空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì),空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì),空氣壓縮機(jī),儲(chǔ)氣罐,設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 論 文 (設(shè) 計(jì) ) 題目名稱(chēng)： 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 題目類(lèi)型： 學(xué)生姓名： 院 (系)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 輔導(dǎo)教師： 時(shí) 間： 2013.3 至 2013.6 目錄 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 任務(wù)書(shū) . 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 . 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))指導(dǎo)教師評(píng)審意見(jiàn) . 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) . 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定 . 【摘要】 . ABSTRACT. 1 前言 .1 2 選題背景 .2 2.1 題目來(lái)源 .2 2.2 研究目的和意義 .2 2.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向 .2 2.4 主要研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 .3 2.5 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決的辦法 .4 3 工作參數(shù) .4 3.1 設(shè)計(jì)題目 .4 3.2 基本設(shè)計(jì)條件 .4 3.3 主要研究?jī)?nèi)容 .5 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .5 4.1 容器類(lèi)別 .5 4.2 筒體設(shè)計(jì) .5 4.3 封頭設(shè)計(jì) .6 4.4 接管設(shè)計(jì) .6 4.5 法蘭設(shè)計(jì) .6 4.6 接管與法蘭分配 .5 4.7 彎頭設(shè)計(jì) .7 4.8 人孔設(shè)計(jì) .8 4.9 支座選擇 .10 4.10 安全閥的選用 .10 4.11 焊接型式及結(jié)構(gòu) .10 5 強(qiáng)度計(jì)算 .13 5.1 筒體尺寸 .13 5.2 封頭尺寸 .14 5.3 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算及補(bǔ)強(qiáng)圈選用 .16 5.4 支座選型 .21 6 整體校驗(yàn) .22 6.1 容積檢驗(yàn) .22 6.2 支座載荷校核 .23 7 ANSYS 應(yīng)力校核 .23 7.1 內(nèi)壓及接管彎矩作用下橢圓封頭中心接管應(yīng)力分布 .23 7.2 壓力容器開(kāi)孔接管區(qū)的應(yīng)力分析 .29 8 總結(jié) .35 參考文獻(xiàn) .36 致謝 .38 附錄 .39 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū) 學(xué)院（系） 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 過(guò)程裝備與控制 班級(jí) 裝備 10901 學(xué) 生 姓 名 指導(dǎo)教師/職稱(chēng) 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間：2013 年 3 月2012 年 6 月 3畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分） 資料： （1）陳登豐，壓力容器，1987 年 1 月：5868 （2）GB 1501998 鋼制壓力容器 （3）壓力容器手冊(cè)（下） ， 勞動(dòng)人事出版社， 1989 年 1 月： （4）實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）第 2 版， 機(jī)械工業(yè)出版社， 1994 年 1 月 ：523-524 原始數(shù)據(jù)： 工作介質(zhì)：空氣 設(shè)計(jì)容積：3m 3 設(shè)計(jì)壓力：1.1MPa 設(shè)計(jì)溫度：150 4畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 應(yīng)完成的主要內(nèi)容 （1）完成相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研 （2）方案設(shè)計(jì) （3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （4）載荷計(jì)算 （5）繪制儲(chǔ)氣罐裝配圖和零件圖 5畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 的目標(biāo)及具體要求 （1）閱讀與研究課題有關(guān)的有代表性的參考文獻(xiàn)資料 15 篇以上 （2）與研究課題有關(guān)的譯文不少于 3 千漢字（或 2 萬(wàn)印刷字符的外 文原文的翻譯） （3）論文正文不少于 1.2 萬(wàn)字 （4）儲(chǔ)氣罐總裝圖 1 張（1 號(hào)圖） （5）儲(chǔ)氣罐零件圖若干 6、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求 熟悉 AUTOCAD 上機(jī) 200 小時(shí) 任 務(wù) 書(shū) 批 準(zhǔn) 日 期 年 月 日 教 研 室 (系 )主 任 (簽 字 ) 任 務(wù) 書(shū) 下 達(dá) 日 期 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 (簽 字 ) 完 成 任 務(wù) 日 期 年 月 日 學(xué)生（簽名） 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 學(xué)生：周楚，機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師：張琴，機(jī)械工程學(xué)院 【摘要】?jī)?chǔ)氣罐作為空氣壓縮機(jī)的一個(gè)后配置，它能儲(chǔ)存一定量的空氣，減少 由于壓縮機(jī)排氣不連續(xù)產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)供氣和用氣的平衡，且輸出的壓力比 較平穩(wěn)，同時(shí)能降低氣路中的溫度，除去空氣中的水分、灰塵、雜質(zhì)等，也可減少 干燥機(jī)的負(fù)荷。本次畢業(yè)小設(shè)計(jì)的 空氣儲(chǔ)罐根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、溫度、介質(zhì)的要求，3m 首先進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括筒體與封頭的形式、材料。其次進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 包括接管、法蘭、人孔、支撐件、緊固件的選擇。再次進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，得出壁厚并 校核，判斷開(kāi)孔是否需補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)圈的選擇，支撐件是否滿(mǎn)足等等。 【關(guān)鍵詞】壓力容器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度計(jì)算。 