過濾器的設計及運動仿真[三維UG]【含CAD高清圖紙和說明書】

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From the aspect of peoples daily life, such as the exploitation and utilization of resources and energy and the advanced national defense to the aspect of protecting environment and preventing pollution and other aspects, all of them cannot be without filtration-separation technology . Filter and filtering-separation technology are not only used widely but also are one of the key equipments in some production processes. If the technology is used unsuitably, the production task will not be finished and the quality of the products will not be improved. Even it will cause the the waste of resources and environmental pollution so that it will reduce the production efficiency.Therefore, in order to meet the demands of different production, we should research, design and manufacture the various series, specifications and types of filters according to the kinds of production materials and the requirements of production. This design chooses fine the composite bag type filter as the design object. After comprehensive understanding of the structure and working principles of the filter, this design uses SW6-1998 process equipment calculation software for calculating the strength of the pressurized cylinder, head, and flange pressure parts and other pressurized parts. This design has a parametric modeling of the elements of filter by using UG software and assemble the integral structure virtually. Then the design will lead the assembly into the motion simulation interface of the UG software and use the software to make kinematics simulation. Next we should make analysis of the simulation results and obtain the corresponding conclusions. Finally we should do the optimization design to improve the stability and reliability of the filter in order to put this design into the daily production operation really and make contributions faithfully to the filtration-separation technology. Key words: UG ; Filter ; Motion simulation V 目 錄 摘 要 .III AbstractIV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 過濾器設計的目的和意義 .1 1.2 過濾器的發(fā)展 .1 1.3 過濾器的未來展望 .2 1.4 本文的基本構(gòu)想與要求 .3 2 過濾器總體設計方案 .4 2.1 過濾器設計概述 .4 2.1.1 過濾器簡介 4 2.1.2 過濾器結(jié)構(gòu) 4 2.1.3 過濾器工作原理 4 2.1.4 過濾器有關設計參數(shù) 4 2.2 過濾器的特征 .4 2.2.1 主要特征 4 2.2.2 安裝步驟 5 2.2.3 應用 5 2.3 過濾器的參數(shù)計算 .5 2.3.1 內(nèi)筒體內(nèi)壓計算 5 2.3.2 內(nèi)筒封頭內(nèi)壓計算 6 2.3.3 法蘭計算 7 2.3.4 開口補強計算 9 2.4 過濾器部件設計 .10 2.4.1 封頭設計 10 2.4.2 法蘭設計 11 2.4.3 搖臂式吊桿設計 13 2.4.4 筒體設計 13 2.4.5 復合濾筒設計 