空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)【壓力容器儲(chǔ)罐】【60立方米】,壓力容器儲(chǔ)罐,60立方米,空氣,設(shè)計(jì),壓力容器,60,立方米
結(jié)題報(bào)告
姓名
性別
年級(jí)
學(xué)號(hào)
系別
機(jī)電與車輛工程學(xué)院
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
設(shè)計(jì)題目
空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)計(jì)算
題目來源
工程實(shí)際
題目類別
工程設(shè)計(jì)
指導(dǎo)老師
宋洪梅
本課題研究的是空氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)計(jì)算，在設(shè)計(jì)過程中，具體包括總體方案設(shè)計(jì)及論證，儲(chǔ)罐的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各零部件的選型論證設(shè)計(jì)等。
工作總結(jié):
通過兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。
通過對(duì)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行調(diào)查研究，結(jié)合自己的專業(yè)知識(shí)首先對(duì)所設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐有了整體的了解，然后運(yùn)用二維AutoCAD軟件繪出零件圖以及裝配圖。
1．根據(jù)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，確定設(shè)計(jì)參數(shù)和容器類型。
2．在確保安全的前提下，經(jīng)濟(jì)、正確并且合理地選擇筒體和封頭結(jié)構(gòu)型式及材料。
3．通過設(shè)計(jì)計(jì)算，確定筒體和封頭的壁厚，并通過水壓試驗(yàn)，確定筒體厚度是否滿足強(qiáng)度要求。
4. 容器的開孔及補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)
5．附件的選擇，如支座結(jié)構(gòu)和材料的選取及設(shè)計(jì)。
6. 根據(jù)壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)容器的焊縫，其中包括筒體與橢圓封頭的焊接接頭、管法蘭與接管的焊接接頭、接管與殼體的焊接接頭設(shè)計(jì)。
通過這次設(shè)計(jì)，可以準(zhǔn)確快速的完成空氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)工作，初步實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)繪圖的融合，鞏固了在校學(xué)習(xí)的制圖學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)，學(xué)習(xí)了由原理到結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。
但是，該設(shè)計(jì)還存在著欠缺和不足：
1．設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)需要長(zhǎng)期積累，不斷充實(shí)和完善的,因此該設(shè)計(jì)內(nèi)容還有待于進(jìn)一步的補(bǔ)充、完善。
2．計(jì)算機(jī)軟件只是輔助工具，設(shè)計(jì)只能由人來完成，不能依賴計(jì)算機(jī)。
3．本設(shè)計(jì)有一定的局限性，所包括的內(nèi)容也不全面，離投入實(shí)際生產(chǎn)還有一定的距離。
今后要進(jìn)加強(qiáng)以下方面的工作：
（1） 考慮實(shí)際生產(chǎn)情況，結(jié)合相應(yīng)的實(shí)例進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)的實(shí)用性。
（2） 進(jìn)一步加強(qiáng)和完善強(qiáng)度方面的校核，保證設(shè)備的安全性。
（3） 利用三維圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，使所設(shè)計(jì)的設(shè)備更加安全和可靠。
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名
2012年5 月 30 日
院（系）學(xué)位委員會(huì)意見：
（簽章）
2012年6月 8 日
外 文 譯 文
外文出處Khimicheskoe i Neftyanoe Mashinostroenie
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
學(xué)生成績(jī)
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1. 外文翻譯必須使用鋼筆，手工工整書寫，或用A4紙打印。
2. 所選的原文內(nèi)容必須與課題或?qū)I(yè)方向緊密相關(guān)，注明詳細(xì)出處。
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指導(dǎo)教師評(píng)語：
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
摘要