Design of air storage tank Student: Zhou Chu, College of Mechanical Engineering Instructor: Zhang Qin, College of Mechanical Engineering Abstract air compressor gas tank as a configuration, it can store a certain amount of air, reduce the pressure fluctuation of the compressor exhaust not produced continuously, implementation of supply and gas balance, and the output pressure is relatively stable, at the same time can reduce the gas path in the temperature, to remove the moisture in the air, dust, impurities, can also reduce the dryer load. The graduation design of the small air storage tank according to the design pressure, temperature, medium requirements, firstly, the overall structure design, including the tube body and the head of the form, material. Secondly, the partial structure designs, including pipe, flange, manhole, supporting parts, fastener selection. Again the strength calculation, the wall thickness and check, judge whether need opening reinforcement and reinforcement ring selection, support meets etc. keyword structure design, The structure design, strength calculation 空氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 空氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 第 0 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 1 前言 本次畢業(yè)小設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)所學(xué)課程特別是專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)的綜合實(shí)踐與應(yīng)用，對(duì) 總結(jié)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的一次大總結(jié)。本次需要完成的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)壓力為 1.1 MPa、設(shè)計(jì)溫 度為 、設(shè)計(jì)容積為 的空氣儲(chǔ)罐。C1503m 在工廠(chǎng)、礦山、農(nóng)田水利的基礎(chǔ)建設(shè)、國(guó)防科學(xué)實(shí)驗(yàn)等部門(mén)利用往復(fù)壓縮機(jī)提 供壓縮空氣，驅(qū)動(dòng)各種工具、機(jī)械、車(chē)輛和儀表裝置等。儲(chǔ)氣罐作為空氣壓縮機(jī)的 一個(gè)后配置，它能儲(chǔ)存一定量的空氣，減少由于壓縮機(jī)排氣不連續(xù)產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)供氣和用氣的平衡，且輸出的壓力比較平穩(wěn)，同時(shí)能降低氣路中的溫度，除去 空氣中的水分、灰塵、雜質(zhì)等，也可減少干燥機(jī)的負(fù)荷。主要有以下功能：緩沖、 降溫、除水、除油和儲(chǔ)能。因此，研究設(shè)計(jì)優(yōu)化空氣儲(chǔ)氣罐具有重要的意義。 空氣儲(chǔ)氣罐是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中使用十分廣泛的一類(lèi)壓力容器，儲(chǔ)氣罐的配置 要求：1、塑韌性要高：筒體材質(zhì)塑韌性要好，受力均勻，應(yīng)力分布合理，筒體上需 開(kāi)設(shè)有安全信號(hào)孔，確保安全。2、耐腐蝕性要好：內(nèi)筒采用耐腐蝕性好的材料，且 進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，無(wú)硫化氫應(yīng)力腐蝕。3、抗疲勞性要好：最好采用有限元進(jìn)行 疲勞分析設(shè)計(jì)，確保設(shè)備抗疲勞性。 對(duì)于空氣儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)，主要從儲(chǔ)氣罐的塑韌性、耐腐蝕性、抗疲勞性方面入手， 從而設(shè)計(jì)出符合要求的儲(chǔ)氣罐。 2 選題背景 第 1 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 2 選題背景 2.1 題目來(lái)源 生產(chǎn)實(shí)踐 2.2 研究目的和意義 在工廠(chǎng)、礦山、農(nóng)田水利的基礎(chǔ)建設(shè)、國(guó)防科學(xué)實(shí)驗(yàn)等部門(mén)利用往復(fù)壓縮機(jī)提 供壓縮空氣，驅(qū)動(dòng)各種工具、機(jī)械、車(chē)輛和儀表裝置等。儲(chǔ)氣罐作為空氣壓縮機(jī)的 一個(gè)后配置，它能儲(chǔ)存一定量的空氣，減少由于壓縮機(jī)排氣不連續(xù)產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)供氣和用氣的平衡，且輸出的壓力比較平穩(wěn)，同時(shí)能降低氣路中的溫度，除去 空氣中的水分、灰塵、雜質(zhì)等，也可減少干燥機(jī)的負(fù)荷。主要有以下功能：緩沖、 降溫、除水、除油和儲(chǔ)能。因此，研究設(shè)計(jì)優(yōu)化空氣儲(chǔ)氣罐具有重要的意義。 空氣儲(chǔ)氣罐是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中使用十分廣泛的一類(lèi)壓力容器，儲(chǔ)氣罐的配置 要求：1、塑韌性要高：筒體材質(zhì)塑韌性要好，受力均勻，應(yīng)力分布合理，筒體上需 開(kāi)設(shè)有安全信號(hào)孔，確保安全。2、耐腐蝕性要好：內(nèi)筒采用耐腐蝕性好的材料，且 進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，無(wú)硫化氫應(yīng)力腐蝕。3、抗疲勞性要好：最好采用有限元進(jìn)行 疲勞分析設(shè)計(jì)，確保設(shè)備抗疲勞性。 對(duì)于空氣儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)，主要從儲(chǔ)氣罐的塑韌性、耐腐蝕性、抗疲勞性方面入手， 從而設(shè)計(jì)出符合要求的儲(chǔ)氣罐。 2.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究方向 （1）國(guó)外 80 年代以來(lái)儲(chǔ)罐技術(shù)卻發(fā)展很快。 通過(guò)減少油品蒸發(fā)損失和減少儲(chǔ) 罐排水過(guò)程中的油品損失來(lái)進(jìn)一步減少油品損失。降耗節(jié)能重視安全和污染，強(qiáng)化 防腐和監(jiān)測(cè)技術(shù)： 日本的開(kāi)罐檢查：罐底板外表面 (與土地接觸一側(cè))的在線(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù); 開(kāi)罐檢查時(shí),在不剝離涂層的條件下,測(cè)定鋼板厚度和檢查缺陷的方法; 罐底板內(nèi) 表面 (與儲(chǔ)液接觸一側(cè)) 的涂層 用哪些技術(shù)數(shù)據(jù)作為評(píng)判優(yōu)劣的基礎(chǔ); 強(qiáng)化防腐和監(jiān)測(cè)技術(shù)防腐專(zhuān)利技術(shù)：美國(guó)的二級(jí)防漏系統(tǒng).新的犧牲陽(yáng)極法以及 耐腐蝕燃料油罐鋼板。 （2）根據(jù)國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐的發(fā)展歷程，可以知道，一是儲(chǔ)罐大型化是其發(fā)展的必然 空氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 趨勢(shì)，儲(chǔ)罐越大，節(jié)省的鋼材就越多，投資就會(huì)越小，而且布局將會(huì)更加緊湊，占 地面積也小。二是低合金高強(qiáng)度鋼的廣泛應(yīng)用；三是焊接新工藝、新技術(shù)的廣泛應(yīng) 用，使得焊接質(zhì)量進(jìn)一步提高，從而提高了這些大型產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。 （3）中國(guó)申江牌儲(chǔ)氣罐機(jī)械行業(yè)雖然取得了很大的成績(jī)，但技術(shù)水平基本上處 于仿制、改進(jìn)及組合階段，沒(méi)有達(dá)到創(chuàng)新或超過(guò)世界同類(lèi)產(chǎn)品的水平，現(xiàn)階段中國(guó) 申江牌儲(chǔ)氣罐機(jī)械同國(guó)外申江牌儲(chǔ)氣罐機(jī)械水平相比要差 10-20 年，機(jī)械技術(shù)水平 發(fā)展相對(duì)緩慢。 （4）空氣儲(chǔ)氣罐主要與空壓機(jī)，冷凍式干燥機(jī)，過(guò)濾器等設(shè)備配套使用，組成 工業(yè)生產(chǎn)上的動(dòng)力源-壓縮空氣站。引起儲(chǔ)罐功能退化和失效的因素包括腐蝕、 侵蝕、 蠕變、 疲勞、 機(jī)械損傷和脆性斷裂等 ,多種因素同時(shí)起作用的情況也會(huì)出 現(xiàn)。其維修投資成本過(guò)高。 （5）儲(chǔ)氣罐殼體的強(qiáng)度主要取決于設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、結(jié)構(gòu)型式及制造質(zhì)量 等，實(shí)際設(shè)備操作參數(shù)的控制和設(shè)備安全狀況的好壞將直接影響著壓力容器的安全 運(yùn)行和使用壽命。若儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，用材不當(dāng)，制造質(zhì)量差，局部存在如 壁厚不均勻，存在氣孔、裂紋、嚴(yán)重銹蝕等缺陷，即使儲(chǔ)氣罐仍在額定壓力下工作， 因其局部強(qiáng)度不夠會(huì)發(fā)生爆炸。由于承受壓力較高，工作環(huán)境惡劣，爆炸等事故也 時(shí)有發(fā)生。容器支腿角焊縫開(kāi)裂、超溫爆炸是空氣儲(chǔ)氣罐常見(jiàn)問(wèn)題。 （6）容器的焊接完成后檢查殼體的直徑，并對(duì)容器進(jìn)行熱處理和耐壓試驗(yàn)，使 之符合設(shè)備的技術(shù)要求。隨著機(jī)械加工、無(wú)損檢測(cè)等行業(yè)的發(fā)展、先進(jìn)高效設(shè)備的 采用，壓力容器制造技術(shù)有了很大的提高。此外，還應(yīng)在在材料的純凈度、材料介 質(zhì)的適應(yīng)性、材料的應(yīng)用界限和液化氣體的膨脹性、壓縮性等方面進(jìn)一步研究。只 有綜合考慮以上的參數(shù)和因素，才能使壓力容器規(guī)范、安全和高效的發(fā)揮作用。 考慮材料強(qiáng)度、容器介質(zhì)和焊接方法等因素，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)常用空氣儲(chǔ) 罐設(shè)備筒體，密封頭和人孔以及輔件進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。 2.4 主要研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 （1）完成相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研 （2）方案設(shè)計(jì)（合適的儲(chǔ)罐形式，場(chǎng)地條件，環(huán)境溫度，經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安 全可靠性） （3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（筒體設(shè)計(jì)，封頭設(shè)計(jì)，接管設(shè)計(jì)，法蘭設(shè)計(jì)，接管與法蘭分配， 3 工作參數(shù) 第 3 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 彎頭設(shè)計(jì)，人孔設(shè)計(jì)，支座選擇，焊接形式及結(jié)構(gòu)） （4）載荷計(jì)算（筒體尺寸,封頭尺寸，補(bǔ)強(qiáng)圈選用及計(jì)算，支座載荷校核） （5）繪制儲(chǔ)氣罐裝配圖和零件圖 解決思路：設(shè)計(jì)儲(chǔ)存設(shè)備，首先必須滿(mǎn)足各種給定的工藝要求，考慮儲(chǔ)存介質(zhì) 的性質(zhì)、容量的大小、設(shè)置的位置、鋼材的耗量以及施工的條件等來(lái)確定儲(chǔ)罐的形 式；綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安全可靠性。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考 了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合 理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.5 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決的辦法 必須具備的工作條件： （1）陳登豐.壓力容器，1987 年 1 月：5868 （2）GB1501998 鋼制壓力容器 （3）壓力容器手冊(cè)（下） ，勞動(dòng)人事出版社，1989 年 1 月： （4）實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）第 2 版，機(jī)械工業(yè)出版社，1994 年 1 月 ：523- 524 （5）容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005 年 5 月 解決的辦法： 查找相關(guān)資料初選設(shè)計(jì)方案進(jìn)行初步計(jì)算計(jì)算繪圖編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)修改 整理總結(jié) 3 工作參數(shù) 3.1 設(shè)計(jì)題目 3m 空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)3 3.2 基本設(shè)計(jì)條件 3.2.1 主要技術(shù)指標(biāo) 空氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 表 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)表 設(shè)計(jì)壓力 MPa 1.1 設(shè)計(jì)溫度 150 介質(zhì)名稱(chēng) 空氣 設(shè)備主要材質(zhì) Q345R 介質(zhì)性質(zhì) 無(wú)毒無(wú)害 設(shè)備容積 3m3 3.2.2 主要結(jié)構(gòu) 筒體、封頭、接管、法蘭、人孔、支座、緊固件 3.2.3 支撐方式 支座支撐 3.3 主要研究?jī)?nèi)容 （1）完成相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研 （2）方案設(shè)計(jì)（合適的儲(chǔ)罐形式，場(chǎng)地條件，環(huán)境溫度，經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安 全可靠性） （3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（筒體設(shè)計(jì)，封頭設(shè)計(jì)，接管設(shè)計(jì)，法蘭設(shè)計(jì)，接管與法蘭分配， 彎頭設(shè)計(jì)，人孔設(shè)計(jì)，支座選擇，焊接形式及結(jié)構(gòu)） （4）載荷計(jì)算（筒體尺寸,封頭尺寸，補(bǔ)強(qiáng)圈選用及計(jì)算，支座載荷校核） （5）繪制儲(chǔ)氣罐裝配圖和零件圖 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 容器類(lèi)別 設(shè)計(jì)壓力 ，設(shè)計(jì)溫度 t=150，介質(zhì)性質(zhì)無(wú)毒無(wú)害。壓力MPapc1. 的容器為低壓容器，本儲(chǔ)罐為低壓容器，屬于類(lèi)壓力容器。61.0 4.2 筒體設(shè)計(jì) 圓柱形容器時(shí)最常見(jiàn)的一種壓力容器結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、便 于在內(nèi)部裝設(shè)附件等優(yōu)點(diǎn) 。本儲(chǔ)罐采用單層式筒體，即容器壁在厚度方向上由一2 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 整體材料所構(gòu)成，便于在生產(chǎn)中采用單層卷焊式加工。 對(duì)于一般低、中壓容器，設(shè)計(jì)成長(zhǎng)徑比為 1.21.5 左右的立式圓筒容器，這樣 既便于操作，又利于反應(yīng)介質(zhì)的充分混合。對(duì)于一般中型儲(chǔ)罐，為便于操作管理， 一般都做成長(zhǎng)徑比為 36 的圓筒形容器并臥式放置，而且可以增加筒體受力面積來(lái) 減小壓強(qiáng)。在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)容積的情況下，根據(jù)反應(yīng)容器內(nèi)筒容積表查得最優(yōu)儲(chǔ)罐長(zhǎng)徑 比為 2.5。該設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐介質(zhì)為空氣，比重較小，泄漏危險(xiǎn)不大，而且立式儲(chǔ)罐占地 面積小，臥式占地面積大。因此該設(shè)計(jì)選用立式圓筒容器。 空氣為介質(zhì)，無(wú)毒無(wú)害，沒(méi)有腐蝕性，屬于低壓容器。材質(zhì)可選擇 Q345R。