15 2.4.6 支座組件設計 15 3 SW6-98 軟件的應用 17 3.1 SW-98 軟件介紹 17 3.2 SW6-98 軟件結(jié)構(gòu)及一般使用指南 18 3.3 SW6-98 軟件的使用 19 3.3.1 軟件模塊計算項目 19 3.3.2 軟件計算校核 19 4 UG 軟件的應用 23 4.1 UG 軟件介紹 .23 4.2 UG 功能與優(yōu)點 .23 4.3 UG 主要功能模塊 .24 4.4 過濾器運動仿真分析 .26 5 結(jié)論與展望 .33 5.1 結(jié)論 .33 5.2 不足之處及未來展望 .33 致 謝 .34 參考文獻 .35 無錫太湖學院學士學位論文 0 1 緒論 1.1 過濾器設計的目的和意義 目前，我國很多企業(yè)使用傳統(tǒng)過濾器，這種過濾器在過濾持續(xù)過程中，過濾面積小 使得液體中固態(tài)雜質(zhì)被過濾元件表面，過濾效率下降。因此需要對此裝置進行改進與創(chuàng) 新，提高使用周期，減少停車次數(shù)，能夠提高生產(chǎn)產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。復合型袋式精細過 濾器與普通過濾器相比，在同樣殼體、容積的情況下，該過濾器過濾面積相對大 60%以 上，這樣裝置運行周期長，停車時間短，有效降低運行成本；在相同處理量的情況下， 該過濾器過濾面積較普通過濾器大，意味著設備容積就可以做小，可以節(jié)省設備投資 20%以 上，有效降低設備的制造成本。 1.2 過濾器的發(fā)展 過濾器的原型是人們?yōu)楸Ｗo呼吸而使用的呼吸保護器具 1。據(jù)記載，早在一世紀的羅 馬，人們在提純水銀的時候就用粗麻制成的面具進行保護。在此之后的漫長時間里，空 氣過濾器也取得了進展，但其主要是作為呼吸保護器具用于一些危險的行業(yè)，如有害化 學品的生產(chǎn)。1827 年布朗發(fā)現(xiàn)了微小粒子的運動規(guī)律，人們對空氣過濾的機理有了進一 步的認識。 過濾器的迅速發(fā)展是與軍事工業(yè)和電子工業(yè)的發(fā)展緊密相關的。在第一次世界大戰(zhàn) 期間，由于各種化學毒劑的使用，以石棉纖維過濾紙作為濾煙層的軍用防毒面具應運而 生。玻璃纖維過濾介質(zhì)用于空氣過濾于 1940 年 10 月在美國取得專利。50 年代，美國對 玻璃纖維過濾紙的生產(chǎn)工藝進行了深入的研究，使空氣過濾器得到了改善和發(fā)展。60 年 代，HEPA 過濾器問世；70 年代，采用微細玻璃纖維過濾紙作為過濾介質(zhì)的 HEPA 過濾 器，對 0.1 微米粒徑的粒子過濾效率高達 99.9998%。八十年代以來，隨著新的測試方法 的出現(xiàn)、使用評價的提高及對過濾性能要求的提高，發(fā)現(xiàn) HEPA 過濾器存在著嚴重的問 題,于是又產(chǎn)生了性能更高的 ULPA 過濾器。目前，各國仍在努力研究，估計不久就會出 現(xiàn)更先進的空氣過濾器。 過濾器本身的設計也取得了顯著進展，其中最重要的是分隔板的去除，即無隔板過 濾器的發(fā)展。無隔板過濾器不僅消除了分隔板損壞過濾介質(zhì)的危險，而且有效地增加了 過濾面積，提高了過濾效率，并降低了氣流阻力，從而減少了能量消耗。此外，空氣過 濾器在耐高溫、耐腐蝕以及防水、防菌等方面也取很大的進展，滿足了一些特殊的需求。 70年代前后是精密過濾器飛躍發(fā)展時期，美、英、德、法和日本都有自己牌號的精 密過濾器，并紛紛在國際市場上競爭。影響最大的是美國公司，其次是德國公司，他們 分布于世界各地，從事精密過濾器濾膜和精密過濾器濾器的生產(chǎn)，科研和銷售等工作。 六十年代，我國一些科研部門對精密過濾器進行了小規(guī)模的試驗和應用，但基本上 沒有形成工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)能力。70年代末期，上海醫(yī)藥工業(yè)研究院等單位對精密過濾器 進行了教系統(tǒng)的研究。迄今為止，國內(nèi)已有了商品化的精密過濾器，其中生產(chǎn)最多的品 種是混合纖維素濾膜。耐溶劑、耐溫和耐酸堿等方面的濾膜特種多孔濾膜已被研制 和先后投產(chǎn)的有聚砜酰胺精密過濾器膜、N 型聚酰胺精密過濾器膜、聚四氟乙烯精密過濾 器膜、核孔膜及其他優(yōu)質(zhì)精密過濾器濾膜等。 過濾器的設計及運動仿真 1 至于精密過濾器的形式，除板式以外，還制成了摺疊式筒型，可謂品種繁多、五花 八門，基本已滿足了國內(nèi)各方面的需要。當然和國外相比，我國的產(chǎn)品無論是在質(zhì)量方 面還是在數(shù)量方面，都還存在一定的差距，有待進一步的提高和創(chuàng)新。 精密過濾器主要用于分離各種流體中尺寸為0.1-10m 的微生物和微粒子。在實驗室 中，精密過濾器過濾時檢查有形微細雜質(zhì)的重要工具。主要用途如下： 1、用于微生物檢測，例如對飲用水中大腸菌群、游泳池水中假單胞族菌和鏈球菌、 啤酒中酵母和細菌，軟飲料中酵母、醫(yī)藥制品中細菌的檢測和空氣中微生物的檢測等。 2、用于微粒子檢測，例如對注射劑中不溶性異物、石棉粉塵，航空染料中的微粒子， 水中懸浮和排氣中粉塵的檢測，鍋爐用水中鐵分的分析及放射性塵埃的采樣等。 在流體凈化、分離雜質(zhì)、貴重物料回收等領域取得了最大的工藝效益和經(jīng)濟效益， 被廣泛應用于石油化工、精細化工、化纖工業(yè)、制藥工業(yè)及航空、電子、食品、飲料等 行業(yè)。 