多喷嘴立式喷射真空泵设计课程设计.doc

前 言 本次课程设计历时一周，是以学习化工设备为基础进行的一次课程设计。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。本设计书根据真空泵的设计参数，对真空泵的主要元件进行了强度，刚度，稳定性的计算和设计。对真空泵的附件进行了选型，以及对真空泵质量检验方法使用和进行焊缝的结构设计。最后提供了真空泵的装配图和水室部件图 随着我国高等教育事业的迅猛发展，社会用人机制的变革，化工类专业质量体系认证及卓越工程师教育培养计划的实施，实用型的设计已经是迫在眉睫。本设计书正是关于立式多喷嘴水喷射真空泵的设计。 本设计书根据真空泵的设计参数，对真空泵的主要元件如水室、真空室、喷板、喷嘴、喉管、尾管等进行了强度，刚度，稳定性的计算和设计。对真空泵的附件进行了选型，以及对真空泵质量检验方法使用和进行焊缝的结构设计。最后提供了真空泵的装配图和水室部件图。 化工单元操作设备设计是将化工原理及化工设备机械基础课程结合的一个总结性教学环节，是学生综合运用所学知识从事化工单元操作设备设计的训练过程。通过该环节，可培养学生实事求是的科学态度和独立工作的能力，是化工类及其相关专业极为重要的实践性教学环节之一。 再次特别感谢张茂润老师为本人提供的技术指导以及宝贵的经验。 在本次课程设计编写过程中，参考借鉴了许多优秀教材和工程设计资料，使编者受益匪浅，在此表示衷心的感谢！ 由于本人水平有限，加之又是初次进行设计，所以设计书中存在诸多不完善之处，敬请广大同仁和读者指正，以使本设计日臻完善。 目 录第一章 水室的设计41.1 水室筒体的设计51.1.1 设计参数的确定51.1.2 筒体壁厚的强度计算61.2筒体法兰联接结构的设计61.2.1法兰的设计及密封面的选型61.2.2 垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计71.3 进液管的设计81.3.1 进液管直径的设计81.3.2进液管长度的设计及装配尺寸81.3.3进液管法兰联接结构的设计9一、管法兰的设计及密封面的选型9二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计91.4筒体长度的确定101.5压力表接管及法兰联接结构的设计111.5.1 接管的设计111.5.2 法兰联接结构的设计11一、法兰的设计及密封面的选型11二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计111.6水室的部件图12第二章 平板封头的设计132.1平板封头的强度计算132.1.1设计参数的确定132.1.2 平板封头壁厚的设计132.1.3 平板封头的结构设计14第三章 喷板的设计143.1 喷嘴孔在喷板上的布置143.2 喷板的稳定性计算153.2.1 设计外压的确定153.2.2 稳定性计算15第四章 真空室的设计164.1 真空室的长度设计174.1.1圆筒的长度设计17一、进气管直径的确定17二、圆筒长度的确定184.1.2圆锥壳的长度设计184.2 真空室的稳定性计算184.2.1设计外压的确定184.2.2筒体壁厚的设计19一、试差法19二、图算法194.2.3 圆锥壳壁厚的设计204.3 真空室的法兰联接结构设计214.3.1外压圆筒的法兰联接结构设计214.3.2外压圆锥壳的法兰联接结构设计22一、管法兰的设计及密封面的选型22二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计224.3.3进气管法兰联接结构设计23一、法兰的设计及密封面的选型23二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计234.3.4进气管的装配尺寸244.3.5支座的装配尺寸244.3.6真空表接管的装配尺寸254.4 真空室的部件图26第五章 喷嘴的设计275.1喷嘴的设计275.2防旋装置的设计27第六章 喉管、尾管的结构设计286.1 喉管的设计286.2 尾管的设计296.2.1尾管的设计296.2.2 法兰联接结构设计29一、管法兰的设计及密封面的选型29二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计30第七章 压力试验317.1水室的水压试验317.1.1试验压力的确定317.1.2压力试验的强度校核317.1.3水压试验的操作317.2真空室的气压试验327.2.1试验压力的确定327.2.2压力试验的强度校核327.2.3气压试验的操作32第八章 支座的设计338.1 设备工作时总质量的估算338.1.1设备金属的质量的估算33（一）水室的金属质量33（二）真空室的金属质量33（三）喷板及喷嘴的金属质量34（四）尾管的金属质量34（五）附件的金属质量348.1.2操作介质的质量（）的估算348.2支座的选型及尺寸设计358.2.1支座的选型358.2.2支座的尺寸设计35第九章 开孔补强的设计计算369.1 