壓力容器在石油、化工以及冶金等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但受力情況卻很復(fù)雜，一旦投入使用就要連續(xù)運(yùn)行，還具有爆炸的危險(xiǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓力容器制造水平越來越高，壓力容器涉及多個(gè)學(xué)科，綜合性很強(qiáng)，一臺(tái)壓力容器從參數(shù)確定到投入正常使用，要通過很多的環(huán)節(jié)及相關(guān)部門的各類工程技術(shù)人員的共同努力才能實(shí)現(xiàn)。因此，重視壓力容器設(shè)計(jì)具有重要的意義。本論文簡(jiǎn)述了壓力容器結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，主要探討壓力容器設(shè)計(jì)的一般要求。通過查閱壓力容器工藝手冊(cè)，我們發(fā)現(xiàn)壓力容器的每個(gè)部分都需要確定使用的材料與工藝，不可忽視每一個(gè)很小的環(huán)節(jié)，否則將會(huì)有生命的危險(xiǎn)。這樣多種性的操作特點(diǎn)給壓力容器從選材、制造、檢驗(yàn)到使用、維護(hù)以致管理等諸方面造成了復(fù)雜性，因此對(duì)壓力容器的制造、現(xiàn)場(chǎng)組焊、檢驗(yàn)等諸多環(huán)節(jié)提出了越來越高的要求。
關(guān)鍵詞: 壓力容器 設(shè)計(jì)要求 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn) 工藝
ABSTRACT
The pressure vessel is widely used in petroleum, chemical, metallurgy and other fields.
Although its structure is simple, the force is very complex. Once put into use ,it is necessary to run continuously, and also has a risk of explosion. With the development of science and technology, the level of pressure vessel manufacturing increasingly high.The pressure vessel involves multiple disciplines and highly integrated.A pressure vessel,from the determination of the parameters to put into regular use, can be achieved through the joint efforts of many links and relevant departments of the various types of engineering and technical personnel. Therefore, the emphasis on pressure vessel design is of great significance. This paper outlines the pressure vessel structural standards,mainly has discussed the design requirements of pressure vessels.Through the inspection of pressure vessel technology manual, we found that each part of the pressure vessel needs to determine the use the materials and craft and each a small part can not be ignored, otherwise there will be lives at risk.Such a variety of operating characteristics result in the pressure vessel from the selection of materials, manufacture, examination to the use, maintenanceand complexity.Therefore,to the manufacture, scene group welded, examination and so many other aspects of the pressure vessel set the more and more high demands.
Keywords ：pressure vessel;design requirements ;structural standards;craft
21
目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
前言 1
第1章 壓力容器 2
1.1 壓力容器的結(jié)構(gòu)與分類 2
1.2 壓力容器的失效和設(shè)計(jì)要求 3
1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)定 3
第2章 容器的選型和選材 5
2.1 筒體的選材及結(jié)構(gòu) 5
2.2 封頭的結(jié)構(gòu)及選材 5
第3章 設(shè)計(jì)計(jì)算 6
3.1 筒體壁厚計(jì)算 6
3.2 封頭壁厚計(jì)算 6
3.3 壓力試驗(yàn) 7
第4章 容器的開孔及補(bǔ)強(qiáng) 8
4.1 容器的開孔 8
4.2 容器的補(bǔ)強(qiáng) 9
第5章 支座的選擇 13
5.1 支座結(jié)構(gòu)和材料的選取 13
5.2 裙座設(shè)計(jì) 13
5.2.1 座體設(shè)計(jì) 13