主要用途如下： 1、納濾（NF） 、超濾（UF） 、反滲透（RO ） 、電滲析（EDI）等系統(tǒng)保安過濾； 2、醫(yī)藥針劑、大輸液、滴眼液、中草藥藥液等過濾，生物制劑提取、提純、濃縮； 3、電子、微電子、半導體工業(yè)用高純水預過濾； 4、油田回注水、鍋爐補給水、化學試劑、液體有機制品、高純化學品、濃藥等過濾； 5、飲用純凈水、礦泉水、果汁、茶飲料、保健飲品過濾； 6、白酒、葡萄酒、啤酒、黃酒及其他果酒的過濾，純生啤酒除菌過濾； 7、生產(chǎn)、生活廢水處理及中水循環(huán)再利用過程中的預處理過濾或保安過濾； 8、其他如生物工程、油類精制、印染、紡織行業(yè)的給水及廢水處理、科研實驗過濾 等。 1.3 過濾器的未來展望 在如今這個社會經(jīng)濟發(fā)展越來越迅速的時候，有多少人會注意到環(huán)境污染的嚴重性 呢？好在有我們的過濾器出現(xiàn)和運用，為我們解決了困擾多年的污染問題，還提醒了我 們環(huán)境保護的重要性，而設備未來的發(fā)展也是很值得期待的 2。 可以說，過濾器的出現(xiàn)使得我們國家多年來長期存在的污染肆意的難題得到了完美 的解決，它利用自身的先進的濾網(wǎng)將水中的懸浮物、顆粒物、細菌等有害物質(zhì)進行有效 阻擋，從而使水質(zhì)得到一定程度的凈化，并且能夠達到中水回用的標準，經(jīng)過它處理凈 化的中水可以用來灌溉、洗車，大大節(jié)省了有限的淡水資源。 事實證明，提高水資源的使用率才是節(jié)省的根本辦法，我國的南方地區(qū)常年多雨， 大范圍的降雨經(jīng)常給當?shù)厝嗣駧碇T多不便，但是自從有效利用了高效過濾器之后，專 家們從雨水中得到了可用的再生水資源，這一發(fā)現(xiàn)不僅解決了雨水排放不利的問題，同 時也為我們的社會開發(fā)了新的水資源。 全球范圍內(nèi)的水質(zhì)污染給我們的生活帶來了巨大的影響，污水不僅污染了我們的環(huán) 境，更會對我們的身體健康造成傷害，近來年由于水污染而引起的疾病也是屢見不鮮。 高效過濾器出現(xiàn)成功吸引了我們的眼球，不僅解決了困擾我們多年的污水泛濫問題，同 時還能在一定程度上緩解水資源的重負，因此得到了一致的好評。 無錫太湖學院學士學位論文 2 由于我國的環(huán)保產(chǎn)業(yè)起步比較晚，基礎也很是薄弱，因此以往人們對環(huán)保的概念還 不是很清晰，但是如今隨著經(jīng)濟水平的持續(xù)增長，人民生活水平的不斷改善，大家也開 始越來越重視環(huán)保的概念。我們國家的中央財政在環(huán)境保護方面的支出也是逐年增加， 這不得不說是一個很好的現(xiàn)象。在環(huán)保事業(yè)的發(fā)展中，必不可缺的無疑是高效率的過濾 設備了。 過濾器對城市的污水進行一定的處理并且促進了水的循環(huán)利用，這個階段即將成為 凈化設備市場發(fā)展的高峰時期。因為我們都知道，中國的淡水面積還是相當少的，一些 偏遠城鎮(zhèn)的供水問題還不能得到有效的解決，情況令人堪憂。越來越多地區(qū)的供水量及 供水安全問題的逐漸得到了各方面的重視和關心，國家把這兩個問題提到至關重要位置， 可見水處理行業(yè)將成為中國未來幾年發(fā)展最迅速的產(chǎn)業(yè)之一。 我們經(jīng)常說的工業(yè)水處理包括了工業(yè)用水處理、工業(yè)用水重復水處理和工業(yè)廢水處 理三大類，高效過濾器很對這三個方面在自身的技術上做出了巨大的改革，使其能更加 適應環(huán)境與時代的發(fā)展。除了一些基本的污水處理領域，過濾器還將運用到海水淡化、 中水循環(huán)利用和終端水處理等更多細節(jié)化的領域去，這其中無不蘊含著驚人的市場潛力 和發(fā)展的空間。這一系列的措施都使得設備的特性被發(fā)揮到了極致，它的未來十分值得 期待。 現(xiàn)在人們開始越來越清晰的認識到如何利用雨水帶來節(jié)水、防洪、環(huán)境方面的巨大 收益，尤其在一些北方城市已經(jīng)開始逐步實現(xiàn)雨水的循環(huán)再利用。此時就更需要一些專 業(yè)的過濾設備來推進這項工程的發(fā)展。過濾器作為新型的過濾設備，在解決水污染的問 題方面可是很有一套的，到目前為止它已經(jīng)廣泛運用于飲用水的處理、循環(huán)水處理、工 業(yè)水處理、采礦業(yè)水處理等各行各業(yè)。 隨著人們的環(huán)保意識的日益加強，大家也開始逐漸意識到水資源的寶貴，水是我們 的生命之源，同時水也不是用之不竭的，如何對其進行有效的保護是目前環(huán)境保護工程 中的重點。過濾器就是我們國家用來保護水資源的有利屏障。 大家都知道我國一直是一個嚴重缺水的國家，加上水污染嚴重、地下水超采等一系 列問題，使得我們所面臨的局勢越來越危急，如何有效保護水資源成了我們迫在眉睫的 任務，也是不容忽視的。而過濾器設備的出現(xiàn)無疑是給這種緊張的情況帶來了一絲緩和 的希望，它采用進口優(yōu)質(zhì)原材料制作而成，結(jié)構(gòu)新穎獨特、工作強度高、使用壽命長， 擯棄了傳統(tǒng)設備復雜的安裝使用程序，采用簡單快捷的使用方式。 1.4 本文的基本構(gòu)想與要求 我所設計的復合型袋式精細過濾器，可以運用于很多領域。它占地面積很小，過濾 效率高。所以我在選擇零件上會偏向易于單件加工、生產(chǎn)簡單、容易維修的零件。 基本要求如下： (1) 全面了解復合型袋式精細過濾器的結(jié)構(gòu)及其工作原理。 (2) 計算相關參數(shù)，對整體進行計算，設計過濾器的機構(gòu)尺寸。 (3) 主要機構(gòu)參數(shù)選擇完畢之后，利用 AutoCAD3進行二維模型的建立。首先，完成 裝配圖。其次，拆分主要零件，作出零件圖。 (4) 根據(jù)二維圖紙，利用 UG 建立三維模型并進行運動仿真。首先，完成各部分的零 件圖；其次，把各個零件圖進行裝配；最后進行運動仿真。 過濾器的設計及運動仿真 3 2 過濾器總體設計方案 2.1 過濾器設計概述 2.1.1 過濾器簡介 復合型袋式精細過濾器主要由三部分組成：過濾容器、支承網(wǎng)籃和過濾袋。