水室开孔补强的设计计算369.1.1水室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算369.1.2 有效补强区内起补强作用的面积计算37一、筒体起补强作用金属面积的计算37二、接管起补强作用金属面积的计算37三、焊缝起补强作用金属面积的计算379.1.3 补强面积的的确定389.2真空室开孔补强的设计计算389.2.1真空室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算389.2.2 有效补强区内起补强作用的面积计算38一、筒体起补强作用金属面积的计算38二、接管起补强作用金属面积的计算39三、焊缝起补强作用金属面积的计算399.2.3 补强面积的的确定39第十章 主要焊缝的结构与尺寸设计40第十一章 装配图及主要部件图的设计4111.1技术特性表4111.2接管表4211.3技术要求4211.4标题栏及明细表4211.5 装配图及部件图43参考文献44第一章 水室的设计 1-法兰；2-筒体；3-仪表接管；4-进液管图1 水室的结构水室的作用：贮存具有一定压力的引射流体水，并容纳若干个喷嘴。由条件设计单中可知水室的工作压力为，属低压设备；操作介质为水，不具有污染性；操作温度为室温，因此，筒体和接管材料均选用Q235-B，法兰材料选用16Mn，其基本结构如图1所示。1.1 水室筒体的设计1.1.1 设计参数的确定设计压力： 1.1，取1.1=1.10.35液体静压： 按筒高近似为 估算=0.01，因=0.01=0.019，故可以忽略。计算压力： = = 1.10.35设计温度： 25+15=40焊缝系数： （单面焊透，局部无损探伤）钢板负偏差： 0.25（GB6654-96）因设备材料为尚耐腐蚀材料且为微弱单面腐蚀故取腐蚀裕量： 11.1.2 筒体壁厚的强度计算假设筒体壁厚的，由Q235-B、=25、查钢板的许用应力表可知113。根据得：考虑，则，圆整由于，故假设的筒体壁厚太大，应重新假设，考虑到设计压力较小，因此，强度条件已不是确定筒体壁厚的主要因素，应按刚度条件设计筒体壁厚。 1.1.3 筒体壁厚的刚度计算对于Q235-B制容器，当3800 ，2/1000且不小于3，另加图2 法兰的结构与尺寸并圆整至。故：考虑到筒体加工壁厚不小于5mm，取。1.2筒体法兰联接结构的设计1.2.1法兰的设计及密封面的选型根据法兰的DN=600、PN=0.60查表可知：法兰的类型为甲型平焊法兰；密封面的型式为平密封面，结构及尺寸如图2。法兰标记： 法兰 600-0.35 JB/T4701-2000。材 料： 16Mn螺栓规格：16螺栓数量：24法兰数量：31.2.2 垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计根据密封的介质为水，操作温度为25，操作压力为0.35，由垫片选用表可知：选用橡胶垫片，材料为橡胶板（GB/T3985）。垫片的尺寸如图3。垫片标记：HG20606 垫片 FF 600-0.35 XB350本设计选用六角头螺栓（A级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（A级、GB/T41-2000）、平垫圈（100HV、GB/T 95-2002）螺栓长度的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（）、平板封头的厚度()、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度(0.30.5)确定。其中=32、=22(见第二章)、=3、=14.8、3、螺栓伸出长度取=0.418。与平板封头联接的螺栓长度为：= 32+22+3+14.8+23+0.418=93.2mm取长度L = 95mm螺栓标记： 螺栓GB/T5780-2000 M1695材 料： Q235-A螺母标记： 螺母GB/T41-2000 M162材 料： Q235-A垫圈标记： 垫圈GB/T 952002 -16-100 HV 1.3 进液管的设计1.3.1 进液管直径的设计 取进液管液体流速 由得：根据得：由查钢管标准可知：进液管250，外径Do = 273mm、壁厚。开孔直径、Do = 273mm122,所以不需要补强。9.2真空室开孔补强的设计计算真空室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和进气管接口。由于进气管开孔尺寸最大，因此，只需对进气管孔进行补强计算。9.2.1真空室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算式中：219-12+2(1+610%)210.2（）=163/113=1.441.0，取1.0将已知值代入得： =253.3（mm2）9.2.2 有效补强区内起补强作用的面积计算一、筒体起补强作用金属面积的计算式中 取两者中较大值，取B = 420.4(mm)筒体的有效壁厚5-1.253.75（）将已知值代入得：= 557.03mm二、接管起补强作用金属面积的计算式中 取两者中较小值，=0.309（）将上述值代入得：290.54（2）三、焊缝起补强作用金属面积的计算焊缝高度6（）62=18（2）起补强作用的总面积为：557.03+290.54+18=865.57 ()9.2.3 补强面积的的确定 因为=557.03+290.54+18=865.57 ()61所以不需要补强。