压力容器与管道技术课程设计.docxVIP

河南城建学院压力容器与管道安全课程设计班 级 0234102 专 业 安全工程 姓 名 xujinliang 学 号 0234102xx 课程名称 压力容器与管道安全指导教师 xxx xxx xxx 目录一、 设计时间及地点二、 目的与任务三、 设计题目1. 筒体和附件材料的选择21.1.1封头的选择21.1.2支座的选取2四、工艺计算11筒体壁厚的计算41.2封头壁厚的计算41.3鞍座的计算51.4筒体轴向应力校核1.4.1筒体轴向弯矩计算51.5筒体轴向应力计算61.6筒体和封头切向应力校核71.6.1筒体切向应力计算81.6.2封头切向应力计算81.7筒体环向应力校核81.7.1环向应力计算81.8鞍座有效断面平均压力91.9开孔补强的计算10一、设计时间及地点二、目的与任务本课程设计是在学完压力容器与管道安全之后综合利用所学知识完成一个压力容器设计。该课程设计的主要任务1.是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深对压力容器的结构、原理、特性的认识和基本知识的理解，提高综合运用课程所学知识的能力。2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。3.通过实际设计方案的分析比较，设计计算，元件选择等环节，初步掌握工程中压力容器设计方法。4.培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。三、设计题目 某厂需添置一台液氨贮罐，已知：设计压力p=1.5MPa，设计温度T=39，容器内径D=1190mm，容积V=2.7立方米，设备充装系数0.9，采用鞍式支座。试设计该设备。1. 筒体和附件材料的选择纯液氨腐蚀性小，贮罐可选用一般碳素钢，压力容器专用钢板为20R，另外还有一些合金钢，如16MnR、15MnVR等也适合做为压力容器的钢板。1.1.1 封头的选择几何方面，就单位容积的表面积来说，以半球形封头为最小。椭圆形和蝶形封头的容积和表面积基本相同，可以近似认为相等。力学方面，在直径、厚度和计算压力相同的条件下，半球形封头的应力最小，二向薄膜应力相等，而沿经线的分布式均匀的。如果与壁厚相同的圆筒体连接，边缘附近的最大应力与薄膜应力并无明显不同。椭圆形封头的应力情况就不如半球形封头均匀。由应力分析可知，椭圆形封头沿经线各点的应力是变化的，顶点处应力最大，在赤道上可能出现环向内压应力，对于标准椭圆形封头与壁厚相等的圆筒体相连接时，其可以达到与筒体等强度2。1.1.2 支座的选取本题目为鞍式支座。四、工艺计算11筒体壁厚的计算筒体的理论计算壁厚公式为2： (3.1)式中 筒体的理论计算壁厚，mm； pc筒体计算压力，MPa； Di筒体内径，mm； t钢板在设计温度下的许用应力，MPa;焊接接头系数，其值为1。取计算压力pc=p=1.5MPa，筒体内径Di=DN=1190mm，查表2.1知16MnR在设计温度为39时的许用应力为t=163MPa，将这些数值代入公式(3.1)计算出筒体的计算厚度为：由于液氨对金属有一定的腐蚀，取腐蚀裕量C2=2mm，故筒体的设计厚度为：由钢板厚度负偏差表查得C1=0.8mm，故名义壁厚为：圆整后取n=8mm。1.2封头壁厚的计算1.2.1采用的是标准椭圆形封头，各参数与筒体相同，其厚度计算式为2：设计厚度为：名义厚度为：圆整后取n=8mm。查得标准椭圆形封头的直边高度(JB/T4737-95)为h0=25mm。1.3鞍座的计算首先粗略计算鞍座负荷。贮罐总质量为储罐总质量M= M1+ M2+ M3式中M1罐体质量，kgM2封头质量，kgM3液氨质量，kg13.1 罐体质量m1DN=1190 mm，=8 mm的筒节，查得每米质量为370kg/m,由查得筒体每米长的容积=1.12/m，查得封头每米长的容积=0.33/m.