根據(jù)流 量要求可在單機里使用多個濾袋，液體從過濾容器側(cè)面或者下面進液口進入，由被網(wǎng)籃 支撐的濾袋上方?jīng)_入濾袋中，濾袋因液體的沖擊和均勻的壓力面展開，使得液體物料在 整個過濾袋內(nèi)表面得到均勻分布，透過濾袋的液體沿著金屬支承網(wǎng)籃壁，由過濾器底部 出液口排出。濾出顆粒雜質(zhì)被截留在過濾袋內(nèi)，完成過濾過程。每只濾袋都有單獨的鎖 緊裝置，絕無側(cè)漏機會。復合型袋式精細過濾器因體積較大，頂蓋重量重，一個工人難 以操作，在此過濾器加上搖臂裝置，可降低人工成本。復合型袋式精細過濾器操作簡單、 方便，占地面積較小，安裝十分簡單；過濾精度高，適用于任何細微顆?；驊腋∥铮^ 濾范圍可從 1800 微米；有效過濾面積大，一個濾袋過濾功能相當于同類型濾芯 510 倍，可大大降低成本； 設計流量可以滿足 11000m 3/h 要求，成本造價低；用途廣泛， 可用于粗濾或精濾； 單位過濾面積的處理流量較大，過濾阻力較小，過濾效率高。 2.1.2 過濾器結(jié)構(gòu) 復合型袋式精細過濾器設計采用立式結(jié)構(gòu)，是一種壓力式過濾裝置，主要有過濾筒 體、過濾筒蓋和快開機構(gòu)、不銹鋼濾袋加強網(wǎng)等主要部件組成，過濾器加上搖臂裝置， 能快速方便的開啟上封頭。上封頭和筒體采用法蘭連接，能更好的防止側(cè)漏，下封頭與 筒體采用焊接連接。筒體內(nèi)部的過濾裝置進行單獨設計能更好的利用空間，提高單位過 濾面積的處理量，過濾效率高。根據(jù)需求選擇合適的支腳，對抗震有很大的幫助。 2.1.3 過濾器工作原理 復合型袋式精細過濾器是一種結(jié)構(gòu)新穎、體積小、操作簡便靈活、節(jié)能、高效、密閉 工作、適用性強的多用途過濾設備。復合型袋式精細過濾器常設置在壓力過濾器之后， 用于去除液體中細小的微粒，以滿足后續(xù)工序?qū)M水的要求。濾液由過濾機外殼的旁側(cè) 入口管流入濾袋，濾袋本身是裝置在加強網(wǎng)籃內(nèi)，液體滲透過所需要細度等級的濾袋即 能獲得合格的濾液，雜質(zhì)顆粒被濾袋攔截，從而達到固液分離。該機更換濾袋十分方便， 過濾基本無物料消耗。 2.1.4 過濾器有關設計參數(shù) 該過濾器工作壓力為 0.5MPa，設計壓力為 0.6MPa，工作溫度為 25，設計溫度為 80。主要受壓元件材質(zhì) 06CrNi10，牌號 S30408，標準 NB/T47010-2010。設備最大處 理量為 145m3 /h，過濾精度為 5m，濾件材質(zhì)為聚酯，過濾面積 3m2。 2.2 過濾器的特性 2.2.1 主要特征 （1）設計結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，占用工作液少，減少投資運營成本； 無錫太湖學院學士學位論文 4 （2）過濾量大，壓降小，過濾精度高，性能穩(wěn)定，濾袋清洗周期長，濾袋可重復使 用； （3）袋式過濾器采用積木式裝卸，固定壓緊裝置，密封性能好，這樣對清洗修理方 便，節(jié)省維修成本。 2.2.2 安裝步驟 1、徹底清洗過濾器殼體。2、外殼進出口與過濾系統(tǒng)管路相連，連接時注意方向，確 保濾芯為外側(cè)進水、內(nèi)側(cè)出水狀態(tài)。3、將濾芯開口一端的塑料袋打開，檢查O 形圈是否 完好、就位。4、用合適的的濕潤劑(例如水)濕潤O 形圈和濾芯座插孔。5、手握濾芯靠近 O形圈的一端，垂直將濾芯插口完全插入濾芯座插孔。 6、將所有的濾芯插好后，去掉濾 芯包裝袋，再扣上壓板固定，然后將金屬罩殼安裝好。7、打開外殼頂部的放氣閥。8、 稍微打開入口閥，使液體進入殼體，直到液體從殼體頂部的放氣閥益出，此時關閉放氣 閥。9、緩慢調(diào)節(jié)打開下游出口閥，直至完全打開。10、緩慢調(diào)節(jié)打開入口閥，直至完全 打開此時過濾器上、下游之間的壓力降為0.02Mpa(確定流量下的初始壓降)。 2.2.3 應用 在化工石油領域：可以過濾潤滑油、航煤等油品、分離從苯中的聚合物、回收催化 劑、過濾催化油漿、過濾開桶后的原料、成品灌裝前的保安過濾、攔截碳墨和助濾劑、 濾清樹脂、丙烯酸和黏膠乳劑、泵前保護 4。 在涂裝行業(yè)：電泳漆過濾、超濾的保護過濾、脫脂工藝過濾、磷化液體的過濾、電 泳漆除油、過濾清洗液、過濾金屬漆、清漆等。 在樹脂涂料油墨行業(yè)：樹脂等原料過濾、清除涂料中的纖維、凝膠、過濾溶劑、過 濾研磨細度不達標顆粒、清除混合反應后的顆粒雜質(zhì)、清除膠性涂料的凝結(jié)塊、清除涂 料中的油份。 食品飲料行業(yè)：攔截造糖中的碳墨和助濾劑、食用油拋光、灌裝前的保安過濾、各 種工藝用水、糖漿等原料的過濾、去除調(diào)和工藝中產(chǎn)生的雜質(zhì)、濾除飲料中的懸浮物、 沉積物。 在水處理和膜工業(yè)：HVAC系統(tǒng)凈化、清除水管中的水垢或鈣化物、原水的濾清、過 濾處理廢水的化學品、超濾膜、RO膜的前置保護、阻攔絮狀物、膠狀物、膜法提純液的 預過濾、攔截離子交換樹脂。 2.3 過濾器的參數(shù)計算 2.3.1內(nèi)筒體內(nèi)壓計算 （1）計算條件 計算壓力 Pc=0.6MPa，設計溫度 t=80，內(nèi)徑 Di=500mm，材料為 0Cr18Ni9（板材） ，試驗溫度許用應力 =137.00MPa，設計溫度許用應力 t =137.00MPa，試驗溫度下屈服點 s=205.00MPa，鋼板負偏差 C1=0.60mm，腐蝕裕量 C2=0.00，焊接接頭系數(shù) =0.85，名義厚度 n=5mm。 （2）厚度計算 計算厚度可按下列公式計算: m29.60.85.13722ctiPD （2.1） 過濾器的設計及運動仿真 5 有效厚度 m4.06.521 Cne （2.2） 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型：液壓試驗 試驗壓力值計算公式如下： PaPtT M75.0136.025.1 （2.3） 壓力試驗允許通過的應力水平 T asT50.849.0 （2.4） 試驗壓力下圓筒的應力 PaaDPeiT M57.085.042)(7.2)( （2.5） 因為 TT 所以校核合格 （3）壓力及應力計算 最大允許工作壓力計算公式如下： PaDPei tw M03.24.508137.2)( （2.6） 設計溫度下計算應力： aaeict 9.424.2)(7.2)( （2.7） 校核條件 t t 結(jié)論： 合格 2.3.2 內(nèi)筒封頭內(nèi)壓計算 （1）計算條件 計算壓力 Pc=0.6MPa，設計溫度 t=80，內(nèi)徑 Di=500mm，曲面高 度 hi=125mm，材料為 0Cr18Ni9（板材） ，試驗溫度許用應力 =137.00MPa，設計溫度 許用應力 t =137.00MPa，鋼板負偏差 C1=0.50mm，腐蝕裕量 C2=0.00，焊接接頭系數(shù) =1.00。 （2）厚度計算 形狀系數(shù) 125 061261ihDK （2.8） 無錫太湖學院學士學位論文 6 計算厚度 m10.6.058.13725.02 ctiPDK （2.9） 有效厚度 5.4m05.21 Cne （2.10） 最小厚度 min=2.00mm 名義厚度 n=5.00mm 結(jié)論：滿足最小厚度要求 （3）壓力計算 最大允許工作壓力 PaKDPei tew M45.2.4501137.25.02 （2.11） 結(jié)論：合格 2.3.3 法蘭計算 （1）計算條件 設計壓力 p=0.60MPa，計算壓力 Pc=0.60MPa，設計溫度 t=80。殼體的許用應力 n=137.0MPa， n t=137.0MPa，材料名稱 0Cr18Ni9。法蘭的許用應力 n=137.0MPa， t=119.8MPa，螺栓的許用應力 n=117.0MPa， n t=108.0MPa，材料名稱 35。螺栓公稱直徑 dB=20.0mm，螺栓根徑 dd=17.3mm，數(shù)目為 20 個。 墊片結(jié)構(gòu)尺寸 Di=510.0mm，D b=590.0mm，D 內(nèi) =504.0mm，D o=630.0mm，D 外 =544.0MPa， l=8.0mm，如圖 2.1 所示。 過濾器的設計及運動仿真 7 圖 2.1 墊片結(jié)構(gòu) （2）螺栓受力計算 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wa Wa= bDG y = 504297.3N （2.12） 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wp Wp = Fp + F = 183130.0N （2.13） 所需螺栓總截面積 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 4310.2mm2 （2.14） 實際使用螺栓總截面積 Ab Ab = 42根dn = 4698.0mm2 （2.15） 墊片最小寬度 Nmin Nmin = GyD28.6= 4.4 （2.16） （3）彎矩計算 外壓 Mp 力矩計算 Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ) （2.17） 內(nèi)壓 Mp 力矩計算 Mp = MD+MG+MT （2.18） 式（2.17）中 FD = 0.785 i2pc= 122507.1N，L D= 0.5(Db -Di)= 40.0mm，L G= 0.5 ( Db - DG ) = 31.0mm，F(xiàn) T = F-FD = 8799.6N，L T= 35.5mm。 式（2.18）中 FG = Fp = 51730.6N， ，M G= FG LG = 1603678.1N.mm，M D= FD LD = 無錫太湖學院學士學位論文 8 4900284.0N.mm，M T= FT LT = 312389.0N.mm。 由式（2.18）計算可得：M p = 6816351.0Nmm 越緊力矩 Ma 計算 Ma= W LG （2.19） 式（2.19）中 W=Wa= 526980.1N，L G= 0.5 ( Db - DG ) = 31.0mm。 由式（2.19）計算可得：M a= 16336671.0N.mm 計算彎矩 Mo= Mp 與 ft中大者，可得 Mo=14279681.0N.mm。 （4）螺栓間距校核 實際間距 （2.20）mnDLb7.92 最小間距 min46.0mm （2.21） 最大間距 )5.0(62fBaxdL 116.8mm （2.22） （5）輸入法蘭厚度 f = 48.0 mm， 法蘭應力校核，如表 2-1 所示。 表 2-1 法蘭應力校核 計算值 許用值 剪應力校核結(jié)論lDWia1 41.11MPa n18.0校核合格lip2 14.29MPa t.2校核合格 （7）計算結(jié)果 （2.23）mDYMitfOfn7.46 結(jié)論：校核合格 2.3.4 開口補強計算 （1）接管 N1、N2 計算條件 接管 N1、N2 的補強計算，計算方法按照 GB150-1998 等面積補強法，如圖 2.2 所示。 計算壓力 pc=0.6MPa，設計溫度=80 ，殼體型式為圓形筒體，殼體材料名稱及類型為 0Cr18Ni9 板材。 殼體開孔處焊接接頭系數(shù) =0.85，殼體內(nèi)直徑 Di=500mm，殼體開孔處名義厚度 n=5mm，殼體厚度負偏差 C1=0.5mm，殼體腐蝕裕量 C2=0mm，殼體材料許用應力 t=137MPa。 