热水集水器设计
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摘要
热水集水器是使用范围很广的一种化工生产和换热站流体循环设备，其中，在居民采暖系统中的，集水器管理着若干的支路管道，在空调水系统和工业水系统中的，同样管理若干的支路管道，分别包括回水支路和供水支路，但其较大多位DN350-DN1500不等，用钢板制作，属于专业类压力容器[1]。多个容器之间需要安装压力调节阀，且需要有自动旁通管路辅助。可见在生活生产和众多领域中，热水集水器都表现出它非同寻常的作用。在合理的结构设计与完善的加工工艺流程下，所制作出的热水集水器更能保证工业的安全生产和生活上的舒适便捷。所以热水集水器的结构设计和加工工艺创新优化就尤为重要。
本设计任务主要是根据生产加工要求，设计制作卧式热水集水器。卧式热水集水器的优点是制作流程简单，安装方便，安全系数高。本次热水集水器的设计主要是在压力为0.2MPa，介质温度为80℃，筒体内直径 Di为500mm，筒体长度L为1500mm的条件下罐体材料的选择，工艺流程的规范，封头形式的确定以及各部位的强度计算和整体应力校核（结构设计中的标准件可以参照国家标准根据设计条件直接选取；非标准件，设计完结构后必须进行相应的应力校核）
在次设计中明确了各种管材的形式及其国家规定的应用范围，重点阐述了热水集水器的设计理念、设计标准。在罐体材料选择方面，对多种钢材的性能进行了多角度的对比。选择出的板材既符合了质量技术要求又节约了生产成本。
关键字： 热水集水器； 结构设计； 强度计算； 应力校核
Abstract
Catchment water heater is using a wide range of chemical industry production and heat exchange station fluid circulation devices. Among them, in residents of heating system, water collector manages a number of branch pipe and in air conditioning water system and industrial water system, management of the same number of branch pipeline, respectively include a backwater branch and water supply branch, but the large number of DN350-DN1500 ranging, the use made of steel plate, which belongs to the professional class pressure vessel. A plurality of containers between the need to install a pressure regulating valve, and the need to automatically bypass pipeline auxiliary[2]. Visible in the production and life in many fields, hot water collector showed its extraordinary role in reasonable Structure design and perfect processing flow, produced by the hot water collector more assurance of industrial safety in production and the life convenient and comfortable[3]. So the catchment water heater structure design and process optimization and innovation is particularly important.
The design task is mainly according to the requirements of production and processing, design and production of horizontal catchment water heater. Advantages of horizontal catchment water heater is making process is simple, the installation is convenient, high safety coefficient. The hot water collector design is mainly in the pressure of 0.2MPa, medium temperature of 80 DEG C, the cylinder diameter Di is 500mm, the cylinder length L for the choice of the material of tank under conditions of 1500mm, process specification, forms of head and various parts of the strength calculation and overall should be checking (structure design of standard parts can be according to the national standard of the design according to the direct selection; non standard parts to complete the design After the structure must be carried out the corresponding stress check.
Made clear the scope of application of various pipes form and the provisions of the state in the design, focusing on the catchment water heater design philosophy, design standard. In the tank material selection, the performance of a variety of steel products are multi angle comparison. The selected sheet is in line with the quality and technical requirements and save the production cost.
Keywords: Hot water collector; Structural design; Strength calculation; Stress check