Q345R 為低合金鋼，合金元素含量較少，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和 高溫性能均優(yōu)于相同含量的碳素鋼。它是屈服點(diǎn)為 345MPa 的壓力容器專(zhuān)用鋼板，也 是中國(guó)壓力容器行業(yè)使用量最大的鋼板，具有良好的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能， 主要用于制造中低壓壓力容器和多層高壓容器。 4.3 封頭設(shè)計(jì) 橢圓形封頭是由半個(gè)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(shí) 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?xún)?nèi)徑為基準(zhǔn)的 EHA 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(guò)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 Q345R。 4.4 接管設(shè)計(jì) 優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強(qiáng)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(qiáng)度較高，韌性較好，但焊接性能較差，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(hào)優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無(wú)縫鋼管制 作各型號(hào)接管 4.5 法蘭設(shè)計(jì) 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 法蘭連接的強(qiáng)度和緊密性比較好，裝拆也比較方便，因而在大多數(shù)場(chǎng)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(jì)溫度 ，且介質(zhì)無(wú)毒無(wú)害，可以選用帶頸平 3015 焊法蘭，即 SO 型法蘭。 儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)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(duì)于壓力不高的場(chǎng)合，常用突臺(tái)形壓緊面。突面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，裝卸容 易，且便于進(jìn)行防腐襯里。儲(chǔ)罐由于設(shè)計(jì)壓力為 1.1MPa1.6 MPa，空氣無(wú)毒無(wú)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(hào)鋼，法蘭 材料選用 20鍛鋼。 4.6 接管與法蘭分配 圖 4-1 帶頸平焊管法蘭 4.6.1 N1、N2(空氣進(jìn)、出口) 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 公稱(chēng)尺寸 DN250，接管采用 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼。外伸長(zhǎng)度為6273 150mm 。選取 1.6MPa 等級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20鍛鋼，法蘭標(biāo)記為： SO300-2.5 RF。 法蘭管徑 D=405mm,螺栓孔中心圓直徑 K=355mm，螺栓孔直徑 L=26mm，采用 12 個(gè) M24 螺栓連接，法蘭厚度 C=32mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =276mm，頸部過(guò)渡圓角半徑 R=10mm,頸1B 根直徑 N=298mm，短頸法蘭高度 H=46mm,該法蘭質(zhì)量 M=14.3kg。 4.6.2 N3(排污口) 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 公稱(chēng)尺寸 DN50，接管采用 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為5.37 150mm。選取 1.6MPa 等級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20鍛鋼，法蘭標(biāo)記為： SO40-1.6 RF。 法蘭管徑 D=165mm,螺栓孔中心圓直徑 K=125mm，螺栓孔直徑 L=18mm，采用 4 個(gè) M16 螺栓連接，法蘭厚度 C=22mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =59mm，頸部過(guò)渡圓角半徑 R=5mm,頸根1B 直徑 N=84mm，短頸法蘭高度 H=32mm,該法蘭質(zhì)量 M=3.66kg。 4.6.3 N4(安全閥口) 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 公稱(chēng)尺寸 DN80，接管采用 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為489 150mm。 根據(jù) GB12459-99，選用 90彎頭；彎頭上方仍有一定外伸量。選取 1.6MPa 等 級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20鍛鋼，法蘭標(biāo)記為：SO80-1.6 RF。 法蘭管徑 D=200mm,螺栓孔中心圓直徑 K=160mm，螺栓孔直徑 L=18mm，采用 8 個(gè) M16 螺栓連接，法蘭厚度 C=24mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =91mm，頸部過(guò)渡圓角半徑 R=6mm,頸根1B 直徑 N=118mm，短頸法蘭高度 H=34mm,該法蘭質(zhì)量 M=4.08kg。 4.6.4 N5(壓力表口) 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 公稱(chēng)尺寸 DN25，接管采用 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為5.32 150mm。根據(jù) GB12459-99，選用 90彎頭；彎頭上方仍有一定外伸量。選取 1.6MPa 等級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20鍛鋼，法蘭標(biāo)記為：SO25-1.6 RF。 法蘭管徑 D=115mm,螺栓孔中心圓直徑 K=85mm，螺栓孔直徑 L=14mm，采用 4 個(gè) M12 螺栓連接，法蘭厚度 C=18mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =39mm，頸部過(guò)渡圓角半徑 R=4mm,頸根1B 直徑 N=52mm，短頸法蘭高度 H=28mm,該法蘭質(zhì)量 M=1.24kg。 4.6.5 N6(備用口) 公稱(chēng)尺寸 DN80，接管采用 無(wú)縫鋼管，材料為 20 號(hào)鋼，外伸長(zhǎng)度為489 150mm。 需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。選取 1.6MPa 等級(jí)的帶頸平焊突面法蘭，材料選用 20鍛鋼， 法蘭標(biāo)記為：SO80-1.6 RF。 法蘭管徑 D=200mm,螺栓孔中心圓直徑 K=160mm，螺栓孔直徑 L=18mm，采用 8 個(gè) M16 螺栓連接，法蘭厚度 C=24mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =91mm，頸部過(guò)渡圓角半徑 R=6mm,頸根1B 直徑 N=118mm，短頸法蘭高度 H=34mm,該法蘭質(zhì)量 M=4.08kg。 以 N1 為例，如圖 3-1 所示 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 圖 4-2 法蘭連接 圖 4-3 接管法蘭 4.7 彎頭設(shè)計(jì) 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(guò)規(guī)定值時(shí)， 安全閥打開(kāi)，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(guò)允 許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過(guò)高而發(fā)生事故。由于沖出壓力較大，閥口不可直接 對(duì)人，因此需 90安裝，用彎頭過(guò)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(guò) 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 90彎頭過(guò)渡至豎直面，再安裝壓力表。