接管實際外伸長度為 150mm，接管實際內(nèi)伸長度為 0mm，接管焊接接頭系數(shù)為 1， 接管腐蝕裕量為 0，接管厚度負偏差 C1t =0.562mm，接管材料許用應力 t=137MPa，接 過濾器的設計及運動仿真 9 管材料名稱及類型為 0Cr18Ni9 管材。 圖 2.2 接管簡圖 1 （2）接管 N1、N2 的開孔補強計算，如表 2-2 所示。 表 2-2 開孔補強計算 1 參數(shù) 數(shù)據(jù) 參數(shù) 數(shù)額 殼體計算厚度 1.291mm 接管計算厚度 t 0.176 mm 補強圈強度削弱系數(shù) frr 0 接管材料強度削弱系數(shù) fr 1 開孔直徑 d 81.12mm 補強區(qū)有效寬度 B 162.2 mm 接管有效外伸長度 h1 19.11mm 接管有效內(nèi)伸長度 h2 0 mm 開孔削弱所需的補強面積 A 104.8mm2 殼體多余金屬面積 A1 260.3 mm2 接管多余金屬面積 A2 143.8mm2 補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 20.25 mm2 因為 A1+A2+A3=424.3 mm2 ，大于 A，所以不需另加補強。 結(jié)論：補強滿足要求，不需另加補強。 （3）接管 N3 計算條件 接管 N3 的開孔補強計算，計算方法按照 HG20582-98 等面積補強法，如圖 2.3 所示， 計算條件如下。計算壓力 pc=0.6MPa，設計溫度=80 ，殼體型式為橢圓形封頭，殼體材 料名稱及類型為 0Cr18Ni9 板材。 殼體開孔處焊接接頭系數(shù) =1，殼體內(nèi)直徑 Di=500mm，殼體開孔處名義厚度 n=5mm，殼體厚度負偏差 C1=0.5mm，殼體腐蝕裕量 C2=0mm，殼體材料許用應力 t=137MPa。 橢圓形封頭長短軸之比為 2，接管實際外伸長度為 120mm，接管實際內(nèi)伸長度為 0mm，接管焊接接頭系數(shù)為 1，接管腐蝕裕量為 0，接管厚度負偏差 C1=0.438mm，凸形 封頭開孔中心至封頭軸線的距離為 160mm，接管軸線與殼體表面法線的夾角為 22.61 度， 接管材料許用應力 t=137MPa，接管材料名稱及類型為 0Cr18Ni9 管材。 無錫太湖學院學士學位論文 10 圖 2.3 接管簡圖 2 （4）接管 N3 的開孔補強計算，如表 2-3 所示。 表 2-3 開孔補強計算 2 計算截面 圖 示 截 面 計算截面 與 圖 示 成 90 度 的 截 面 應力校正系數(shù) F 1 應力校正系數(shù) F 1 開孔直徑 d 30.22mm 開孔直徑 d 27.88mm 補強區(qū)有效寬度 B 60.43mm 補強區(qū)有效寬度 B 55.75mm 開孔削弱所需的補強面積 A 29.81mm2 開孔削弱所需的補強面積 A 27.5mm2 殼體多余金屬面積 A1 106.2mm2 殼體多余金屬面積 A1 97.94mm2 接管多余金屬面積 A2 59.33mm2 接管多余金屬面積 A2 59.33mm2 補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 12.25mm2 補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 12.25mm2 圖示截面計算結(jié)果 A1+A2+A3+A4 =177.7mm2 與 圖 示 成 90 度 的 截 面 計 算 結(jié) 果 A1+A2+A3+A4 =169.5mm2 計算截面的校核結(jié)果都合格。 結(jié)論：補強滿足要求，無需另加補強。 2.4 過濾器部件設計 2.4.1 封頭設計 封頭是壓力容器重要的受壓元件，其質(zhì)量直接關系到壓力容器的安全性。自 60 年代 開始，我國陸續(xù)制定了一些封頭標準，有的業(yè)已經(jīng)過修訂，如按結(jié)構(gòu)型式分類的 JB576- 95碟形封頭 、JB/T4737-95橢圓形封頭 、JB/T4738-9590折邊錐形封頭 、 JB/T4739-9560 折邊錐形封頭和按成形方式分類的 JB/T4729-94旋壓封頭 。這些標 準對我國壓力容器用封頭的設計、制造、檢驗和驗收，都起到過十分重要的作用，但也 存在著分類方法不統(tǒng)一、標準內(nèi)容相互不協(xié)調(diào)等問題。壓力容器封頭的用途十分廣泛， 它是在石油化學工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟的各個部門都起著重要作用的 設備。 根據(jù)GB/T25198-2010壓力容器封頭選擇合適的封頭 5。本標準的適用范圍如下： 1、本標準規(guī)定了鋼制以及鋁、鈦、銅、鎳及鎳合金制壓力容器用封頭的制造、檢驗 與驗收要求，以及常用的封頭型式與基本參數(shù)。 2、本標準適用于整板、拼板采用沖壓、旋壓、卷制以及分瓣成形的壓力容器用半球 過濾器的設計及運動仿真 11 形、橢圓形、蝶形、球冠形、平底形和錐形封頭。 3、常壓容器及其他承壓設備用封頭的制造、檢驗與驗收要求可參照本標準執(zhí)行。 根據(jù)封頭的計算，封頭壁厚選擇5mm，運用AutoCAD畫出三維圖，如圖2.4所示。 圖2.4 上封頭與下封頭 2.4.2 法蘭設計 壓力容器法蘭是壓力容器的常用部件，是連接各種壓力容器部件的基本元件，廣泛 地用于石油化工、電力、原子能、輕工等工業(yè)領域。 對于容器而言，壓力容器法蘭應該是一個組件，包括法蘭、墊片和連接螺栓或螺柱 以及螺母，其作用是使不同的受壓元件組合在一起，同時保證連接部位不產(chǎn)生泄漏。壓 力容器法蘭，法蘭連接的主要失效形式為接頭的剛度失效，其外部表現(xiàn)形式為泄漏。