空氣壓縮機儲氣罐的設(shè)計

空氣壓縮機儲氣罐的設(shè)計,空氣壓縮機儲氣罐的設(shè)計,空氣壓縮機,儲氣罐,設(shè)計 畢 業(yè) 論 文 (設(shè) 計 ) 題目名稱： 空氣儲氣罐的設(shè)計 題目類型： 學(xué)生姓名： 院 (系)： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 輔導(dǎo)教師： 時 間： 2013.3 至 2013.6 目錄 長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 任務(wù)書 . 畢業(yè)設(shè)計開題報告 . 長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)指導(dǎo)教師評審意見 . 長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)評閱教師評語 . 長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)答辯記錄及成績評定 . 【摘要】 . ABSTRACT. 1 前言 .1 2 選題背景 .2 2.1 題目來源 .2 2.2 研究目的和意義 .2 2.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向 .2 2.4 主要研究內(nèi)容、需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 .3 2.5 完成畢業(yè)設(shè)計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)計題目 .4 3.2 基本設(shè)計條件 .4 3.3 主要研究內(nèi)容 .5 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 .5 4.1 容器類別 .5 4.2 筒體設(shè)計 .5 4.3 封頭設(shè)計 .6 4.4 接管設(shè)計 .6 4.5 法蘭設(shè)計 .6 4.6 接管與法蘭分配 .5 4.7 彎頭設(shè)計 .7 4.8 人孔設(shè)計 .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 強度計算 .13 5.1 筒體尺寸 .13 5.2 封頭尺寸 .14 5.3 補強計算及補強圈選用 .16 5.4 支座選型 .21 6 整體校驗 .22 6.1 容積檢驗 .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 壓力容器開孔接管區(qū)的應(yīng)力分析 .29 8 總結(jié) .35 參考文獻 .36 致謝 .38 附錄 .39 長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書 學(xué)院（系） 機械工程學(xué)院 專業(yè) 過程裝備與控制 班級 裝備 10901 學(xué) 生 姓 名 指導(dǎo)教師/職稱 1. 畢業(yè)設(shè)計(論文)題目： 空氣壓縮機儲氣罐的設(shè)計 2. 畢業(yè)設(shè)計（論文）起止時間：2013 年 3 月2012 年 6 月 3畢業(yè)設(shè)計(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（下） ， 勞動人事出版社， 1989 年 1 月： （4）實用機械設(shè)計手冊（下）第 2 版， 機械工業(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)計容積：3m 3 設(shè)計壓力：1.1MPa 設(shè)計溫度：150 4畢業(yè)設(shè)計(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 （3）結(jié)構(gòu)設(shè)計 （4）載荷計算 （5）繪制儲氣罐裝配圖和零件圖 5畢業(yè)設(shè)計(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 萬印刷字符的外 文原文的翻譯） （3）論文正文不少于 1.2 萬字 （4）儲氣罐總裝圖 1 張（1 號圖） （5）儲氣罐零件圖若干 6、完成畢業(yè)設(shè)計(論文)所需的條件及上機時數(shù)要求 熟悉 AUTOCAD 上機 200 小時 任 務(wù) 書 批 準(zhǔn) 日 期 年 月 日 教 研 室 (系 )主 任 (簽 字 ) 任 務(wù) 書 下 達 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） 空氣儲氣罐的設(shè)計 學(xué)生：周楚，機械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師：張琴，機械工程學(xué)院 【摘要】儲氣罐作為空氣壓縮機的一個后配置，它能儲存一定量的空氣，減少 由于壓縮機排氣不連續(xù)產(chǎn)生的壓力脈動，實現(xiàn)供氣和用氣的平衡，且輸出的壓力比 較平穩(wěn)，同時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 干燥機的負(fù)荷。本次畢業(yè)小設(shè)計的 空氣儲罐根據(jù)設(shè)計壓力、溫度、介質(zhì)的要求，3m 首先進行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括筒體與封頭的形式、材料。其次進行局部結(jié)構(gòu)設(shè)計， 包括接管、法蘭、人孔、支撐件、緊固件的選擇。再次進行強度計算，得出壁厚并 校核，判斷開孔是否需補強及補強圈的選擇，支撐件是否滿足等等。 【關(guān)鍵詞】壓力容器，結(jié)構(gòu)設(shè)計，強度計算。 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 空氣儲罐的設(shè)計 空氣儲罐的設(shè)計 第 0 頁（共 49 頁） 1 前言 本次畢業(yè)小設(shè)計是對大學(xué)所學(xué)課程特別是專業(yè)課程知識的綜合實踐與應(yīng)用，對 總結(jié)專業(yè)學(xué)習(xí)的一次大總結(jié)。