標(biāo)記為：彎頭 DN25 90 圖 4-4 90彎頭 4.8 人孔設(shè)計(jì) 在化工設(shè)備中，開(kāi)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(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行檢查、清洗。對(duì)于壓力容器，為了便于移動(dòng)沉重的人孔蓋，蓋子通 常做成回轉(zhuǎn)形式。本儲(chǔ)罐由于尺寸較大，人孔直徑也較大，可使用回轉(zhuǎn)蓋人孔。 4.8.1 人孔接管及法蘭設(shè)計(jì) 公稱(chēng)尺寸為 450mm。接管采用 無(wú)縫鋼管，材料為常壓不銹鋼，外伸長(zhǎng)1048 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 度為 150mm。選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔。法蘭采用帶頸平焊突面法蘭，材料為 20鍛鋼，法蘭標(biāo)記為 SO450-1.6 RF。 法蘭蓋根據(jù)配套選擇，采用 A 型蓋軸耳，材料與接管同，20 鋼。標(biāo)記為： BL450-1.6 RF。 人孔的基本尺寸： ;480sdw1b250;9;60;537;121BHDb 采用 20 個(gè) M16 50 的螺栓連接。 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 圖 4-5 常壓不銹鋼人孔（HG21595-1999） 1同節(jié)（不銹鋼） ；2法蘭（不銹鋼） ；3蓋（不銹鋼） ；4螺栓； 5螺母；6密封墊片； 7把手 4.8.2 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(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力，可選用石棉橡膠板（XB350）作 為墊片材料。墊片系數(shù) m=1.0，比壓力 y=1.4MPa,該材料應(yīng)用廣泛，使用溫度可達(dá) 450，壓力小于 6MPa 的場(chǎng)合。墊片型號(hào)標(biāo)記為：RF450-1.6 4.9 支座選擇 化工容器設(shè)備大都通過(guò)支座加以固定。支承式支座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，不需要專(zhuān)門(mén) 的框架、鋼梁來(lái)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(duì)所在設(shè)備封頭 產(chǎn)生的局部應(yīng)力相對(duì)較大，故在采用這種支座時(shí)，需增設(shè)墊板。根據(jù)公稱(chēng)直徑，本 儲(chǔ)罐選用 A 型第 2 組支承性支座。支座標(biāo)記為：支座 2A。 4.10 安全閥的選用 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 安全閥是一種安全保護(hù)用閥，它的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備 或管道內(nèi)的介質(zhì)壓力升高，超過(guò)規(guī)定值時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟，通過(guò)向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來(lái)防止 管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過(guò)規(guī)定數(shù)值。 按照介質(zhì)排放方式的不同， 安全閥又可以分為全封閉式、半封閉式和開(kāi)放式等 三種。半封閉式安全閥所排出的氣體一部分通過(guò)排氣管，也有一部分從閥蓋與閥桿 間的間隙中漏出，多用于介質(zhì)為不會(huì)污染環(huán)境的氣體的容器。故選擇半封閉安全閥。 4.11 焊接型式及結(jié)構(gòu) 在保證焊接質(zhì)量的前提下，焊接接頭設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則： a）焊縫填充金屬盡量少； b）焊接工作量應(yīng)盡量少，且操作方便； c）合理選擇坡口角度、鈍邊高、根部間隙等結(jié)構(gòu)尺寸，使之有利于坡口加工及 焊縫，以減少各種缺陷產(chǎn)生的可能； d）有利于焊接防護(hù)； e）合理選擇焊材，焊縫金屬的性能應(yīng)高于或等于母性材料性能； f）焊縫外形應(yīng)盡量連續(xù)、圓滑、減少應(yīng)力集中。 4.11.1 筒體焊接接頭系數(shù)選取 筒體是將鋼板的兩個(gè)端面對(duì)在一起進(jìn)行焊接的焊縫。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(duì)接接頭，無(wú)損探傷要求為局部。 焊接系數(shù) 85.0 4.11.2 殼體對(duì)接接頭焊縫設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)殼體的拼接焊縫必須采用對(duì)接焊縫。常見(jiàn) A、 B 兩類(lèi)對(duì)接接頭：當(dāng)鋼材兩 側(cè)厚度相等時(shí)，采用 A 類(lèi)對(duì)接接頭；當(dāng)兩側(cè)厚度不相等時(shí)，可單面或雙面削薄厚板 邊緣，或采用推焊方法將薄板邊緣焊成斜面，采用 B 類(lèi)對(duì)接接頭。 坡口設(shè)計(jì)又是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。V 形坡口在板厚較薄時(shí)（ 630mm ） 時(shí)使用；形狀簡(jiǎn)單，加工方便。儲(chǔ)罐筒體的縱焊縫可采用對(duì)接的 V 形坡口。 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 圖 4-6 筒體焊縫圖 =6；a= ；b= ；p=056110 4.11.3 圓筒與封頭連接的焊縫設(shè)計(jì) 封頭與圓筒等厚： 圖 4-7 圓筒與封頭連接的焊縫圖 4.11.4 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)接管的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 接管采用的是插入式，接管與殼體之間的間隙應(yīng)不大于 3mm。 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈的焊接形式，采用截面非全焊透的焊接接頭 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 圖 4-8 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)截關(guān)的焊縫圖 ； ；mHnt432mnt321kk6 4.11.5 帶補(bǔ)強(qiáng)圈的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 4-9 帶補(bǔ)強(qiáng)接管的焊縫圖 接管 、 ： ， 1N2mc6mkc6 接管 、 ： ， 4644 接管 ： ， 7c0c7. 5 強(qiáng)度計(jì)算 第 13 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 5 強(qiáng)度計(jì)算 圖 5-1 儲(chǔ)罐示意圖 5.1 筒體尺寸 5.1.1 筒體的總體尺寸 根據(jù)反應(yīng)容器內(nèi)筒容積表查得最優(yōu)儲(chǔ)罐長(zhǎng)徑比為 2.5。即 L/D=2.5，此時(shí)最優(yōu)公 直徑為 DN=1100mm，所以有 L=2750mm。 5.1.2 筒體壁厚設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)溫度為 150，查 GB150 得該溫度下 Q345R 許用應(yīng)力 MPat189 取鋼板負(fù)偏差 ，鋼板腐蝕裕量 。mC3.01mC12 計(jì)算壁厚： pDktctic 7.385.095.2 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè)（共 49 頁(yè)） （1） 靜液柱壓力： 設(shè)計(jì)壓力的 5%aMPgHp0275.10 設(shè)計(jì)壁厚： mm 847.32Ctd （2） mtd8.51 取圓整后名義厚度： tn6 有效厚度： mte 7.413.021 （3） 最小厚度不小于 3mm 時(shí)，名義厚度不小于 4mm。符合條件。 校核圓筒應(yīng)力： （4）MPatDpic1.58.0742 屈服強(qiáng)度 ， MPas35s.3049% ，筒體試驗(yàn)合格。T9.0 筒體應(yīng)力分布圖如下： 圖 5-2 筒體應(yīng)力分布 本設(shè)計(jì)筒體公稱(chēng)直徑為 DN=1100mm，筒體高 L=2750mm,有效壁厚為 5.7mm。 