5.2.2基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 14
5.2.3 螺栓座的設(shè)計(jì) 15
第6章 容器焊縫標(biāo)準(zhǔn) 16
6.1 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 16
6.2 筒體與橢圓封頭的焊接接頭 16
6.3 管法蘭與接管的焊接接頭 16
6.4 接管與殼體的焊接接頭 16
結(jié)束語 18
參考文獻(xiàn) 19
致謝 20
前言
壓力容器是一種特殊的焊接結(jié)構(gòu)，它比較容易發(fā)生事故且事故的危害較為嚴(yán)重。隨著我國改革開放的深入，壓力容器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，數(shù)量不斷增加。在化工、煉油、醫(yī)藥等行業(yè)中，壓力容器幾乎成為生產(chǎn)中的主要設(shè)備。設(shè)備的增多，隨之而來的安全問題，顯得非常突出。近年來，國內(nèi)已經(jīng)多次發(fā)生壓力容器爆炸傷人的惡性事故。因此，保證壓力容器生產(chǎn)和使用安全，是從事壓力容器生產(chǎn)制造、管理以及壓力容器使用人員義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。國內(nèi)外壓力容器發(fā)生破壞的事故不少，究其原因，基本上可分為兩類性質(zhì)完全不同的破壞方式：一類是超強(qiáng)度破壞，即容器因晶間腐蝕、均勻腐蝕和高溫氧化等原因，導(dǎo)致材料強(qiáng)度削弱或壁厚減薄引起的破壞，以及操作失誤，致使壓力、溫度超過極限值引起的破壞。另一類是裂紋擴(kuò)展破壞，即在正常使用條件或設(shè)計(jì)條件下，甚至在水壓試驗(yàn)時(shí)，由于制造和使用中形成的各種裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展所引起的破壞。
壓力容器都是采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是，在以往的壓力容器設(shè)計(jì)中，由于 對(duì)容器各部分的受力以及它們對(duì)容器強(qiáng)度的影響，缺乏全面、精確、深刻的了解，因而只能在設(shè)計(jì)中采用較高的安全系數(shù)，以保證壓力容器的運(yùn)行安全。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，這一設(shè)計(jì)方法對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)和技術(shù)的發(fā)展起著積極的推動(dòng)作用。由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單易行，具有豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，各國依然采用它進(jìn)行一般壓力容器的設(shè)計(jì)。在壓力容器建造的初期，產(chǎn)品建造的目的為滿足本國相應(yīng)工業(yè)的需求，壓力容器的生產(chǎn)技術(shù)也是以本國的基本生產(chǎn)條件為基礎(chǔ)。生產(chǎn)技術(shù)的總結(jié)和統(tǒng)一安全質(zhì)量的要求，使得國家依據(jù)自己的生產(chǎn)技術(shù)和管理要求制定出了適合于本國國情的相應(yīng)安全法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。中國已經(jīng)加入WTO，我國的壓力容器行業(yè)已經(jīng)不可避免地面臨國際市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。在新形勢(shì)下，壓力容器生產(chǎn)廠家應(yīng)充分認(rèn)識(shí)自身的優(yōu)勢(shì)和不足，改變觀念，實(shí)行國際壓力容器生產(chǎn)的通行做法，使產(chǎn)品早日走出國門。
壓力容器設(shè)計(jì)是指根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)條件，遵循現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，在確保安全的前提下，經(jīng)濟(jì)、正確合理地選擇材料，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)（剛）度 和密封設(shè)計(jì)。
壓力容器設(shè)計(jì)的基本思路：設(shè)計(jì)參數(shù)、容器類別和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定、結(jié)構(gòu)型式選擇、主體尺寸確定、材料的選擇、強(qiáng)度計(jì)算（應(yīng)力分析）、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)、容器附件的選擇、安全附件的配用、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的技術(shù)條件的編制。
第1章 壓力容器
1.1 壓力容器的結(jié)構(gòu)與分類
化學(xué)工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域使用的受壓設(shè)備十分繁多，這些設(shè)備的功能及其內(nèi)、外結(jié)構(gòu)各異，但從強(qiáng)、剛度的角度分析，除個(gè)別者外都是受壓力載荷的回轉(zhuǎn)殼體，都屬于壓力容器范疇。壓力容器通常由筒體、封頭、接管(開孔）、密封件、支座等部分組成。它們又被稱為化工設(shè)備通用零部件，通常，承壓不大的化工設(shè)備通用零件大多有已有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)盡可能直接選用。