本次需要完成的設(shè)計是設(shè)計壓力為 1.1 MPa、設(shè)計溫 度為 、設(shè)計容積為 的空氣儲罐。C1503m 在工廠、礦山、農(nóng)田水利的基礎(chǔ)建設(shè)、國防科學(xué)實驗等部門利用往復(fù)壓縮機提 供壓縮空氣，驅(qū)動各種工具、機械、車輛和儀表裝置等。儲氣罐作為空氣壓縮機的 一個后配置，它能儲存一定量的空氣，減少由于壓縮機排氣不連續(xù)產(chǎn)生的壓力脈動， 實現(xiàn)供氣和用氣的平衡，且輸出的壓力比較平穩(wěn)，同時能降低氣路中的溫度，除去 空氣中的水分、灰塵、雜質(zhì)等，也可減少干燥機的負(fù)荷。主要有以下功能：緩沖、 降溫、除水、除油和儲能。因此，研究設(shè)計優(yōu)化空氣儲氣罐具有重要的意義。 空氣儲氣罐是國民經(jīng)濟各部門中使用十分廣泛的一類壓力容器，儲氣罐的配置 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 開設(shè)有安全信號孔，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 進行消除應(yīng)力熱處理，無硫化氫應(yīng)力腐蝕。3、抗疲勞性要好：最好采用有限元進行 疲勞分析設(shè)計，確保設(shè)備抗疲勞性。 對于空氣儲氣罐設(shè)計，主要從儲氣罐的塑韌性、耐腐蝕性、抗疲勞性方面入手， 從而設(shè)計出符合要求的儲氣罐。 2 選題背景 第 1 頁（共 49 頁） 2 選題背景 2.1 題目來源 生產(chǎn)實踐 2.2 研究目的和意義 在工廠、礦山、農(nóng)田水利的基礎(chǔ)建設(shè)、國防科學(xué)實驗等部門利用往復(fù)壓縮機提 供壓縮空氣，驅(qū)動各種工具、機械、車輛和儀表裝置等。儲氣罐作為空氣壓縮機的 一個后配置，它能儲存一定量的空氣，減少由于壓縮機排氣不連續(xù)產(chǎn)生的壓力脈動， 實現(xiàn)供氣和用氣的平衡，且輸出的壓力比較平穩(wěn)，同時能降低氣路中的溫度，除去 空氣中的水分、灰塵、雜質(zhì)等，也可減少干燥機的負(fù)荷。主要有以下功能：緩沖、 降溫、除水、除油和儲能。因此，研究設(shè)計優(yōu)化空氣儲氣罐具有重要的意義。 空氣儲氣罐是國民經(jīng)濟各部門中使用十分廣泛的一類壓力容器，儲氣罐的配置 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 開設(shè)有安全信號孔，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 進行消除應(yīng)力熱處理，無硫化氫應(yīng)力腐蝕。3、抗疲勞性要好：最好采用有限元進行 疲勞分析設(shè)計，確保設(shè)備抗疲勞性。 對于空氣儲氣罐設(shè)計，主要從儲氣罐的塑韌性、耐腐蝕性、抗疲勞性方面入手， 從而設(shè)計出符合要求的儲氣罐。 2.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究方向 （1）國外 80 年代以來儲罐技術(shù)卻發(fā)展很快。 通過減少油品蒸發(fā)損失和減少儲 罐排水過程中的油品損失來進一步減少油品損失。降耗節(jié)能重視安全和污染，強化 防腐和監(jiān)測技術(shù)： 日本的開罐檢查：罐底板外表面 (與土地接觸一側(cè))的在線連續(xù)監(jiān)測技術(shù); 開罐檢查時,在不剝離涂層的條件下,測定鋼板厚度和檢查缺陷的方法; 罐底板內(nèi) 表面 (與儲液接觸一側(cè)) 的涂層 用哪些技術(shù)數(shù)據(jù)作為評判優(yōu)劣的基礎(chǔ); 強化防腐和監(jiān)測技術(shù)防腐專利技術(shù)：美國的二級防漏系統(tǒng).新的犧牲陽極法以及 耐腐蝕燃料油罐鋼板。 （2）根據(jù)國內(nèi)外儲罐的發(fā)展歷程，可以知道，一是儲罐大型化是其發(fā)展的必然 空氣儲罐的設(shè)計 第 2 頁（共 49 頁） 趨勢，儲罐越大，節(jié)省的鋼材就越多，投資就會越小，而且布局將會更加緊湊，占 地面積也小。二是低合金高強度鋼的廣泛應(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）中國申江牌儲氣罐機械行業(yè)雖然取得了很大的成績，但技術(shù)水平基本上處 于仿制、改進及組合階段，沒有達到創(chuàng)新或超過世界同類產(chǎn)品的水平，現(xiàn)階段中國 申江牌儲氣罐機械同國外申江牌儲氣罐機械水平相比要差 10-20 年，機械技術(shù)水平 發(fā)展相對緩慢。 （4）空氣儲氣罐主要與空壓機，冷凍式干燥機，過濾器等設(shè)備配套使用，組成 工業(yè)生產(chǎn)上的動力源-壓縮空氣站。引起儲罐功能退化和失效的因素包括腐蝕、 侵蝕、 蠕變、 疲勞、 機械損傷和脆性斷裂等 ,多種因素同時起作用的情況也會出 現(xiàn)。其維修投資成本過高。 （5）儲氣罐殼體的強度主要取決于設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、結(jié)構(gòu)型式及制造質(zhì)量 等，實際設(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 運行和使用壽命。若儲氣罐設(shè)計結(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，即使儲氣罐仍在額定壓力下工作， 因其局部強度不夠會發(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 時有發(fā)生。容器支腿角焊縫開裂、超溫爆炸是空氣儲氣罐常見問題。 （6）容器的焊接完成后檢查殼體的直徑，并對容器進行熱處理和耐壓試驗，使 之符合設(shè)備的技術(shù)要求。隨著機械加工、無損檢測等行業(yè)的發(fā)展、先進高效設(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。 考慮材料強度、容器介質(zhì)和焊接方法等因素，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對常用空氣儲 罐設(shè)備筒體，密封頭和人孔以及輔件進行設(shè)計，對壓力容器的設(shè)計進行優(yōu)化。 