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1、压缩空气储气罐设计说明书焊接结构与工艺课程设计学校：山西大同大学煤炭工程学院姓名：陈芳专业：材料成型及控制工程班级：材料一班学号：11学03021102题目：压缩空气储罐设计时间：2015年12月15日至1月2日指导老师：魏雷前言1、任务说明设计一个压缩空气储罐,采用常规设计方法,综合考虑环境条件等因素并参考相关标准,按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔、接管进行设计，然后采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。本设计是针对焊接结构这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结,要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。设
2、计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计2、压缩空气的性质中文名称：压缩空气主要成分：氮气、氧气等外观与性状：无色无味沸点()-192相对密度(水=1)：0.9健
3、康危害：无环境危害：无危险特性：高温常压储存，高温剧烈震动易爆特性总结：压缩空气是清晰透明的，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危害,不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。来源：大气中的空气常压为0.IMPa,经过空气压缩机加压后达到理想的压力作用或用途：压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，其应用范围遍及石油，化工,机械，轻工，纺织，国防，科研等行业和部门。第一章参数的确止31.1 设计ffi力31.2 设计温度31.3 主要元件材料的诜择3第二章压力容器结构设计.52.1 筒体壁厚十52.2 封头壁厚计算52.3 压力试验7第三章附件的选择83.1 人孔的
4、选83.2 人孔补强的计算83.3 压力计的选择103.4 诜配工艺接管113.5 鞍库的选择123.5.1 鞍座结构和材料的选123.5.2 容器载荷计算133.5.3 鞍座选取标准133.5.4 鞍座强度校核14第四章容器焊缝标准184.1 压力容器焊接结构设计要求.164.2 筒体与椭圆封头的焊接接头.164.3 管法兰与接管的焊接接头.164.4 接管与壳体的焊接接头.17第五章压缩空气储气罐焊17弟六早总第一章参数的确定表1-1:设计参数表序号项目数值单位备注1名称压缩空气储气罐2用途储存压缩空气3最高工作压力0.909MPa由介质温度确定4工作温度-201005公称容积（Vg）15
5、3m6公称直径1200mm7焊接系数（。V）1.08工作介质压缩空气（无危害）9使用地点室内10工作介质空气11其它要求100%6损检测1.1设计压力设计压力为压力容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，通常可取最高工作压力的1.051.1倍。经过查我们取设计压力为1.0Mpa1.2设计温度设计温度也是压力容器的设计载荷条件之一，指容器在正常工作情况下，设定元件的金属温度。当元件金属温度不低于0c时，设计温度不得低于元件可能达到的最高温度；当元件金属温度低于0c时，其值不得高于元件金属可能达到的最高温度。所以设计温度选择为50Co1.3主要元件材料的选择1 .筒体材料的选择：根据压缩
6、空气的物理性质选择罐体材料，可以考虑20R和16MnRS两种钢材。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板，16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR板为比较经济。所以在此选择16MnRffi板作为制造筒体和封头材料。2 .筒体结构的选择：筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。钢板标准GB6645查表可知50c时的许用应力t170MPa。3 .封头的结构及选材：封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是
7、最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。封头取与筒体相同材料。4 .钢管材料的选择：根据JB/T4731,钢管的材料选用20号钢，其许用应力sa137MPa大同大学煤炭工程学院压力容器结构设计-碳钢及合金钢得16MnR的密度为7.85t/m 3,熔点为2.1筒体厚度的计算查压力容器材料使用手册1430C,许用应力
8、t列于下表:表2-116MnR许用应力口板厚在下列温度(C)下的许用应力/Mpa/mm60153153150141128116100Di图2-1 筒体简图筒体的公称直径根据公式Di有标准选择，而它的长度L可以根据容积要求来决定。花23,一Di2L15m3(1+5%)4取L/D=4将L/D=4代入得：Di1.69mi圆整后，Di1700mm由中径公式PcDi可得筒体的计算厚度5.015mm负偏差C10,腐蚀余量2tPc故筒体的名义厚度为n=8mm2.2封头厚度的计算采用标准椭圆封头，查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1,3得公称直径DN=Dj=1700mm,封头深度H=450
9、mm容积为0.6999m。根据V筒V封Vg1.05-DiL0.69992151.054得笆6.3m,圆整得笆6300mmI|口|口L6300-3.706在36之间Dg17002，“3V筒DgL筒14.30m3VV2封15.6998m计算压力Pc:由于储存压缩空气，Pc=P=1.0MPa图2-2封头简图该容器需100嘛伤，所以取其次I接系数为1.0。由椭圆厚度计算公式可得PcDi5.008mm2t0.5Pc腐蚀裕度C22mm,钢板负偏差Ci0故圆整后取名义厚度n8mm有效厚度enC1c2826mm序号公称直 径mm总深度Hmm171200325221700450内表面容积质量积 mm23 mmm
10、kg1.65520.2545102.23.26620.6999200.7表2-2EHA椭圆形封头2.3压力试验水压试验，液体的温度不得低于5C；试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中，应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80%并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。先按公式确定水压试验时的压力Pt为：R1.25PcL41.251.01.25MPaF；Pc0.101.00.101.10MPa选取两者中压力较大值作为水压试验压力，即取
11、Pt1.25MPa,水压试验时的应力为177.7MPa a1.251700(802)2(802)1查表得厚度为16mmi勺16MnRi冈板的钢材屈服极限s345MPa故在常温水压试验时的许用应力为0.9s0.9345310.5MPa故t0.9s因此满足水压试验要求第三章附件的选择3.1 人孔选择人孔的作用：为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷。人孔的结构：既有承受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。人孔类型：从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。从人孔所用法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊
12、法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰与人孔盖之间的密封面，根据人孔承压的高低、介质的性质，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。人孔标准GH21524-200例定PN1.0Mpa时只能用带颈平焊法兰人孔或带颈对焊法兰人孔。容器上开设人孔规定当Di1000时至少设一个人孔，压力容器上的开孔最好是圆形的，人孔公称直径最小尺寸为400mm。3.2 人孔补强的计算表3-1人大同大学煤炭工程学院孔的基本参数单位：mm密封面形式公称压力pnmPadwsdDAHH2螺柱螺母柱条总质且里kg数量个直径长度
13、突面(RF)400426124026203502401201632M332160195表3-2人孔主要零件材料选择零件名称筒节法兰法兰盖4板等长双头螺柱螺母垫片材料16MnR116MnlR16MnR16Mr1R8.8级8级金属环垫开孔补强结构：压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。但必须满足规定的条件。压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补强法，即壳体截面因开孔被削弱的承载面积，必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时，则补强面积等于削弱的面积。补强材料采用16MnR(1)筒体的计算壁厚：一生25.015mm2Pc(2)计算开孔所需补强的面积A:按HG/T21518-2005,选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径ddi2c20022404mm,Di1700d850mm22采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用20号钢，其许用应力t137MPa根据G