為了保證使用的安全性，我國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局制定及公布了《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《容規(guī)》）。按照《容規(guī)》的要求，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力的高低、在運(yùn)行中可能發(fā)生危險(xiǎn)的程度、所儲(chǔ)介質(zhì)的毒性和易燃等級(jí)等把壓力容器劃分為一、二、三等三個(gè)類別。其要點(diǎn)如下。
⑴按設(shè)計(jì)壓力大小容器分為四個(gè)等級(jí)：
低壓(代號(hào)L)容器 0.1MPa≤p＜1.6MPa;
中壓(代號(hào)M)容器 1.6MPa≤p＜10MPa;
高壓(代號(hào)H)容器 10MPa≤p＜100MPa;
超高壓(代號(hào)U)容器 p≥100MPa。
⑵按容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理可分為:
反應(yīng)壓力容器(代號(hào)R):用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。
換熱壓力容器(代號(hào)E):用于完成介質(zhì)的熱量交換。
分離壓力容器（代號(hào)S):用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離。
儲(chǔ)存壓力容器（代號(hào)C，其中球罐代號(hào)B）：用于儲(chǔ)存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)。
這兩種分類方法還不便于對(duì)壓力容器的分類管理工作。因此，從安全監(jiān)察的角度，《容規(guī)》將壓力容器按照其危險(xiǎn)性和危害性進(jìn)行分類，即綜合考慮設(shè)計(jì)壓力的高低、容器內(nèi)介質(zhì)的危險(xiǎn)性大小、反應(yīng)或作用過程的復(fù)雜程度以及一旦發(fā)生事故的危害性大小，把它分為三類。
⑴第三類壓力容器，具有下列情況之一的，為第三類壓力容器：
高壓容器；
中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；
中壓儲(chǔ)存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于10MPa·m3 ）；
中壓反應(yīng)容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于0.5MPa·m3）；
低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且乘積大于等于0.2MPa·m3）；
高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；
中壓搪玻璃壓力容器；
使用強(qiáng)度級(jí)別較高（指相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限大于等于540MPa）的材料制造的壓力容器；
移動(dòng)式壓力容器，包括鐵路罐車（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車[液化氣體運(yùn)輸（半掛）車、低溫液體運(yùn)輸（半掛）車、永久氣體運(yùn)輸（半掛）車]和罐式集裝箱（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）等；
球形儲(chǔ)罐（容積大于等于50m3）；低溫液體儲(chǔ)存容器（容積大于5m3）。
低溫液體儲(chǔ)存容器（容積大于5m3）
⑵第二類壓力容器，具有下列情況之一的，為第二類壓力容器：
中壓容器；
低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；
低壓反應(yīng)容器和低壓儲(chǔ)存容器（僅限易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)）；
低壓管殼式余熱鍋爐；
低壓搪玻璃壓力容器。
⑶第一類壓力容器 ,除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類壓力容器。
1.2 壓力容器的失效和設(shè)計(jì)要求
壓力容器常見的失效現(xiàn)象有以下三大類：過度變形失效（強(qiáng)度失效、剛度失效）、斷裂失效、表面損傷失效。壓力容器存在多種失效模式，容器設(shè)計(jì)時(shí)必須切實(shí)防止各種失效的出現(xiàn)以保障容器的安全。容器設(shè)計(jì)時(shí)按防止各種不同失效所建立的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行強(qiáng)度或剛度的設(shè)計(jì)校核。概括的說，壓力容器的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以安全為前提，綜合考慮質(zhì)量保證的各個(gè)環(huán)節(jié)，并盡可能做到經(jīng)濟(jì)合理。一般先從掌握應(yīng)力分析的理論基礎(chǔ)著手，進(jìn)入具體問題的設(shè)計(jì)計(jì)算，然后從綜合考慮落實(shí)到機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)定
工作壓力（PW） 指在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。