2.4 主要研究內(nèi)容、需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 （1）完成相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研 （2）方案設(shè)計（合適的儲罐形式，場地條件，環(huán)境溫度，經(jīng)濟性，實用性，安 全可靠性） （3）結(jié)構(gòu)設(shè)計（筒體設(shè)計，封頭設(shè)計，接管設(shè)計，法蘭設(shè)計，接管與法蘭分配， 3 工作參數(shù) 第 3 頁（共 49 頁） 彎頭設(shè)計，人孔設(shè)計，支座選擇，焊接形式及結(jié)構(gòu)） （4）載荷計算（筒體尺寸,封頭尺寸，補強圈選用及計算，支座載荷校核） （5）繪制儲氣罐裝配圖和零件圖 解決思路：設(shè)計儲存設(shè)備，首先必須滿足各種給定的工藝要求，考慮儲存介質(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確定儲罐的形 式；綜合運用所學(xué)的機械基礎(chǔ)課程知識，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對儲罐進行設(shè)計。 在設(shè)計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性，實用性，安全可靠性。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考 了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合 理地進行設(shè)計。 2.5 完成畢業(yè)設(shè)計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（下） ，勞動人事出版社，1989 年 1 月： （4）實用機械設(shè)計手冊（下）第 2 版，機械工業(yè)出版社，1994 年 1 月 ：523- 524 （5）容積式壓縮機技術(shù)手冊，機械工業(yè)出版社，2005 年 5 月 解決的辦法： 查找相關(guān)資料初選設(shè)計方案進行初步計算計算繪圖編寫說明書修改 整理總結(jié) 3 工作參數(shù) 3.1 設(shè)計題目 3m 空氣儲罐設(shè)計3 3.2 基本設(shè)計條件 3.2.1 主要技術(shù)指標(biāo) 空氣儲罐的設(shè)計 第 4 頁（共 49 頁） 表 3.1 設(shè)計參數(shù)表 設(shè)計壓力 MPa 1.1 設(shè)計溫度 150 介質(zhì)名稱 空氣 設(shè)備主要材質(zhì) Q345R 介質(zhì)性質(zhì) 無毒無害 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（合適的儲罐形式，場地條件，環(huán)境溫度，經(jīng)濟性，實用性，安 全可靠性） （3）結(jié)構(gòu)設(shè)計（筒體設(shè)計，封頭設(shè)計，接管設(shè)計，法蘭設(shè)計，接管與法蘭分配， 彎頭設(shè)計，人孔設(shè)計，支座選擇，焊接形式及結(jié)構(gòu)） （4）載荷計算（筒體尺寸,封頭尺寸，補強圈選用及計算，支座載荷校核） （5）繪制儲氣罐裝配圖和零件圖 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 容器類別 設(shè)計壓力 ，設(shè)計溫度 t=150，介質(zhì)性質(zhì)無毒無害。壓力MPapc1. 的容器為低壓容器，本儲罐為低壓容器，屬于類壓力容器。61.0 4.2 筒體設(shè)計 圓柱形容器時最常見的一種壓力容器結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、便 于在內(nèi)部裝設(shè)附件等優(yōu)點 。本儲罐采用單層式筒體，即容器壁在厚度方向上由一2 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 5 頁（共 49 頁） 整體材料所構(gòu)成，便于在生產(chǎn)中采用單層卷焊式加工。 對于一般低、中壓容器，設(shè)計成長徑比為 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。對于一般中型儲罐，為便于操作管理， 一般都做成長徑比為 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 減小壓強。在滿足設(shè)計容積的情況下，根據(jù)反應(yīng)容器內(nèi)筒容積表查得最優(yōu)儲罐長徑 比為 2.5。該設(shè)計儲罐介質(zhì)為空氣，比重較小，泄漏危險不大，而且立式儲罐占地 面積小，臥式占地面積大。因此該設(shè)計選用立式圓筒容器。 空氣為介質(zhì)，無毒無害，沒有腐蝕性，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。它是屈服點為 345MPa 的壓力容器專用鋼板，也 是中國壓力容器行業(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 橢圓形封頭是由半個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 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。因此選用以內(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 優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強度較低，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 號優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無縫鋼管制 作各型號接管 4.5 法蘭設(shè)計 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 1 頁（共 49 頁） 法蘭連接的強度和緊密性比較好，裝拆也比較方便，因而在大多數(shù)場合比螺紋 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)計溫度 ，且介質(zhì)無毒無害，可以選用帶頸平 3015 焊法蘭，即 SO 型法蘭。 