第十章 主要焊缝的结构与尺寸设计焊接是将需要连接的零件，通过在连接处加热熔化金属得到结合的一种加工方法，是一种不可拆连接。具有工艺简单、连接强度高、结构重量轻等优点，在化工容器及设备的制造行业中应用广泛。工件焊接后所形成的接缝称为焊缝。设备的主要焊缝有水室、真空室壳体的纵向焊缝；进液管、进气管与壳体的连接焊缝；仪表接管与壳体连接的焊缝；壳体与法兰的连接焊缝。 水室、真空室壳体的纵向焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（GB985-88）进行设计；液管、进气管与壳体的连接焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（HGJ17-89）进行设计；仪表接管与壳体连接的焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（HGJ17-89）进行设计；法兰的焊接按相应法兰标准中的规定。有关的设计结果如图24。 图24主要焊缝结构与尺寸第十一章 装配图及主要部件图的设计11.1技术特性表 技术特性表 工作压力水 室 0.35/ MPa 工作温度/ 水室 25 真空室 680mmHg真空室 25 设计压力水 室 0.22 / MPa 设计温度/ 水室 40 真空室 0.1/ MPa 真空室 40 物料名称水 室： 水腐蚀裕度/ mm水室 1.0真空室： 空气真空室 1.0 焊缝系数水 室 0.85 真空室 0.85 容器类别 11.2接管表接管表编号公称尺寸联接尺寸标准联接面形式名 称a200PN0.60DN200HG20592RF气体进口b20PN 0.60DN20 HG20592RF压力表接口c200PN0.60DN200HG20592RF进水管d20PN 0.60DN 20HG20592RF真空表接口11.3技术要求技 术 要 求 （1）本设备按GB150钢制压力容器和HGJ18-89钢制化工容器制造技术要求进行制造、试验和验收，并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程的监督。（2）焊接采用电弧焊，水室和真空室焊条牌号J427。（3）焊接接头型式及尺寸除图中注明外，按HGJ17-89中规定，对接焊缝为DU19，接管与筒体、封头的焊缝为G1，角焊缝的焊角尺寸按较薄板的厚度，法兰的焊接按相应法兰标准中的规定。（4）设备上的类和类焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度20%，射线探伤符合GB332389规定中级合格；超声波探伤符合JB 115281规定中级合格。（5）压力试验和致密性试验水室制造完毕后，以0.32进行水压试验；真空室以0.2的压缩空气做内压进行致密性试验。（6）所有管接口除注明外伸长度外，其余为150（7）管口及支座方位见本图。（8）设备检验合格后，外壳涂两层红丹漆，再涂一层银粉漆。11.4标题栏及明细表35GB/T95-2002垫圈30 /17 =3mm 16100HV34GB/T41-2000螺母M 1628Q235-A0.0291.00433GB/T5780-2000螺栓M 16808Q235-A0.1856.6632JB/T4725-2000耳式支座B24Q235-AF 3.012组合件31HG20593法兰PL250-0.60 RF116MnR8.968.9630GB13296接管27331Q235-B7.902=20029防旋十字挡环55聚四氟乙烯28手 柄2Q235-A2.027平板封头1Q235-B15.226GB/T95-2002垫圈37 /21 =3mm 72100HV25GB/T41-2000螺母M 16236Q235-A0.0291.00424GB/T5780-2000螺栓M 1610036Q235-A0.1856.6623JB/T4704-2000垫片mm1石棉橡胶板22HG20593法兰PL20-0.25 RF2Q235-B0.61.221GB8163接管2732Q235-B0.310.61=15020喷 嘴55KMTBCr20.189.9组合件19筒体6005 , H=4701Q235-B60.4818GB/T95-2002垫圈30 /17 =3mm 72100HV17GB/T41-2000螺母M 16236Q235-A0.0291.00416GB/T5780-2000螺栓M 1615036Q235-A0.2779.9815JB/T4701-2002法兰FF600-0.60316MnR52.03156.114喷 板1Q235-B19铸 件13HG20593法兰PL200-0.60 RF216MnR14.314.312GB8163接管21961Q235-B14.7=25011真空室筒体6005 , H=4201Q235-B69.4410真空室锥壳600/219, Sn=5