5.2 封頭尺寸 5 強(qiáng)度計(jì)算 第 15 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 圖 5-3 封頭示意圖 5.2.1 封頭的總體尺寸 封頭采用的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù) k=1，DN=1100mm。 封頭高度 mDhi 2754/101 5.2.2 封頭的直邊段高度 橢圓封頭的直邊段高度以?xún)?nèi)徑為準(zhǔn)。當(dāng) 時(shí)，直邊段高度 =25mmDi00h 5.2.3 封頭的厚度設(shè)計(jì) 封頭材料參數(shù)與筒體相同 計(jì)算壁厚： MPatpic1.528.0742 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè)（共 49 頁(yè)） （5） 設(shè)計(jì)壁厚： mCtd 83.41.2 （6） ctd .5.08321 取圓整后名義厚度為 tn6 有效厚度： te 7.413.21 （7） 封頭的最小厚度校核： ，滿(mǎn)mtDni 65.05.%5.0 足要求。 制作封頭的坯料直徑： hDpi 37.1892612.21.00 （8） 封頭容積： 250.039.785.39. 302 Dii （9）10m 坯料質(zhì)量： 3200 11.6ppihG 9656. kg47 （10） 5.2.4 校核封頭內(nèi)應(yīng)力 標(biāo)準(zhǔn)封頭在頂點(diǎn)處受到的應(yīng)力： （11）a c MPtphtbpa 96.15783.2212 a96.57maxMP 屈服強(qiáng)度： 滿(mǎn)足要求。s34 標(biāo)準(zhǔn)封頭在 處受到的應(yīng)力： （12） atphb98.7.121 5 強(qiáng)度計(jì)算 第 17 頁(yè)（共 49 頁(yè)） ，為壓縮應(yīng)力。 MPatphtb96.1783.2721 （13） a96.57maxMP 屈服強(qiáng)度： 滿(mǎn)足要求。s34 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭應(yīng)力分布圖如下： 圖 5-4 “標(biāo)準(zhǔn)”橢圓形封頭應(yīng)力分布圖 5.3 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算及補(bǔ)強(qiáng)圈選用 圖 5-5 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 根據(jù) GB150 規(guī)定，接管必要時(shí)必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。對(duì)管 N1、N2、N6、N7 進(jìn)行補(bǔ) 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 強(qiáng)，采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法法進(jìn)行接管補(bǔ)強(qiáng)。據(jù)前筒體與封頭計(jì)算，其計(jì)算壁厚 ，名義厚度為mT78.3mTn6 5.3.1 N1,N2(空氣進(jìn)、出口管)： 公稱(chēng)尺寸 DN250,接管尺寸 273 內(nèi)徑： di 61273 以 20 號(hào)鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計(jì)溫度 下 20 鋼許用應(yīng)力Co150 ，MPat140 焊接接頭系數(shù) 1 接管計(jì)算壁厚： mpDtcti 03.1426.2 （13） 鋼板負(fù)偏差： ，鋼板腐蝕余量：mtC103.0%1C2 c3.21 （14） 名義厚度： mtn6 強(qiáng)度削弱系數(shù)： 74.0189trrf （15） 開(kāi)孔直徑： mCdi 2.63.26 （16） 開(kāi)孔削弱截面積： rnfctTA1)(20 （17）5.1047.10.678.3.63 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)寬度 mdB452 tn .8. （18） 取較大值 4.526 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)寬度 tdhn74.3962.1 （19） 5 強(qiáng)度計(jì)算 第 19 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 外伸長(zhǎng)度 mh150 取較小值 74.39 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)高度為 =02 殼體承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積 rnnn fCTctCTdBA1)()(1 74.01.7836.2.17836.4.5 （20） 29m 接管承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積 rnrn fcthftcthA2212 74.01.6074.03.1674.3 （21） 2 取焊腳高度為 6mm，則有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積 （22） 235.0m 202321 5.148.536.7.9 mAAD （23） 需另行補(bǔ)強(qiáng)： 增加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積 20 7.48.5.1mDs 根據(jù) JB/T4736-2002 初選補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 ，厚度D0m6 補(bǔ)強(qiáng)面積： 2202 7.486236AdAss （24） 滿(mǎn)足要求. 5.3.2 N6(備用口)、N4（安全閥）： 公稱(chēng)尺寸 DN80,接管尺寸 489 內(nèi)徑： mdi 1289 以 20 號(hào)鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計(jì)溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 MPat140 焊接接頭系數(shù) 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 接管計(jì)算壁厚 （25）mpDtcti 32.01428.2 鋼板負(fù)偏差 ， C.3.01%1 C2mc03.21 名義厚度 tn4 強(qiáng)度削弱系數(shù)： （26）74.0189trrf 開(kāi)孔直徑： （27）mcdi 1.8362 開(kāi)孔削弱截面積 rnftTA)(20 2074.0.1478.3.183 （28） 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)寬度 mdB2.6. （29）tTn .32 取較大值 .16 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)寬度 ， （30）thn.184. 外伸長(zhǎng)度： 501 取較小值 m23.8 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)高度為 =0 殼體承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積 rnnn fCTctCTdBA1)()(1 74.013.78603.42.17836.2 .97m （31） 接管承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積 =rnrn fcthftcthA2212 25.714.03.1407.3.043.8 m （32） 取焊腳高度為 6mm，則有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積 5 強(qiáng)度計(jì)算 第 21 頁(yè)（共 49 頁(yè)） （33）233625.0mA ， （34）2021 36.4.719mAD 需另行補(bǔ)強(qiáng)； 增加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積 20 .56.2043Ds 根據(jù) JB/T4736-2002 初選補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 ，厚度D1306 補(bǔ)強(qiáng)面積 ，滿(mǎn)足2202 4.15489mAdAss 要求。 5.3.3 N7(人孔) 公稱(chēng)尺寸 DN450,接管尺寸 1048 內(nèi)徑 mdi 610248 以 20 號(hào)鋼為管材，設(shè)計(jì)溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 MPat140 焊接接頭系數(shù) 接管計(jì)算壁厚 （35）mpDtcti 8.14026.2 鋼板負(fù)偏差： ，鋼板腐蝕余量：C.8.