儲罐的設(shè)計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。對于壓力不高的場合，常用突臺形壓緊面。突面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，裝卸容 易，且便于進行防腐襯里。儲罐由于設(shè)計壓力為 1.1MPa1.6 MPa，空氣無毒無害， 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、出口) 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 2 頁（共 49 頁） 公稱尺寸 DN250，接管采用 無縫鋼管，材料為 20 號鋼。外伸長度為6273 150mm 。選取 1.6MPa 等級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 M24 螺栓連接，法蘭厚度 C=32mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =276mm，頸部過渡圓角半徑 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 第 3 頁（共 49 頁） 公稱尺寸 DN50，接管采用 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為5.37 150mm。選取 1.6MPa 等級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 M16 螺栓連接，法蘭厚度 C=22mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =59mm，頸部過渡圓角半徑 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) 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 4 頁（共 49 頁） 公稱尺寸 DN80，接管采用 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為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 M16 螺栓連接，法蘭厚度 C=24mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =91mm，頸部過渡圓角半徑 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 第 5 頁（共 49 頁） 公稱尺寸 DN25，接管采用 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為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 M12 螺栓連接，法蘭厚度 C=18mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =39mm，頸部過渡圓角半徑 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) 公稱尺寸 DN80，接管采用 無縫鋼管，材料為 20 號鋼，外伸長度為489 150mm。 需進行補強計算。選取 1.6MPa 等級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 M16 螺栓連接，法蘭厚度 C=24mm,法蘭內(nèi)經(jīng) =91mm，頸部過渡圓角半徑 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 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 6 頁（共 49 頁） 圖 4-2 法蘭連接 圖 4-3 接管法蘭 4.7 彎頭設(shè)計 N4 為安全閥口，安全閥在容器中起安全保護作用。當(dāng)容器壓力超過規(guī)定值時， 安全閥打開，將系統(tǒng)中的一部分氣體/流體排入大氣/管道外，使系統(tǒng)壓力不超過允 許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。由于沖出壓力較大，閥口不可直接 對人，因此需 90安裝，用彎頭過渡。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 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 7 頁（共 49 頁） 90彎頭過渡至豎直面，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 在化工設(shè)備中，開設(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 對設(shè)備內(nèi)部進行檢查、清洗。對于壓力容器，為了便于移動沉重的人孔蓋，蓋子通 常做成回轉(zhuǎn)形式。本儲罐由于尺寸較大，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 公稱尺寸為 450mm。接管采用 無縫鋼管，材料為常壓不銹鋼，外伸長1048 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 8 頁（共 49 頁） 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 M16 50 的螺栓連接。 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 9 頁（共 49 頁） 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)儲罐的設(shè)計溫度和設(shè)計壓力，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 450，壓力小于 6MPa 的場合。墊片型號標(biāo)記為：RF450-1.6 4.9 支座選擇 化工容器設(shè)備大都通過支座加以固定。