封頭內表面積、容積，質量，見表3-1和圖3-1。取裝料系數為0.9，則即算得圓整后取為表3-1 封頭尺寸表公稱直徑DN mm總深度H mm內表面積A 容積質量Kg12003251.65520.254576.4圖3-1 橢圓形封頭3.4人孔的選擇根據HG/T 21518-95，查表3-3，選用凸面的法蘭，其明

8、細尺寸見表3-2表3-2 人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面D67023d。24公稱壓力PN MPa1.062028螺柱數量20公稱直徑DN500250A365螺母數量40530x8103B175螺柱尺寸M24x120db28L250總質量kg1533.5接管、法蘭、墊片和螺栓（柱）接管和法蘭該壓縮空氣儲罐應設置物料入口、物料出口、溫度計口、壓力表口、安全閥口、液面計口、排污口和人孔。初步確定各口方位如圖3-2：圖3-2 各管口方位查HG/T 20592-20096中表8.2 3-1 PN帶頸對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。查6中附錄D中表D-3,得各法蘭的質量。查6

9、中表，法蘭的密封面均采用RF（凸面密封）。將查得的各參數整理如表3-4墊片查HG/T 20606-1997，得各管口的墊片尺寸如表3-3：表3-3 墊片尺寸表管口名稱公稱直徑內徑D1外徑D2進料口5061107出料口5061107排污口5061107人孔500溫度計口202761壓力表口202761安全閥口253471排空口253471注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標準為GB/T 3880，代號為L3，最高工作溫度200。2：填充材料為有機非石棉纖維橡膠板有機材料，代號NAS，最高工作溫度200。3：墊片厚度均為1.5mm。表3-4 各管口法蘭尺寸表名稱法蘭質量Kg公稱直徑DN法蘭外徑D螺栓孔

10、中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數量n（個）螺栓規格法蘭厚度C法蘭頸NRSH1進料口14450165125184M16207562.98出料口14450165125184M16207562.98排污口14450165125184M16207562.98人孔418500溫度計口602010575144M1216404562壓力表口602010575144M1216404562安全閥口602511585144M1216504652排空口602511585144M1216504652螺栓（螺柱）的選擇查HG/T 20613-20098中表-11和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸如表3-5：

11、表3-5 螺栓及墊片名稱緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長H進氣口50M169017303出氣口50M169017303排污口50M169017303人孔500溫度計口20M127513242.5壓力表口20M127513242.5安全閥口25M127517302.53.6鞍座選型和結構設計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Q235-B。估算鞍座的負荷：罐總質量 （3-3）筒體質量： 單個封頭的質量，充液質量：，水壓試驗充滿水，故取介質密度為， 則附件質量：人孔質量為，其他接管總和為200kg，即綜上所述則每個鞍座承受的質量為，即為。查JB4712.1-20079

12、表1，優先選擇輕型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表3-6：表3-6 鞍座尺寸表公稱直徑DN1200腹板6墊板320允許載荷QkN145筋板2006鞍座高度h200140e55底板880200螺栓間距7201706鞍座質量Kg5610墊板弧長1410增加100mm增加的高度Kg7鞍座的安裝位置根據2中規定，應盡量使支座中心到封頭切線的距離A小于等于，當無法滿足A小于等于時，A值不宜大于。為圓筒的平均內徑。即取鞍座的安裝位置如圖3-3所示：圖3-3 鞍座安裝位置第四章 開孔補強設計根據1中式8.3，知該儲罐中只有人孔需要補強。4.1補強設計方法判別人孔開孔直徑為 且 故可采用等面積法進行補強計算

13、接管材料選用Q235B，其許用應力根據GB150-1998中式8-1： （4-1）式中：殼體開孔處的計算厚度接管的有效厚度強度削弱系數所以4.2有效補強范圍有效寬度B按1中式8-7，得： （4-2）外側有效高度根據1中式8-8，得：內側有效高度根據1中式8-9，得：4.3有效補強面積根據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補強面積因為，所以開孔需另行補強另行補強面積為第五章 強度計算5.1水壓試驗應力校核試驗壓力圓筒的薄膜應力為即，所以水壓試驗合格5.2圓筒軸向彎矩計算圓筒的平均半徑為鞍座反力為圓筒中間截面上的軸

14、向彎矩根據2中式7-2，得：鞍座平面上的軸向彎矩根據2中式7-3，得：圖5-1（a）筒體受剪力圖圖5-1（b）筒體受彎矩圖5.3圓筒軸向應力計算及校核圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力根據2中式7-4至式7-7計算最高點處： （5-1）最低點處： （5-2）由壓力及軸向彎矩引起的軸向應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力，按下式計算：a).當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力：圓筒軸向應力校核 （5-3）查圖4-810得，,

15、則滿足條件5.4切向剪應力的計算及校核圓筒切向剪應力的計算根據2中式7-9計算，查2中表7-2，得： （5-4）圓筒被封頭加強（）時，其最大剪應力根據2中式7-10，計算得： （5-5）切向剪應力的校核圓筒的切向剪應力不應超過設計溫度下材料許用應力的0.8倍，即。封頭的切向剪應力，應滿足而故圓筒滿足強度要求。根據2中式7-12 （5-6） （5-7）故封頭滿足強度要求5.5圓筒周向應力的計算和校核根據鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座墊片作為加強用的鞍座。在橫截面的最低點處：根據2中式718 其中（容器焊在支座上） （5-8）查2中表7-3知， 則在鞍座邊角處由于 根據2中式720:由于 查2中表7

16、-3知，則 （5-9）鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應力由于，根據2中式722周向應力校核根據2中式.3故圓筒周向應力強度滿足要求。5.6鞍座應力計算及校核腹板水平分力及強度校核根據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。鞍座壓縮應力及強度校核根據2中表76，取則 ，鋼底板對水泥基礎的則 所以壓應力應按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：代入公式得取 則根據2中式732進行校核即滿足強度要求。第六章總結本次化工設備課程設計歷時兩周，是學習化工以來第三次獨立的工業設計

17、?；ぴO備課程設計時培養學生化工設計能力的重要教學環節，通過課程設計使我們初步掌握化工設備機械設計的基礎知識、設計原則及方法；學會各種手冊的使用方法及物理性質查找方法和技巧；掌握設計結果的校核，能畫出容器裝配圖。在設計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產商的安全性金額經濟和理性。 我們從中也明白了學無止境的道理，在我們所查找的很多參考書中，很多的知識是我們從來沒有接觸到的，我們對事物的了解還僅限于書本上，對實際當中事物的方方面面包括經濟成本方面上考慮的還很不夠。 在一些應用問題上，我直接套用了書本上的公式或過程，并沒有徹底了解各個公式的出處及用途，對于一些工業數據的選取，也只是根據范圍

18、自己選擇的，并不一定符合現實應用。因此，一些計算數據有事并不是十分準確的，只是擁有一個正確的范圍及趨勢，而并沒有更細的追究下去，因而可能存在一定的誤差，并影響后面具體設備的選型。 通過本次課程設計的訓練，讓我對自己的專業有了更加感性和理性的認識，這多我們的繼續學習是一個很好的指導方向，我們了解了工程設計的基本內容，掌握了設計的主要程序和方法，增強了分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設計，還使我們樹立正確的設計思想，培養實事求是、嚴肅認真、高度負責的工作作風，加強工程設計能力的訓練和培養嚴謹求實的科學作風更尤為重要。我還要感謝我的指導老師薛風老師對我們的教導與幫助。參考文獻1 GB150-1998,鋼制壓力容器2 JB/T 4731-2005,鋼制臥式壓力容器3 HG20580-1