%10 C12mc8.21 名義厚度： tn 強(qiáng)度削弱系數(shù) 74.019trrf （36） 開(kāi)孔直徑 （37）mcdi 4.623.8.26 開(kāi)孔削弱截面積 rnftTA1)(20 1.75.01.07.38.46 （38） 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)寬度 mdB8.924.6 （39）tTn .2 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 取較大值 mB8.924 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)寬度 ， （40）mtdhn68104.21 h501 取較小值 61 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)高度為 02 殼體承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積 rnnn fCTctCTdBA1)()(1 21.476.08.7368.021.78364.8.92 m （41） 接管承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積 fcthftcthnrn 2212 25.704.81.1074.081.068 （42） 取焊腳高度為 6mm，則有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積 23325.mA ，需2021 1.7656.1735.701.46 mAD 另行補(bǔ)強(qiáng) 增加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積 20 .4.2.Ds 根據(jù) JB/T4736-2002 初選補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 ，厚度mD606 補(bǔ)強(qiáng)面積 。滿(mǎn)2202 5.478mAdAss 足補(bǔ)強(qiáng)要求。 5.4 支座選型 5 強(qiáng)度計(jì)算 第 23 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 符合下列條件的鋼制立式圓筒型壓力容器： （1）公稱(chēng)直徑 DN800-DN4000mm; （2）圓筒長(zhǎng)度 L 與公稱(chēng)直徑 DN 之比 L/D5； （3）容器總高度 10m;0H 選用 A 型 2 號(hào)支承式支座。 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 圖 5-5 A 型支承式支座 DN=1100mm、L/D=2.5 mHL103275020 基本尺寸查表得： 高度 h=420mm 底板尺寸： ml1b11ms601 筋板尺寸： 80240202 墊片尺寸： b433e5 地腳螺栓：采用 0 的 螺栓連接 dMs372 支座質(zhì)量： kg.15 支座允許載荷為 40KN 6 整體校驗(yàn) 6.1 容積檢驗(yàn) 圓筒容積： 3 221 61.75041mLDVi （43） 封頭容積： 251078.39.785.039. 3022 hii （44）1m 總?cè)莘e： 設(shè)計(jì)壓力 ，321 81.6.mV3 滿(mǎn)足要求。 6.2 支座載荷校核 筒體重量： （45） kgLDmi 6.471085.76201931 封頭重量： kpi .9322 （46） 7 ANSYS 應(yīng)力校核 第 25 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 儲(chǔ)罐重量： kgm58.619.26.421 每一個(gè)支座所需要承擔(dān)的載荷： KNgQ4.183.95863/ 支座允許載荷 kN0 由于 ， 支座強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 7 ANSYS 應(yīng)力校核 7.1 內(nèi)壓及接管彎矩作用下橢圓封頭中心接管應(yīng)力分布 在壓力容器中，除了內(nèi)壓外，還受著諸如彎矩、扭矩等復(fù)雜載荷條件。針對(duì)橢圓封頭中心 接管應(yīng)力分析。 7.1.1 基本的尺寸條件 橢圓封頭內(nèi)徑為 1100mm，壁厚為 6mm，中心接管外徑為 89mm,壁厚為 6mm，接管外伸長(zhǎng) 度為 150mm，設(shè)計(jì)壓力為 1.1MPa,材料的彈性模量為 2.0eMPa, 泊松比 ，設(shè)計(jì)溫度為3.0 ，設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度 S=345MPa。C150 接管上彎矩： 操作狀態(tài)下，法蘭承受的載荷 cGCGpmbDPW28.678.2 （47）mN410.8035.1.05 試對(duì)封頭開(kāi)孔接管進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 7.1.2 分析問(wèn)題 雖然橢圓封頭中心開(kāi)孔接管結(jié)構(gòu)具有幾何軸對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)，但由于存在接管彎矩，載荷是非 對(duì)稱(chēng)的，只能采用 1/4 或 1/2 模型，由于接管力及力矩往往沿三個(gè)方向，具有 6 個(gè)值，通常根據(jù) 需要采用 1/2 模型，僅考慮接管力的彎矩，采用 1/2 模型進(jìn)行有限元分析。 7.1.3 GUI 過(guò)程 （1）環(huán)境設(shè)置 （2）定義單元及材料 （3）創(chuàng)建筒體與接管模型 （4）劃分單元 7 ANSYS 應(yīng)力校核 第 27 頁(yè)（共 49 頁(yè)） （5）施加約束與載荷 （6）結(jié)果后處理 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 7.1.5 命令流分析 FINISH /CLEAR /FILN, E65 /TITLE, /UNITS,SI DI=1100 TC=6 HC=5*NINT(SQRT(DI/2*TC)/10)*10 DN=89 TN=4 LN=150 NT=2 NME=30 NH=20 M=84000 PC=1.1 PAX1=-PC*DN*2/(DN+2*TN)*2-DN*2) /PREP7 ET,1,95 ET,2,21 MP,EX,1,2E5 MP,NUXY,1,0.3 R,1,1 7 ANSYS 應(yīng)力校核 第 29 頁(yè)（共 49 頁(yè)） CSWPLA,11,1,0.5,1, K,1,-DI/2, K,2,DI/2, L,1,2 CSYS,0 K,3,KX(2)+TC, L,2,3 ADRAG,2, , , , , ,1 BLC4,DN/2-TN, ,TN,DI/4+TC+LN, APTN,ALL ADELE,4,5,1 *GET,KPMAX,KP,NUM,MAX K,KPMAX+1,0,0,0 K,KPMAX+2,0,HC,0 VROTAT,ALL,KPMAX+1,KPMAX+2,180 ASEL,S,LOC,Y,0 *GET,KPMAX,KP,NUM,MAX K,KPMAX+1,0,0,0 K,KPMAX+2,0,-HC,0 L,KPMAX+1,KPMAX+2 VDRAG,ALL, , , , , ,48 LDELE,1,1 LDELE,48,1 LSEL,S,LENGTH,0,TC LESIZE,ALL, , ,NT, , , ,1 VSEL,S,LOC,Y,-HC,0 VSWEEP,ALL VSEL,S,LOC,X,0,DI VSEL,U,LOC,Y,-HC,0 LOCAL,11,1,90 ASLV LSLA LSEL,R,LOC,X,DN3/2,DI LSEL,U,LOC,X,DN3/2 LSEL,U,LOC,Z,0 LESIZE,ALL, , ,NME, , , , ,1 ALLS VSEL,U,7,8 VSWEEP,ALL ASEL,S,30 ASEL,A,35 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè)（共 49 頁(yè)） ASEL,A,5 ASEL,A,20 ASEL,A,14 ASEL,A,15 ASEL,A,27 ASEL,A,28 ASEL,A,24 ASEL,A,11 CM,AREAINNER,AREA CSYS,0 ASEL,S,LOC,Y,KY(8) NSLA,1 CM,NMOMENT,NODE NSEL,R,LOC,X,KX(8) NSEL,R,LOC,Z,KZ(8) *GET,NMAST,NODE,NUM,MIN TYPE,2 E,NMAST ALLS FINI /SOLU ASEL,S,LOC,Y,-HC DA,ALL,UY NSLA,1 NSEL,R,LOC,X,0 D,ALL,UX NSLA,1 NSEL,R,LOC,Z,0 D,ALL,UZ ASEL,S,LOC,Z,0 DA,ALL,SYMM CMSEL,S,AREAINNER AREAINNER SFA,ALL,1,PRES,PC ASEL,S,LOC,Y,KY(8) SFA,ALL,1,PRES,PAX1 CMSEL,S,NMOMENT CERIG,NMAST,ALL F,NMAST,MZ,M ALLS SOLVE SAVE 7 ANSYS 應(yīng)力校核 第 31 頁(yè)（共 49 頁(yè)） FINI /POST1 /GRAPHICS,FULL PLNSOL,S,INT,1 NODE1=NODE(KX(13),KY(13),KZ(13) NODE2=NODE(KX(11),KY(11),KZ(11) PATH,SET1,2 PPATH,1,NODE1 PPATH,2,NODE2 PRSECT 7.2 壓力容器開(kāi)孔接管區(qū)的應(yīng)力分析 開(kāi)孔破壞了殼體材料的連續(xù)性，削弱了原有的承載面積，在開(kāi)孔邊緣附近必定造成應(yīng)力集 中；同時(shí)接管的存在使開(kāi)孔接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，殼體與接管在內(nèi)壓作用下自由變形 不一致，在變形協(xié)調(diào)過(guò)程中將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力；接管與殼體是通過(guò)焊縫連接在一起的，焊縫的結(jié) 構(gòu)尺寸會(huì)形成局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)，形成局部不連續(xù)應(yīng)力。