支承式支座結(jié)構(gòu)簡單輕便，不需要專門 的框架、鋼梁來支承設(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。由于支承式支座對所在設(shè)備封頭 產(chǎn)生的局部應(yīng)力相對較大，故在采用這種支座時，需增設(shè)墊板。根據(jù)公稱直徑，本 儲罐選用 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 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 10 頁（共 49 頁） 安全閥是一種安全保護用閥，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，超過規(guī)定值時自動開啟，通過向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來防止 管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(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、半封閉式和開放式等 三種。半封閉式安全閥所排出的氣體一部分通過排氣管，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； 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端面對在一起進行焊接的焊縫。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接接頭，無損探傷要求為局部。 焊接系數(shù) 85.0 4.11.2 殼體對接接頭焊縫設(shè)計 回轉(zhuǎn)殼體的拼接焊縫必須采用對接焊縫。常見 A、 B 兩類對接接頭：當(dāng)鋼材兩 側(cè)厚度相等時，采用 A 類對接接頭；當(dāng)兩側(cè)厚度不相等時，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 類對接接頭。 坡口設(shè)計又是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容。V 形坡口在板厚較薄時（ 630mm ） 時使用；形狀簡單，加工方便。儲罐筒體的縱焊縫可采用對接的 V 形坡口。 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 11 頁（共 49 頁） 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 封頭與圓筒等厚： 圖 4-7 圓筒與封頭連接的焊縫圖 4.11.4 無補強接管的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計： 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。 無補強圈的焊接形式，采用截面非全焊透的焊接接頭 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 12 頁（共 49 頁） 圖 4-8 無補強截關(guān)的焊縫圖 ； ；mHnt432mnt321kk6 4.11.5 帶補強圈的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 4-9 帶補強接管的焊縫圖 接管 、 ： ， 1N2mc6mkc6 接管 、 ： ， 4644 接管 ： ， 7c0c7. 5 強度計算 第 13 頁（共 49 頁） 5 強度計算 圖 5-1 儲罐示意圖 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)儲罐長徑比為 2.5。即 L/D=2.5，此時最優(yōu)公 直徑為 DN=1100mm，所以有 L=2750mm。 5.1.2 筒體壁厚設(shè)計 設(shè)計溫度為 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 計算壁厚： pDktctic 7.385.095.2 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 14 頁（共 49 頁） （1） 靜液柱壓力： 設(shè)計壓力的 5%aMPgHp0275.10 設(shè)計壁厚： 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，名義厚度不小于 4mm。符合條件。 校核圓筒應(yīng)力： （4）MPatDpic1.58.0742 屈服強度 ， MPas35s.3049% ，筒體試驗合格。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)計筒體公稱直徑為 DN=1100mm，筒體高 L=2750mm,有效壁厚為 5.7mm。 5.2 封頭尺寸 5 強度計算 第 15 頁（共 49 頁） 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內(nèi)徑為準(zhǔn)。當(dāng) 時，直邊段高度 =25mmDi00h 5.2.3 封頭的厚度設(shè)計 封頭材料參數(shù)與筒體相同 計算壁厚： MPatpic1.528.0742 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 16 頁（共 49 頁） （5） 設(shè)計壁厚： 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)封頭在頂點處受到的應(yīng)力： （11）a c MPtphtbpa 96.15783.2212 a96.57maxMP 屈服強度： 滿足要求。s34 標(biāo)準(zhǔn)封頭在 處受到的應(yīng)力： （12） atphb98.7.121 5 強度計算 第 17 頁（共 49 頁） ，為壓縮應(yīng)力。 MPatphtb96.1783.2721 （13） a96.57maxMP 屈服強度： 滿足要求。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 補強計算及補強圈選用 圖 5-5 補強計算 根據(jù) GB150 規(guī)定，接管必要時必須進行補強設(shè)計。