壓 力容器內(nèi)部的介質(zhì)具有高溫、高壓的特點，同時具有易燃、易爆的特性或毒性，一旦產(chǎn) 生泄漏，將發(fā)生嚴重的次生災害，嚴重威脅壓力容器木體和周圍設備以及人員的安全。 因此容器法蘭的設計和選用應優(yōu)先考慮的因素是整體密封性能。 法蘭是一種盤狀零件，法蘭都是成對使用的，在管道工程中最為常見。在管道工程 中，法蘭主要用于管道的連接。在需要連接的管道，各種安裝一片法蘭盤，低壓管道可 以使用絲接法蘭，4 公斤以上壓力的使用焊接法蘭。水泵和閥門，在和管道連接時，這些 器材設備的局部，也制成相對應的法蘭形狀，也稱為法蘭連接。 根據(jù) JB47004007-2000 壓力容器法蘭選擇合適的法蘭 6，本標準適用范圍如下： 1、本標準規(guī)定了壓力容器法蘭的分類、規(guī)格，法蘭、螺柱、螺母的材料及墊片的匹 配，各級溫度下的最大允許工作壓力，技術要求以及標記。 2、本標準適用于公稱壓力 0.256.40MPa，工作溫度-70450 的碳鋼、低合金鋼制壓 力容器法蘭。 本文的設計壓力為 0.6MPa，設計溫度為 80，材料選擇 0Cr18Ni9。按設計要求選擇 無錫太湖學院學士學位論文 12 JB/T47012000 甲型平焊法蘭，密封面結(jié)構(gòu)型式選擇凹凸密封面如圖 2.5 所示。運用 AutoCAD 三維建模建模如圖 2.6 所示。 圖 2.5 凹凸密封面 圖2.6 甲型平焊法蘭 2.4.3 搖臂式吊桿設計 搖臂式吊桿的墊板和支承板與筒體焊接固定，利用耳環(huán)、銷軸、開口銷和活節(jié)螺栓 將上封頭與吊桿連接，在需要開啟設備時利用導向套的導向作用，推動彎桿即可開始設 過濾器的設計及運動仿真 13 備法蘭。管帽、接管和長半徑彎頭采用焊接，使用605規(guī)格。加強筋使用323，很好 的加強接管強度。螺母和墊片分別查找GB95-85與 GB6170-86。此裝備降低了人工成本， 濾袋更換非常便捷，富有人性化的設計大大提高了本設計的使用性能。 運用AutoCAD三維建模完成搖臂式吊桿組合件的設計，如圖2.7所示。 圖2.7 吊桿 2.4.4 筒體設計 根據(jù)GB24511-2009承壓設備不銹鋼鋼板及鋼帶選擇合適的鋼板，本標準適用范圍如 下： 本標準規(guī)定了承壓設備用不銹鋼鋼板及鋼帶的分類和代號、尺寸、外形及允許偏差、 技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志及產(chǎn)品質(zhì)量證明書等內(nèi)容。本標準適用于 寬度不小于600mm的承壓設備用熱軋、冷軋不銹鋼鋼板及鋼帶（含卷切鋼板）。 為了使壓力容器上焊縫分布均勻、避免焊接殘余應力相互疊加，有關壓力容器規(guī)程 中對焊縫的數(shù)量和布置做了具體的規(guī)定。 （1）筒體拼接時，最短筒節(jié)的長度：對于中低壓鍋爐不應小于300mm，對于高壓鍋 爐不應小于600mm；每節(jié)筒體，縱向焊縫的數(shù)量：筒體內(nèi)徑Di1800mm時，拼接焊縫不 多于2條，Di1800mm時，拼接焊縫不多于3條；每節(jié)筒體兩條縱焊縫中心線間的外圓弧 長，對于中低壓鍋爐不應小于300mm，對于高壓鍋爐不應小于600mm；相鄰筒節(jié)的縱向 焊縫應相互錯開，兩焊縫中心線間的外圓弧長不得小于鋼板厚度的3倍，且不得小于 100mm。 無錫太湖學院學士學位論文 14 （2）封頭和管板應盡量用整塊鋼板制成。如必須拼接，封頭、管板的內(nèi)徑 Di2200mm時，拼接焊縫不多于1條，Di2200mm時，拼接焊縫不多于2條；封頭拼接焊 縫離封頭中心線距離應不超過0.3Di，并不得通過扳邊人孔，且不得布置在人孔扳邊圓弧 上；管板上整條拼接焊縫不得布置在扳邊圓弧上，且不得通過扳邊孔；由中心圓板和扇 形板組成的凸形封頭，焊縫的方向只允許是徑向和環(huán)向的。徑向焊縫之間的最小距離應 不小于壁厚的3倍，且不小于100mm。 （3）爐膽拼接焊縫的要求同于筒體。U形下腳圈的拼接焊縫必須徑向布置，兩焊縫 中心線間最短弧長不應小于300mm。 （4）管子對接焊縫不應布置在管子的彎曲部分。對于中低壓鍋爐，受熱面管子直段 上的對接焊縫的中心線至管子彎曲起點（或鍋筒、集箱外壁，或管子支架邊緣）的距離。 至少為50mm，對高壓鍋爐，上述距離至少為70mm；鍋爐范圍內(nèi)管道焊縫中心線至管道 彎曲起點之間的距離不應小于管道的外徑，且不小于100mm；受熱面管子直段上，對接 焊縫間的距離不得小于150mm。 （5）受壓元件主要焊縫及其鄰近區(qū)域，應避免焊接零件。如不能避免時，焊接零件 的焊縫可穿過主要焊縫，而不要在焊縫及其鄰近區(qū)域中止。 （6）開孔、焊縫和轉(zhuǎn)角要錯開。開孔邊緣與焊縫的距離應不小于開孔處實際壁厚的 3倍，且不小于100mm。在凸形封頭上開孔時，孔的邊緣與封頭周邊間的投影距離應不小 于封頭外徑的10。開孔及焊縫不允許布置在部件轉(zhuǎn)角處或扳邊圓弧上，并應離開一定 距離。根據(jù)設計的筒體長度為1484mm，兩板焊接時應錯開焊縫線。 按照計算筒體結(jié)果，選擇筒體壁厚為5mm，筒體開口方位圖見總圖，三維建模如圖 2.8所示。 圖2.8 筒體 2.4.5 復合濾筒設計 濾筒，是一種用來進行過濾的筒狀元件，濾筒一般分為用來過濾液體狀介質(zhì)的濾筒 過濾器的設計及運動仿真 15 和過濾氣體狀介質(zhì)的濾筒，通常我們所指的濾筒大多是用來過濾空氣的，稱之為空氣濾 筒（以下簡稱濾筒） 。過濾液體是主要是用各種目數(shù)的金屬絲網(wǎng)，除去液體中的雜質(zhì)。濾 筒屬于表面過濾元件，它是利用濾材表面形成的微小透氣組織阻擋掉空氣中的粒狀物質(zhì)。 常見濾筒的濾料有木漿纖維濾紙，紡粘法聚酯纖維無紡布，金屬絲網(wǎng)，其中聚酯無 紡布可以進行覆膜，防油防水，防靜電處理。 