然后由V=2V封+V筒=2V2+V1L=20.33+1.12L=2.8解得L=1.9m，取公称直径DN=1190mm，壁厚=8mm的筒体，查表得每米质量是q1=190kg/m，所以M4=2190+1.9370=1083 kg由于整个罐的容积为2.8,故其水压试验时罐内的水重为M2=2.81000=2800其它附件质量M3人孔质量约为85 kg,其他接管质量和按200 kg计。于是，设备总质量为M= M1+ M2+ M3 =2800+1083+（85+200）=4168 kg由以上计算内容的鞍座反力G=Mg=41680N1.4筒体轴向应力校核1.4.1筒体轴向弯矩计算筒体中间处截面的弯矩为 (5.1)式中F鞍座反力(N)；Rm椭圆封头长半轴外半径(mm)；L两封头切线之间的距离(mm)；A鞍座的位置(mm)；hi筒体内半径(mm)；其中所以 支座处截面上的弯矩为 (5.2)于是1.5筒体轴向应力计算1.5.1由弯矩引起的轴向应力圆筒中间截面上最高点处： (5.3)于是最低点处：鞍座截面处最高点处：最低点处：=1.5.2由设计压力引起的轴向应力 (5.4)于是1.5.3轴向应力组合与校核最大轴向拉应力出现在筒体中间截面最低点处, 于是 (5.5)许用轴向拉压应力t=163MPa，合格。最大轴向压应力出现在充满水时，在筒体中间截面的最高点处轴向许用应力 (5.6)根据A值查外压容器设计的材料温度线图6（化工设备机械基础,赵军编，P152）图11-9，查得B=130MPa，取许用压缩应力，合格。1.6筒体和封头切向应力校核1.6.1筒体切向应力计算 (5.7)由化工机械工程手册（上卷）P11-100表11.4-12查得K3=0.880，K4=0.401。于是1.6.2封头切向应力计算 (5.8)于是合格.1.7筒体环向应力校核1.7.1环向应力计算设垫片不起作用。（1）在鞍座处横截面最低点处 (5.9)式中b2筒体有效宽度。由化工机械基础手册（上卷）P11-101表11.4-13查得K5=0.7603，K6=0.0132。式中k=0.1考虑容器焊在鞍座上 (5.10)式中b支座轴向宽度。于是故（2）鞍座边角处轴向应力因为，所以 (5.11)（3）环向应力校核合格。合格。1.8鞍座有效断面平均压力支座承受的水平分力 (5.12)由化工机械工程手册（上卷）P11-103表11.4-15查得K9=0.204。于是鞍座有效断面平均应力 (5.13)式中Hs鞍座计算高度；b0鞍座腹板厚度。其中Hs取鞍座实际高度（Hs=250mm）和中的最小值，即Hs=250mm。腹板厚度于是应力校核：合格。式中，鞍座材料16MnR的许用应力。1.9开孔补强的计算由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。由表3.1知本设计所选用的人孔筒节内径di450mm，壁厚nt10mm。据此差得补强圈尺寸(JB/T 4736-2002)为：外径D2=760mm，内径D1=450+210+14=484mm。开孔补强的有关计算参数如下3： 1.9.1 开孔所需补强面积A内压容器的圆筒开孔后所需的补强面积为 mm2 (3.4)式中 d开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍壁厚附加量，mm；壳体开孔处的计算厚度，mm；et接管有效厚度，mm；fr强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值。对于圆筒，壳体开口出的计算厚度为：开孔直径由于接管材料与壳体材料都为16MnR，故fr=1，将这些数据代入式(3.4)得：开孔所需补强面积1.9.2有效宽度B二者中取较大值B=911.2mm。1.9.3 有效高度(1) 外侧高度h1二者中取较小值h1=73.94mm(2) 内侧高度h2二者中取较小值h2=0mm。1.9.4 补强面积Ae在有效补强范围内，可作为补强的截面积按下式计算 (3.5)式中 Ae补强面积，mm2；A1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积按式(3.6)，mm2;A