對管 N1、N2、N6、N7 進行補 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 18 頁（共 49 頁） 強，采用等面積補強法法進行接管補強。據(jù)前筒體與封頭計算，其計算壁厚 ，名義厚度為mT78.3mTn6 5.3.1 N1,N2(空氣進、出口管)： 公稱尺寸 DN250,接管尺寸 273 內(nèi)徑： di 61273 以 20 號鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計溫度 下 20 鋼許用應(yīng)力Co150 ，MPat140 焊接接頭系數(shù) 1 接管計算壁厚： 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 強度削弱系數(shù)： 74.0189trrf （15） 開孔直徑： mCdi 2.63.26 （16） 開孔削弱截面積： rnfctTA1)(20 （17）5.1047.10.678.3.63 補強區(qū)寬度 mdB452 tn .8. （18） 取較大值 4.526 補強區(qū)外側(cè)寬度 tdhn74.3962.1 （19） 5 強度計算 第 19 頁（共 49 頁） 外伸長度 mh150 取較小值 74.39 補強區(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，則有效補強區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積 （22） 235.0m 202321 5.148.536.7.9 mAAD （23） 需另行補強： 增加的補強金屬截面積 20 7.48.5.1mDs 根據(jù) JB/T4736-2002 初選補強圈外徑 ，厚度D0m6 補強面積： 2202 7.486236AdAss （24） 滿足要求. 5.3.2 N6(備用口)、N4（安全閥）： 公稱尺寸 DN80,接管尺寸 489 內(nèi)徑： mdi 1289 以 20 號鋼為管材，查 GB150 得設(shè)計溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 MPat140 焊接接頭系數(shù) 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 20 頁（共 49 頁） 接管計算壁厚 （25）mpDtcti 32.01428.2 鋼板負(fù)偏差 ， C.3.01%1 C2mc03.21 名義厚度 tn4 強度削弱系數(shù)： （26）74.0189trrf 開孔直徑： （27）mcdi 1.8362 開孔削弱截面積 rnftTA)(20 2074.0.1478.3.183 （28） 補強區(qū)寬度 mdB2.6. （29）tTn .32 取較大值 .16 補強區(qū)外側(cè)寬度 ， （30）thn.184. 外伸長度： 501 取較小值 m23.8 補強區(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，則有效補強區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積 5 強度計算 第 21 頁（共 49 頁） （33）233625.0mA ， （34）2021 36.4.719mAD 需另行補強； 增加的補強金屬截面積 20 .56.2043Ds 根據(jù) JB/T4736-2002 初選補強圈外徑 ，厚度D1306 補強面積 ，滿足2202 4.15489mAdAss 要求。 5.3.3 N7(人孔) 公稱尺寸 DN450,接管尺寸 1048 內(nèi)徑 mdi 610248 以 20 號鋼為管材，設(shè)計溫度下 20 鋼許用應(yīng)力 MPat140 焊接接頭系數(shù) 接管計算壁厚 （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 強度削弱系數(shù) 74.019trrf （36） 開孔直徑 （37）mcdi 4.623.8.26 開孔削弱截面積 rnftTA1)(20 1.75.01.07.38.46 （38） 補強區(qū)寬度 mdB8.924.6 （39）tTn .2 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 22 頁（共 49 頁） 取較大值 mB8.924 補強區(qū)外側(cè)寬度 ， （40）mtdhn68104.21 h501 取較小值 61 補強區(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，則有效補強區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積 23325.mA ，需2021 1.7656.1735.701.46 mAD 另行補強 增加的補強金屬截面積 20 .4.2.Ds 根據(jù) JB/T4736-2002 初選補強圈外徑 ，厚度mD606 補強面積 。滿2202 5.478mAdAss 足補強要求。 5.4 支座選型 5 強度計算 第 23 頁（共 49 頁） 符合下列條件的鋼制立式圓筒型壓力容器： （1）公稱直徑 DN800-DN4000mm; （2）圓筒長度 L 與公稱直徑 DN 之比 L/D5； （3）容器總高度 10m;0H 選用 A 型 2 號支承式支座。 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 24 頁（共 49 頁） 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 6.1 容積檢驗 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)計壓力 ，321 81.6.mV3 滿足要求。 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（共 49 頁） 儲罐重量： kgm58.619.26.421 每一個支座所需要承擔(dān)的載荷： KNgQ4.183.95863/ 支座允許載荷 kN0 由于 ， 支座強度滿足要求。 