濾筒的用途：用于礦業(yè)、石油、化工、食品、醫(yī)藥、機械制造等行業(yè)。擠出機料簡 前由篩板支撐的不同網(wǎng)目的金屬絲網(wǎng)組，其作用是過濾熔融料流和增加料流阻力，借以 濾去機械雜質(zhì)和提高混煉或塑化的效果。 復合濾筒是過濾器設計中最富有科技含量的一部分，它是由兩個大小不同的濾筒顛 倒焊接而成，根據(jù)設計需求還可以設計成多濾筒型。這樣的設計可以大大增加了過濾面 積，提高過濾效率。 根據(jù)設備最大處理量為 145m3 /h，過濾精度為 5m，濾件材質(zhì)為聚酯，過濾面積 3m2。 運用三維建模如圖 2.9 所示。 圖2.9 復合濾筒 2.4.6 支座組件設計 容器支座是容器放置的重要組成部分，能夠支撐容器的設備重量、固定設備、支承 無錫太湖學院學士學位論文 16 操作引起的振動、承受地震載荷和風載荷。 結(jié)構(gòu)型式由容器自身的型式?jīng)Q定，分為：臥式容器支座、立式容器支座和球形容器 支座。臥式容器的支座可分為鞍座、圈座和支腿。立式容器的支座分為耳式支座、支撐 式支座和裙式支座。球形支座可分為柱式支座和裙式支座。 支承式支座可以用鋼管、角鋼、槽鋼來制作也可以用數(shù)塊鋼板焊成。它們的型式、 結(jié)構(gòu)、尺寸及所用材料應符合 JB/T 4712-2007 容器支座 。支承式支座分為 A 型和 B 型 適用的范圍和結(jié)構(gòu)如表 2-4 所示。A 型支座筋板和底板的材料為 Q235-A，B 型支座鋼管 材料為 10 號鋼，底板材料均為 Q235-A。 支承式支座的優(yōu)點是簡單輕便，但它和耳式支座一樣，對殼壁會產(chǎn)生較大的局部應 力因此當容器殼體的剛度較小、殼體和支座的材料差異或溫度差異較大時，或殼體需焊 后熱處理時，在支座和殼體之間應設置加強板。 根據(jù)設計要求選擇立式容器支座的支撐式支座及支腿，如圖 2.10 所示。 表 2-4 形式特征 型式 支座號 墊板 適用公稱直徑 DN 鋼制焊接 A 14 有 8002200mm 鋼制焊接 A 56 有 24003000mm 鋼管焊接 B 18 有 8004000mm 圖 2.10 支承式支座 過濾器的設計及運動仿真 17 3 SW6-98 軟件的應用 3.1 SW6-98 軟件介紹 多年以來，SW6作為一個工程設計計算軟件在化工設備設計領域為廣大工程師提供 了巨大的幫助，已成為設備設計人員進行設備設計、方案比較、在役設備強度評定等工 作所不可缺少的重要工具。隨著國標GB150、GB151及其其它相關標準的更新改版，SW6 的計算內(nèi)容也必須進行更新。另外，近些年來計算機的軟、硬件技術已取得了很大的進 展，基于DOS 系統(tǒng)的SW6在用戶界面上已顯得陳舊，因此，也有必要在這方面對其進行 改進。這次新推出的過程設備計算軟件包SW6-1998即是在最新改版的國標基礎上，對計 算內(nèi)容和用戶界面都作了較大的更新和修改。在內(nèi)容上，本軟件包增強了設備計算的功 能，并增加了一些HGJ18-89（即HG20582-1998）中的壓力元件計算內(nèi)容。SW6-1998對 SW6的更直觀的改進在于用戶界面，SW6-1998的運行環(huán)境為Windows系統(tǒng)。像眾多的 Windows應用軟件一樣，SW6-1998將使用戶感受到直觀、方便、靈活的特性。 新版的GB150和GB151在材料、外壓錐殼計算、高壓靜密封、U 形管換熱器管板等方 面都作了較大的修改。SW6-1998當然對這部分計算內(nèi)容進行了必要的修改以同國標相一 致。同時，考慮到在工程上設計人員有時需對國標GB150 和GB151 中未列入的壓力元件進 行設計計算，SW6-1998在保留原SW6中有關HGJ16-89 的內(nèi)容外，又增加了一些零部件的 計算內(nèi)容，如無墊片密封焊、非圓形法蘭、卡箍、內(nèi)壓彎頭、三通和Y 形管的計算等。在 SW6-1998中，單獨有一個另部件計算程序?qū)δ切┎怀Ｊ褂玫牧聿考M行設計計算。SW6- 1998同SW6相比，另一個較大的改進在于使用方法上。SW6-1998的使用和數(shù)據(jù)存放都是 以一個設備為基礎。在 SW6-1998中，包含了10個設備計算程序。每一個設備計算程序 既可以進行設備的整體計算，也可以進行該設備中某一個零部件的單獨計算。這使得有 經(jīng)驗的設計人員在應用本軟件時可以有較大的自由度，又能很方便地進行多種方案的比 較?？梢哉f，SW6-1998的這一結(jié)構(gòu)具有相當?shù)撵`活性，兼顧了一般和資深設計人員的要 求。另外，象原SW6一樣，SW6-1998并不限制用戶必須使用GB150 所提供的材料。如果 設計人員選用GB150的材料，則SW6-1998提供材料各種性能數(shù)據(jù)庫，即這些數(shù)據(jù)將不要 求用戶自己輸入。用戶還可以通過兩種方法來使用GB150 以外的其它任何材料。一種方法 是用戶可自行建立材料性能數(shù)據(jù)庫（SW6-1998提供了一個操作極其方便的用戶材料數(shù)據(jù) 庫管理程序） ，那么程序在運行時將象GB150的材料一樣處理。第二種方法是用戶可在數(shù) 據(jù)輸入時將所有計算所需要的材料性能數(shù)據(jù)都通過鍵盤輸入。 由于SW6-1998的運行環(huán)境不再是DOS，而是Windows，因此它的用戶界面比SW6有 了很大的提高，具體表現(xiàn)在以下幾方面： 1、在數(shù)據(jù)輸入時，用戶可隨時退出程序運行。這時，已輸入的那些數(shù)據(jù)將自動存放 在用戶所指定的文件中。用戶可以在以后再次打開這個文件繼續(xù)進行數(shù)據(jù)輸入或運算。 2、程序運行時，數(shù)據(jù)輸入和運算可以任意交替進行（當然，每一個零部件計算所