設(shè)計(jì)壓力（P） 指設(shè)定容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不得低于工作壓力。即P≥PW。
計(jì)算壓力（PC） 指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜
壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。故PC≥P；
試驗(yàn)壓力（Pt） 指壓力試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力。（試驗(yàn)用壓力表口設(shè)計(jì)位置應(yīng)位
于容器頂部）
設(shè)計(jì)溫度 指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的
溫度平均值）。設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。
試驗(yàn)溫度 指壓力試驗(yàn)時(shí)，殼體金屬的溫度。
計(jì)算厚度δ 指按厚度計(jì)算公式計(jì)算得到的厚度。
設(shè)計(jì)厚度δd 指計(jì)算厚度（δ）與腐蝕裕量（C2）之和。即δd =δ+C2, 因此δd ≥δ
名義厚度δn 指設(shè)計(jì)厚度（δd ）加上鋼材厚度負(fù)偏差（C1）后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。即標(biāo)在圖樣上的厚度。
δn≥（δd + C1）
有效厚度δe 指名義厚度（δn）減去腐蝕裕量（C2）和鋼材厚度負(fù)偏（C1）。
δe =δn-C1-C2
=δn-（C1+C2）=δn-C（厚度附加量）
厚度附加量C 由鋼材厚度負(fù)偏差C1和腐蝕裕量C2兩部分組成。
C = C1 + C2
鋼材厚度負(fù)偏差C1 按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；當(dāng)鋼材厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時(shí)，厚度負(fù)偏差C1可忽略不計(jì)。
腐蝕裕量C2 為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)至厚度的削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量。對(duì)有腐蝕或磨損的零件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對(duì)鋼材的腐蝕速率而定。
最小厚度 容器在較低內(nèi)壓力作用下，按厚度計(jì)算方法得到的厚度很小，雖然能滿足容器的強(qiáng)度要求，但剛度不夠。為解決剛度問題，GB150中規(guī)定了殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度：
1)對(duì)碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3 mm；
2)對(duì)高合金鋼制容器，不小于2 mm。
因此，碳素鋼和低合金鋼制的容器的最小名義厚度應(yīng)不小于4 mm。
許用應(yīng)力 容器使用鋼材常用指標(biāo)是力學(xué)性能，在D類容器中，主要指標(biāo)是材料的抗拉強(qiáng)度σb和屈服點(diǎn)σs（或σ0.2）。容器使用中達(dá)到屈服或斷裂時(shí)即為破壞，在實(shí)際應(yīng)用中必須控制容器的材料受力處在安全范圍內(nèi)，即除以系數(shù)n，n稱為材料許用應(yīng)力系數(shù)（即是設(shè)計(jì)安全系數(shù)）。
焊接接頭系數(shù) 焊接接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭型式及無損檢測(cè)的長(zhǎng)度比例確定。
第2章 容器的選型和選材
2.1 筒體的選材及結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)課題條件：工作溫度：45℃；設(shè)計(jì)溫度：50℃；工作壓力：0.8 MPa；設(shè)計(jì)壓力：0.85 MPa；介質(zhì)：空氣；Di=3200mm；總?cè)莘e：60m3
查相關(guān)手冊(cè)可以判斷設(shè)計(jì)的容器為儲(chǔ)存內(nèi)壓壓力容器，按《容規(guī)》規(guī)定，0.1 MPa≤p＜1.6 MPa; 屬于低壓容器。設(shè)計(jì)溫度為50℃，在-20℃～200℃條件下工作屬于常溫容器。
根據(jù)空氣的物性選擇罐體材料，空氣的腐蝕性很小，且又屬于低壓儲(chǔ)罐，可以考慮20R和16MnR這兩種鋼材。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價(jià)格雖比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)16MnR鋼板比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB6654-1996。
筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓筒形。因?yàn)樽鳛槿萜髦黧w的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。
2.2 封頭的結(jié)構(gòu)及選材