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 度為 150mm，設(shè)計壓力為 1.1MPa,材料的彈性模量為 2.0eMPa, 泊松比 ，設(shè)計溫度為3.0 ，設(shè)計應(yīng)力強度 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 試對封頭開孔接管進行分析設(shè)計。 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 26 頁（共 49 頁） 7.1.2 分析問題 雖然橢圓封頭中心開孔接管結(jié)構(gòu)具有幾何軸對稱的特點，但由于存在接管彎矩，載荷是非 對稱的，只能采用 1/4 或 1/2 模型，由于接管力及力矩往往沿三個方向，具有 6 個值，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 模型進行有限元分析。 7.1.3 GUI 過程 （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（共 49 頁） （5）施加約束與載荷 （6）結(jié)果后處理 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 28 頁（共 49 頁） 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（共 49 頁） 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 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 30 頁（共 49 頁） 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（共 49 頁） 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 壓力容器開孔接管區(qū)的應(yīng)力分析 開孔破壞了殼體材料的連續(xù)性，削弱了原有的承載面積，在開孔邊緣附近必定造成應(yīng)力集 中；同時接管的存在使開孔接管區(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)過程中將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力；接管與殼體是通過焊縫連接在一起的，焊縫的結(jié) 構(gòu)尺寸會形成局部結(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)伸長度 ，外伸長度 ，外側(cè)過度圓角tn6i5ln150ln 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 32 頁（共 49 頁） ，內(nèi)側(cè)過度圓角 ，內(nèi)壓 ，材料的彈性模量mr10mr52MPap1. ，泊松比 。MPaeE5.23.0 柱殼開孔幾何尺寸如圖 圖 6-1 柱殼開孔尺寸圖 7.2.2 分析問題 內(nèi)力作用下的應(yīng)力狀況，有限元模型可利用結(jié)構(gòu)的對稱型取開孔接管區(qū)的 1/4 建模。筒體 的長度 筒體端面施加軸向平衡面載荷 ，按如下公式計算： m2750cLcP 2cpPiciiDt （48） 7.2.3 GUI 過程 （1）環(huán)境設(shè)置 7 ANSYS 應(yīng)力校核 第 33 頁（共 49 頁） （2）定義單元及材料 （3）創(chuàng)建筒體與接管模型 （4）劃分單元 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 34 頁（共 49 頁） （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（共 49 頁） 7.2.4 結(jié)果處理與討論 計算結(jié)果如上圖所示，分別從兩個角度顯示了通體開孔后的應(yīng)力分布?？梢娮畲髴?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) 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 36 頁（共 49 頁） /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（共 49 頁） 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 空氣儲氣罐的設(shè)計 第 38 頁（共 49 頁） 8 總結(jié) 在本次設(shè)計中，選材時綜合考慮材料的物理、力學(xué)性能，耐腐蝕性，經(jīng)濟性。 在進行工藝計算后再進行了強度校核。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，查閱資料參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇 附件。采用公稱直徑為 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。另采用等面積補強法對空氣進出口管、備用口、人孔口進行補 強設(shè)計，選用坡口 A 型的補強圈。 過程裝備設(shè)計是根據(jù)產(chǎn)品在全壽命周期內(nèi)的功能和市場競爭（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，運用工藝、機械、控制、力學(xué)、材 料、 ，以及美學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等知識，經(jīng)過設(shè)計人員的創(chuàng)造性勞動，制定用于制造的技術(shù) 文件。它是過程裝備研制的第一道工序，設(shè)計工作的質(zhì)量和水平，對產(chǎn)品的質(zhì)量、 性能、研制周期和經(jīng)濟效益往往起著決定性的作用。 通過本次為期近一個月的畢業(yè)設(shè)計，首先對專業(yè)知識有了更深入的理解。 過程裝備與控制工程的名稱在設(shè)計之前僅僅停留在課本層面，沒有什么感性的認(rèn)識。 經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計，綜合運用個學(xué)科知識，把理論化為實踐，完成了專業(yè)知識的升華。 容器、法蘭、接管、補強等等平時看起