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1、液氨贮罐的机械设计YEAN CHUGUAN DE JIXIE SHEJI化工设备机械基础课程设计指导过程机械系编淮海工学院机械工程学院2010.12 1目的和要求一、课程设计的目的化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要教学环节。 在老师指导下， 通过课程设计，培养学生综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力。因此，完成本课程设计应达到以下目的：1. 通过课程设计，把化工设备机械基础课程和有关先修课所学知识，在设计中综合地加以运用，从而得到巩固、深化和提高。2. 培养学生对工程设计的独立工作能力，树立正确的设计思想，掌握化工设备设计的基本方法和步骤，为今后从事工程设计打下良好的基础。3. 使学
2、生能够熟悉和运用设计资料，如有关设计标准、规范、手册、图集等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件的独立工作能力，以完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的基本训练。二、化工设备机械基础课程设计的要求1. 树立正确的设计思想结合生产实际综合地考虑经济、实用、可靠、安全和先进等方面的要求，严肃认真地进行设计。2. 要有积极主动的学习态度在课程设计中遇到的问题，要随时复习有关教科书，可查阅资料，通过积极思考，提出个人的见解主动解决，不要简单地向指导老师索取答案。3. 正确处理好几个关系（ 1）继承和发展的关系强调独立思考，并不等于设计者凭空设想，不依靠设计资料和继承前人经验。学会收集、理解
3、、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的重要方面。（ 2）正确使用标准规范化工设备的设计非常强调标准规范，但标准规范的使用并不排斥创新的发展，因此在遇到与设计要求矛盾时，通过严密的论证可以放弃标准而服从设计要求。（ 3）统筹兼顾，抓主要矛盾计算结果要服从结构设计的要求当理论计算的结果在结构上无法实现时，应对计算结果进行修正。因为计算结果对零件尺寸的确定只能提供某一方面的依据。正确处理计算与画图的关系设计中要求算、画、选、改同时进行，但零件的尺寸应以最后图样确定的为准。对尺寸作出修改后，有时并不一定要求再对零件的强度或刚度进行计算，可以依据修改幅度、原强度（或刚度）裕度及计算准确程度等来判断是否
4、要再行计算。2课程设计的内容和一般步骤一、课程设计的内容根据教学大纲的要求，学生应在规定的时间内，完成一种典型设备的机械设计，工作量应包括：设备总装图一张，设计计算书一份。二、课程设计的一般步骤1、准备阶段（ 1）设计前应预先准备好设计资料、手册、图册、计算绘图用具、图纸、方格纸和报告纸等；（ 2）认真研究设计任务书，分析原始数据和工作条件，明确设计要求和设计内容；（ 3）设计前应认真复习有关教科书、熟悉有关资料和设计步骤；（ 4）有条件的应结合现场参观，熟悉典型设备的结构，比较其优缺点，以便选择合适的结构，没有现场条件的，也要先读懂几张典型设备图。2、机械设计阶段设备的机械设计是在设备的工艺
5、设计后进行的， 其内容和任务是根据设备的工艺条件 （包括工作压力、温度、介质腐蚀性、结构形式和尺寸、接管方位标高等） ，围绕着设备内、外附件的选型进行机械结构设计；围绕确定壁厚这一尺寸进行强度、刚度和稳定性设计或校核计算。这一步往往“边算、边选、边改”的作法来进行。以下几点可供参考：（ 1）选择材料材料的选择要综合考虑压力大小、温度高低和介质腐蚀情况等因素。一般先按压力因素来选择。当温度高于 200或低于 -40 时，温度则成为选择的决定因素。在腐蚀强烈或产品纯度有较高要求时，腐蚀又成了确定材料的依据。（ 2）选用零部件设备内部附件的结构，一般常由工艺设计确定，而外部附件的结构型式则在满足工艺
6、要求的条件下，由受力条件、制造安装等因素决定。（ 3）外载荷计算包括内压、外压、设备自重、零部件的偏载、风载、地震载荷等等，常用分项统计、列表的方法来进行。（ 4）强度、刚度、稳定性设计或校核计算根据设备的结构型式，受力条件和材料的力学性能等进行强度、刚度和稳定性计算，最后确定出合理的结构尺寸。因大多数情况下强度是主要矛盾，所以常不作后两项计算。（ 5）传动设备的选型、计算对常有机械传动、液压传动的设备，这部分零部件也大都已标准化，可参考有关机械设计手册进行选型、计算。（ 6）绘制设备总装图对初学者，可先用方格纸绘出草图，按“边算、边选、边改”的方法，获得一较为合理的结构后，再搬上正式图纸。当