因此需要討論壓力容器開(kāi)孔接管區(qū)的應(yīng) 力分析。 7.2.1 基本的尺寸條件 筒體內(nèi)徑 ，壁厚 ，接管外徑 ，壁厚m10ID6tcmdo273 ，接管內(nèi)伸長(zhǎng)度 ，外伸長(zhǎng)度 ，外側(cè)過(guò)度圓角tn6i5ln150ln 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè)（共 49 頁(yè)） ，內(nèi)側(cè)過(guò)度圓角 ，內(nèi)壓 ，材料的彈性模量mr10mr52MPap1. ，泊松比 。MPaeE5.23.0 柱殼開(kāi)孔幾何尺寸如圖 圖 6-1 柱殼開(kāi)孔尺寸圖 7.2.2 分析問(wèn)題 內(nèi)力作用下的應(yīng)力狀況，有限元模型可利用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)型取開(kāi)孔接管區(qū)的 1/4 建模。筒體 的長(zhǎng)度 筒體端面施加軸向平衡面載荷 ，按如下公式計(jì)算： m2750cLcP 2cpPiciiDt （48） 7.2.3 GUI 過(guò)程 （1）環(huán)境設(shè)置 7 ANSYS 應(yīng)力校核 第 33 頁(yè)（共 49 頁(yè)） （2）定義單元及材料 （3）創(chuàng)建筒體與接管模型 （4）劃分單元 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè)（共 49 頁(yè)） （5）施加約束與載荷 （6）結(jié)果后處理 7 ANSYS 應(yīng)力校核 第 35 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 7.2.4 結(jié)果處理與討論 計(jì)算結(jié)果如上圖所示，分別從兩個(gè)角度顯示了通體開(kāi)孔后的應(yīng)力分布?？梢?jiàn)最大應(yīng)力發(fā)生 在筒體最高位置與接管的連接區(qū)，最大應(yīng)力為 294.043 。MPa 7.2.5 命令流 finish /clear /filn, E322 /title, FEA of connecting zone of nozzle to cylinder Rci=550 tc=6 Rco=Rci+tc Lc=2750 Rno=136.5 tn=6 Rni=Rno-tn Hmin=sqrt(Rci*2-Rni*2) Lni=50 Ln=150 rr1=20 rr2=10 pi=1.2 pc=pi*Rci*2/(Rco*2-Rci*2) pn=pi*Rni*2/(Rno*2-Rni*2) 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 36 頁(yè)（共 49 頁(yè)） /prep7 et,1,45 mp,ex,1,2e5 mp,nuxy,1,0.3 cylind,Rco,Rci,0,-Lc/2,90,270, wpoff,0,0,-Lc/2 wprot,0,90, cylind,Rno,Rni,-Ln-Rci-tc,-Hmin+Lni,90,180, vovlap,all vdel,3,1 vsel,s,7 *afun,deg ang1=2*nint(asin(Rno/Rci) wprot,0,0,-90+ang1 vsbw,all afillt,21,12,rr1 al,33,60,5 al,37,61,7 va,12,14,16,34,35 afillt,23,13,rr2 al,24,40,68 al,25,41,69 va,13,23,31,39,40 alls,all askin,62,70 vsba,2,36 wprot,0,90-ang1 wprot,0,90,0 wpoff,0,0,-2*Rni vsbw,9 vsbw,1 lsel,s,loc,y,Ln+rci+tc lsel,u,length,0,tc lesize,all,20,1 alls,all lesize,60,4,1 lesize,45,12,1 lesize,57,12,1 asel,s,45,46,1,1 accat,all alls,all vsweep,all 7 ANSYS 應(yīng)力校核 第 37 頁(yè)（共 49 頁(yè)） alls nummrg,all numcmp,all fini /solu asel,s,loc,z,0 SFA,all,1,PRES,-pc asel,s,loc,x,0 asel,a,loc,z,-Lc/2 DA,all,SYMM asel,s,loc,y,Ln+Rci+Tc asel,s,6 asel,a,7 asel,a,15 asel,a,17 asel,a,19 asel,a,23 asel,a,29 asel,a,42 asel,a,47 asel,a,50 SFA,all,1,PRES,pi alls solve fini /post1 PLNSOL,S,INT,0,1 Fini 空氣儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì) 第 38 頁(yè)（共 49 頁(yè)） 8 總結(jié) 在本次設(shè)計(jì)中，選材時(shí)綜合考慮材料的物理、力學(xué)性能，耐腐蝕性，經(jīng)濟(jì)性。 在進(jìn)行工藝計(jì)算后再進(jìn)行了強(qiáng)度校核。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，查閱資料參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇 附件。采用公稱(chēng)直徑為 的圓筒型筒體，直邊段高度為 25mm 的橢圓型封頭，10 材料為 Q345R。容器用 3 只支承式支座支撐。接管口共有 7 處，接管材料 20 號(hào)鋼， 其中安全閥口與壓力表口安裝 90彎頭。接管法蘭材料皆為 20，類(lèi)型為帶頸平焊 法蘭（SO） ，密封面采用突面（RF） 。為方便檢修等功能，設(shè)一人口孔，選用法蘭蓋， 緊固件為 M24 螺桿。另采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法對(duì)空氣進(jìn)出口管、備用口、人孔口進(jìn)行補(bǔ) 強(qiáng)設(shè)計(jì)，選用坡口 A 型的補(bǔ)強(qiáng)圈。 過(guò)程裝備設(shè)計(jì)是根據(jù)產(chǎn)品在全壽命周期內(nèi)的功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)（性能、質(zhì)量、成 本等）要求，綜合考慮環(huán)境要求和資源利用率，運(yùn)用工藝、機(jī)械、控制、力學(xué)、材 料、 ，以及美學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等知識(shí)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性勞動(dòng)，制定用于制造的技術(shù) 文件。它是過(guò)程裝備研制的第一道工序，設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和水平，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、 性能、研制周期和經(jīng)濟(jì)效益往往起著決定性的作用。 通過(guò)本次為期近一個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)有了更深入的理解。 過(guò)程裝備與控制工程的名稱(chēng)在設(shè)計(jì)之前僅僅停留在課本層面，沒(méi)有什么感性的認(rèn)識(shí)。 經(jīng)過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用個(gè)學(xué)科知識(shí)，把理論化為實(shí)踐，完成了專(zhuān)業(yè)知識(shí)的升華。 容器、法蘭、接管、補(bǔ)強(qiáng)等等平時(shí)看起