封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來說為最小，需要的厚度是同樣直徑圓筒的二分之一，從受力來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但缺點(diǎn)是深度大，直徑小時(shí)，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓，其拼焊工作量也較大。橢圓形封頭的應(yīng)力情況不如半球形封頭均勻，但對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時(shí)，可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點(diǎn)，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易，所以選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個(gè)橢球面和一圓柱直邊段組成。查橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4737-95）
表2.1 橢圓封頭標(biāo)準(zhǔn)
公稱直徑DN
曲面高度h1
直邊高度h2
內(nèi)表面積Fi/m2
容積V/m3
3200
800
40
11.25
4.29
封頭取與筒體相同材料。
第3章 設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 筒體壁厚計(jì)算
查 《壓力容器材料使用手冊(cè)-碳鋼及合金鋼》得16MnR的密度為7.85t/m3，熔點(diǎn)為1430℃，許用應(yīng)力列于下表：
表3.1 16MnR許用應(yīng)力
鋼號(hào)
板厚/㎜
在下列溫度（℃）下的許用應(yīng)力/ Mpa
≤20
100
150
200
250
300
16MnR
6～16
170
170
170
170
156
144
16～36
163
163
163
159
147
134
36～60
157
157
157
150
138
125
>60～100
153
153
150
141
128
116
圓筒的計(jì)算壓力為0.85 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的對(duì)接接頭都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為0.85,局部無損探傷。取許用應(yīng)力為170 Mpa。
壁厚：
式(3-1)
鋼板厚度負(fù)偏差mm,查材料腐蝕手冊(cè)得50℃下空氣對(duì)鋼板的腐蝕速率小于0.05㎜/年，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量mm。
所以設(shè)計(jì)厚度為：
式 (3-2)
圓整后取名義厚度14mm。
3.2 封頭壁厚計(jì)算
標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭a:b=2:1 ，其中a、b分別為橢圓形封頭的長(zhǎng)半軸和短半軸。
封頭計(jì)算公式 ：
式（3-3）
可見封頭厚度近似等于筒體厚度，則取同樣厚度。由封頭壁厚查標(biāo)準(zhǔn)得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度h2=40㎜。
3.3 壓力試驗(yàn)
水壓試驗(yàn)，為了避免試驗(yàn)時(shí)發(fā)生低溫脆性破壞，對(duì)于16MnR鋼制容器，其液體的溫度不得低于5℃；
試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時(shí)應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗(yàn)過程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后，保壓時(shí)間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以便對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。
水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力
式（3-4）
水壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核：
水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力
式（3-5）
水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為
式(3-6）
,故筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。
第4章 容器的開孔及補(bǔ)強(qiáng)
4.1 容器的開孔
考慮到容器主要用來空氣貯備，應(yīng)開7個(gè)孔，包括進(jìn)氣孔、出氣孔、安全閥孔、放凈氣孔、備用孔、壓力計(jì)孔、人孔。
開孔N1：接管公稱直徑為Φ150mm，外徑為Φ159mm，厚度為4.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為8個(gè)，法蘭重量為6.12㎏。
開孔N2：出氣孔的基本尺寸以及法蘭與進(jìn)氣孔相同。接管公稱直徑為Φ150mm，外徑為Φ159mm，厚度為4.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為8個(gè)，法蘭重量為6.12㎏。
開孔N3：接管公稱直徑為Φ100mm，外徑為Φ108mm，厚度為4mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為8個(gè)，法蘭重量為4.01㎏。
開孔N4：接管公稱直徑為Φ50mm，外徑為Φ57mm，厚度為3.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為4個(gè)，法蘭重量為2.09㎏。