7、然一开始就铺白图也是一种锻炼。可由学生根据自己情况确定。（ 7）绘制零部件图根据总装图绘制零部件图常称为拆图。对于标准零部件，由于有专门厂家生产，可以不必拆图。拆图的目的是为了便于加工制造。（ 8）提出技术要求对设备制造、装配、检验和试车等等工序提出合理的村注，以文字形式注写在总装图上。3、整理及编写设计计算说明书4、课程设计答辩课程设计的图样及说明书全部完成后，给指导老师审阅，得到认可后，方能参加答辩。课程设计的成绩要根据图样、说明书和答辩所反映出的设计质量和能力，以及设计过程中的学习态度综合评定。设计题目及进程一、设计题目（液氨贮罐）见设计任务书和设计参数表。二、设计参考进程1、准备0.5
8、天2、机械设计3.5天3、编写设计说明书0.5天4、答辩0.5天三、设计要求1、罐体、封头、壁厚的确定；2、选择支座；3、选择标准人孔、液面计和各类接管及法兰；4、开孔补强设计（人孔和进料孔） ；5、绘制总装配图；6、编写设计计算说明书；4设计示例题目：设计一液氨贮罐，贮罐内径Di2600mm，罐体（不包括封头）长度L4800mm 。使用地点：天津。一、罐体壁厚设计本贮罐选用 16MnR制造罐体和封头。计算壁厚根据下式计算：pc 计算压力。pcp +液柱静压力，当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。p 设计压力。本贮罐夏季最高温度可达40，这时氨的饱和蒸气压为1.555 MP
9、a （绝对压力），故取p1.50MPa (GB15089 1.4.3p1.5550.11.5MPa ) 取当地大气压为0.1 MPa 。故本设计中取pcp1.5MPaDi2600mm ；t170MPa（假设n =616mm）0.85（双面对接焊，局部探伤）于是：取 C2 1mm ，可以查得 C1 0.8mm则 nC1C213.57 1.815.37取 n 16mm , 即确定选用的 16mm的 16MnR钢板制作罐体。二、封头壁厚设计采用标准椭圆形封头壁厚按下式计算式中0.85（钢板最大宽度为m，该贮罐直径为2.6m，故封头需将钢板拼焊后冲压） ；3t163MPa（假设n =1725mm）,
10、其它符号同前。于是：同前 ,CC1C21.8mm ，所以 :考虑到封头加工制造时的减薄量，最后确定使用三、鞍座首先粗略计算鞍座负荷n 18mm 的 16MnR钢板制作封头。设备总重量 QQ1Q2Q3Q4式中： Q1 罐体重；Q2 封头重；Q3 水重（因液氨比重小于水，故取液压时的水重）；Q4 附件重。1、罐体重DN2600mm，n16mm 的罐体，每 m的质量为： q11030 Kg / m （附录 1），所以：2、封头重DN2600mm，n18mm ，直边高度 h=40mm的标准椭圆封头，其质量为：q21100 Kg , 所以：3、水重贮罐容积：水的重度：9.8KN / m3于是：Q3V30
11、.429.8298KN 。4、附件重人孔约重 2KN（PN=1.6 Mpa，DN=450mm人孔总重为 2040N，其它接管总重按 3KN计，则所以，设备总重为：设备上一共有两个鞍座，每个鞍座承受的设备重量为：每个鞍座只承受186.5KN 的重负荷是很小的，所以选用轻型鞍座，标记为：JB/T 4712-1992鞍座 A2600- FJB/T 4712-1992鞍座 A2600- S四、人孔根据贮罐是在常温及最高工作压力为1. 50Mpa的条件下工作，人孔标准应按公称压力为1. 6Mpa选取，从人孔类型系列标准可见，公称压力为1. 6Mpa的人孔类型较多。本设计选用回转盖人孔。人孔的公称直径选定
12、为450mm，密封压紧面采用 MFM型（凹凸面密封面） 。根据标准HG查得回转盖人孔各零件的名称、材料及尺寸列入下表：21517 2005人孔零件名称材料明细表件号 名称数量材料尺寸1筒节1QB235-2螺栓2035直径长度 =M27 1153螺母20M274管法兰1QB235-5垫片1橡胶石棉板6端盖1Q235- B7把手1A F螺纹部分 M3208轴1A F39销2A F310垫圈2QB235-11盖轴耳1Q235- B12法兰轴耳1Q235- B五、人孔补强GB150-1998钢制压力容器规定，当满足下述要求时，容器开孔处可以不另行补强。（ 1）两相邻开孔中心的间距（曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；（ 2）若设计压力 p 2.5MPa , 当壳体名义厚度大于 12mm时，接管公称直径小于或等于80mm；当壳体名义厚度小于等于12mm时，接管公称直径小于或等于50mm。（ 3）若壳体材料的b540MPa , 则接管与壳体的连接宜采用全焊透焊缝。根据允许不另行补强的条件与规定，人孔接管外径壁厚 = 480 10 ，需进行补强计算。此处采用等面积补强法设计，其原则是：补强金属截面积要等于或大于因开孔而减少的金属截面积，以使得开孔边缘的应力集中区域内， 其平均应力不大于未开孔时壳体内的应力，从而维持容器的整体屈服强度。1、计算开孔削弱面积A