開孔N5：接管公稱直徑為Φ50mm，外徑為Φ57mm，厚度為3.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為4個(gè)，法蘭重量為2.09㎏。
開孔M：接管公稱直徑為Φ500mm，外徑為Φ530mm，厚度為9mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M22，數(shù)量為20個(gè)，法蘭重量為27.7㎏。
開孔P：接管公稱直徑為Φ25mm，外徑為Φ35mm，厚度為3.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M12，數(shù)量為4個(gè)，法蘭重量為0.89㎏。
為了增強(qiáng)容器的強(qiáng)度需驗(yàn)證是否需要補(bǔ)強(qiáng)。
4.2 容器的補(bǔ)強(qiáng)
開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)常用的形式可分為補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、厚壁管補(bǔ)強(qiáng)、整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種。
補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)形式。但必須滿足規(guī)定的條件。
壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算方法有多種，為了計(jì)算方便，采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補(bǔ)強(qiáng)材料予以等面積的補(bǔ)償。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)材料與被削弱殼體的材料相同時(shí)，則補(bǔ)強(qiáng)面積等于削弱的面積。補(bǔ)強(qiáng)材料采用16MnR。
補(bǔ)強(qiáng)范圍：有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)（即開孔應(yīng)力集中區(qū)）
補(bǔ)強(qiáng)區(qū)寬度：B=2d
補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)高度：h1=[d（St-C）]/2或等于接管外伸高度，取二者中較小值
補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)側(cè)高度：h2=[d（St-2C）]/2或等于接管內(nèi)側(cè)高度，取二者較小值
式中：d—考慮腐蝕后的開孔直徑，等于開孔內(nèi)徑加兩倍腐蝕裕度
St—接管的實(shí)際壁厚
C—壁厚附加量
⑴有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)，可作為補(bǔ)強(qiáng)金屬截面面積A的計(jì)算
A=A1+A2+A3＋A4
式中：A—筒體或封頭承受內(nèi)壓或外壓所需壁厚和壁厚附加量?jī)烧咧獾亩嘤嘟饘?
A4—在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)另外加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面面積
A1=(B-d)Φ[（S-C）-S0]
式中：Φ—焊縫系數(shù)，焊縫不通過開孔時(shí)，取Φ=1.0：焊縫通過開孔時(shí)，取Φ=0.85
A2—接管承受內(nèi)壓或外壓所需要厚度和壁厚附加量?jī)烧咧獾亩嘤嘟饘?
A3=2h1（ St- St0-C）+2h2（St-2C）
式中：St0—接管的計(jì)算厚度
A3—在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫截面面積
⑵開孔所削弱的金屬截面F的計(jì)算：
對(duì)于內(nèi)壓容器：A=d×S0 ,其中S0為殼體開孔處計(jì)算壁厚，對(duì)于封頭S0的計(jì)算為：如果開孔位于以橢圓形封頭中心為中心80%封頭內(nèi)徑范圍內(nèi)，則S0=PK1Di/2[σ]t Φ，式中：K1—當(dāng)量球體半徑系數(shù)
⑶等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則方程式
若A1+A2+A3 >A,則不需補(bǔ)強(qiáng);若A1+A2+A3 ≤A，則需補(bǔ)強(qiáng)，要求有效補(bǔ)強(qiáng)金屬截面面積A4 ：A4 ≥A-(A1+A2+A3 )
N1：開孔接管，接管的實(shí)際外伸長(zhǎng)度L=194mm，實(shí)際的內(nèi)伸長(zhǎng)度為0，接管焊接接頭系數(shù)F=1，接管材料選用20（GB8163）管材，接管的腐蝕裕量C=1.8mm，接管厚度負(fù)偏差C1r=0.562mm，接管材料的許用應(yīng)力[σ]=130Mpa。開孔的計(jì)算厚度S=8.883mm，所以開孔銷所需的補(bǔ)償面積：A=S×d=8.883×159=1379mm2
接管的有效外伸長(zhǎng)度h1=26.34mm，接管的有效內(nèi)伸長(zhǎng)度h2=o，殼體多余金屬面積A1=(B-d)Φ[（S-C）-S0]，代入數(shù)據(jù)得：A1=553.4mm2
接管多余金屬面積：A2=2h1（ St- St0-C）+2h2（St-2C）
代入數(shù)據(jù)得：A2=79.53mm2
補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積：A3=20.25mm2
則：A1+A2+A3=653.1mm2
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