目 录
第一章 综述 1
1.1 热水集水器概述 1
1.2 热水集水器及附件设计 1
1.2.1 热水集水器的进出水口 1
1.2.2 在热水集水器之前的供水连接管道 1
1.2.3 热水集水器的旁通管 2
1.2.4 热水集水器排气阀 2
1.3 热水集水器的种类 2
1.3.1 普通型热水集水器 2
1.3.2 自动功能型热水集水器 2
1.4 热水集水器的设计 3
1.5 系统设计 3
1.5.1 系统设计标准以及平衡阀要求 3
1.5.2 热水集水器支管温控器及热电执行器 3
1.6 热电执行器及温控阀 3
1.7 热水集水器结构和功能及自动化 4
1.8 热水集水器维护 5
1.8.1 热水集水器材料 5
1.8.2 热水集水器密封性 5
1.9 热水集水器标准及技术要求 5
1.9.1 热水集水器的设计标准和技术要求 5
1.9.2 热水集水器的技术要求及实物图 6
第二章 管材介绍 7
2.1 管道的介绍 7
2.1.1 管道的材质和分类 7
2.2 管件的种类及连接方式 7
2.2.1 金属管道的连接 7
2.2.2 非金属管道的连接 8
2.3 管道附件及施工前准备 8
2.3.1 管道附件分为配水附件和控制附件 8
2.3.2 管道施工前的准备 8
2.4 管道的分类与分级 9
2.4.1 管道分类 9
2.4.2 管道的分级 10
第三章 制造材料介绍 11
3.1 Q345R的介绍 11
3.2 16Mn的介绍 11
3.3 Q235的介绍 12
3.4 20号钢的介绍 13
3.5 20G无缝钢管的介绍 14
3.6 高压锅炉钢管介绍 14
3.7 冲击功试验及效果 14
第四章 具体强度计算与应力校核 16
4.1 计算条件 16
4.2 内压圆筒校核 17
4.3 左右封头、筒体、平盖厚度计算 18
4.5 卧式容器(双鞍座) 19
4.6支座反力计算与筒体弯矩计算 20
4.7筒体的轴向应力计算 21
4.8鞍座处圆筒周向应力与鞍座应力计算 22
4.9 开孔补强计算 23
4.9.1 N4开孔补强计算 23
4.12.2 N5开孔补强计算 24
4.12.2 N1、N2、N3、N6开孔补强计算 25
第五章 总结 26
参考文献 27
致谢 28
第一章 综述
1.1 热水集水器概述
热水集水器是用于连接各路加热管供回水的配水和汇水装置。
一般热水集水器主要由壳体和固定支座两个部分组成[4]。其作用是先将热源热水分开导入每一路的地面辐射供暖所铺设的管内，实现分室供暖和调节温度的目的。集水器是将分开散热后的每一路内的低温水汇集到一起，再回到回水主管系统的装置。支架部位起到将热水集水器固定到墙体或地面的作用。
热水集水器是由主管、分路调解阀和接头、排气阀、泄水阀、主管终端堵头几个部件组成[5]。所用材料常见有：铜、铜镀镍、不锈钢、聚丙烯（PP-R）、合金铝（防腐处理）。支架常见材料为钢，表面需防腐处理，一般为喷塑或镀锌。
1.2 热水集水器及附件设计
1.2.1 热水集水器的进出水口
每个环路加热管的进出水口应分别与热水集水器出水管连接。热水集水器主体内径不应小于总供、回水管内径，且热水集水器最大断面流速不宜大于0.8m/s。每个集水管和分水管分支环路不宜多于8路。环路过多将可能导致热水集水器的管道过于密集，不利于安装。每个分支环路供回水管上均应设置铜制球阀等可关断阀门。
1.2.2 在热水集水器之前的供水连接管道
在热水集水器之前的供水连接管道上，顺水流方向应安装阀门、过滤器及泄水管。在热水集水器之前设置两个阀门，主要是供清洗过滤器和更换或维修热计量装置时关闭用；设过滤器是为了防止杂质堵塞流量计和加热管。热计量装置前的阀门和过滤器，也可采用过滤球阀（过滤器和球阀组合为一体）替代。在集水器之后的回水连接管上，应安装泄水管，并加装平衡阀或其他可关断调解阀[6]。系统配件应采用耐腐蚀材料。安装泄水装置，用于验收前及以后维修时冲刷管道和泄水用，最好泄水装置就近有排水装置，对有热计量要求的系统应设置热计量装置。
1.2.3 热水集水器的旁通管
在热水集水器的总进水管与集水器的总出水管之间，应设置旁通管，旁通管上设置阀门。旁通管的连接位置应在总进水管的始端（阀门之前）和总出水管的末端（阀门之后）之间，保证对供暖管路系统冲洗时水不流进加热管。
1.2.4 热水集水器排气阀
热水集水器上均应设置手动或自动排气阀。尽量安装自动放气阀，以便在以后的使用过程中，给生产生活带来方便，避免了冷热压差以及补水等因素造成的集气，而使系统运行受阻。
1.3 热水集水器的种类
1.3.1 普通型热水集水器
普通型热水集水器的结构比较简单，在加热管与热水集水器的接口处分路设置调节性能好的阀门，通过手动调节来控制支管温度。特点是安装调试容易，可以外露安装[7]。热水集水器的总体特点是结构简单，性能稳定，安装方便，易于维修。内嵌于墙面内，更加强了对热水集水器的保护作用，节约空间。
第五章 总结
本次毕业设计主要的研究方向为热水集水器的结构设计与加工工艺的改进与创新。通过使用更人性化的设计理念与选择合适的钢材以及运用合理的焊接技术和防腐处理，使得设计出的热水集水器拥有了更出众的性能和更高的使用年限。
在本次设计中主要针对以下几点进行改进与创新：
（1）改进了钢材之间的焊接方式，使各部位的连接更加紧密，提高其强度。
（2）对罐体的内外表面进行了相应的防腐处理，提高了其使用年限，方便了后期维护工作。
（3）对管材的选择进行了分析，选择更加适合生产环境的管材，使得介质的输送更加安全可靠。
（4）对罐体钢材进行对比分析，选出优质的钢材，在保证了耐压的前提下，大大提高了热水集水器的安全性。
通过本次毕业设计，开阔了视野，使自己的专业知识和实践能力方面有一定的进步。毕业设计考验了我，作为一名大学生即将完成学业，它不仅是在学校的知识的全面总和与综合应用，也在面对未来发展方向的社会实践中为我打造了一个良好的开端。毕业设计是对所学的理论知识考核，也培养和提高了我独立分析问题和解决问题的能力。我在校期间的学习时光即将结束，我也很努力的完成这次设计。其次，我的指导教师汤老师也说本次毕业设计教学是一个教师对教学效果的测试，更是提高教学质量的好机会。
就在我完成了一周的一周的设计任务的时候，毕业设计也结束了。在我的不断努力下。在这几年的恩师的尊尊教诲中，通过这几年所学知识的总结，真正面对毕业设计时自己出现的基本想法上的错误。毕业设计不仅是对所学知识的检验，也是对自己的一种能力的提高。通过这次毕业设计使我了解了自己原有的知识太过理论化。我要学的东西太多，总是感觉到什么都懂，眼高手低。通过这次毕业设计，我了解到，学习是一种长期积累的过程，在今后的工作中，要继续学习，努力提高自己的知识和整体素质。
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致谢
完成毕业设计的过程使我学到了很多、很多……这些宝贵的财富得益于学校布置的任务，以及委派的指导教师。所以感谢校领导给了我这样一段珍贵而难忘的记忆。
我在刚看到毕业设计的内容时，真是一头雾水，完全不知如何下手，甚至怀疑自己是否从事过本专业的学习，一直到完成了的现在，都感觉像在做梦，可能由于自身水平和要求时间的限制，所以一直都在赶夜车，也就不知自己是否醒着。如果不是金老师和林老师优于常人的耐心、不厌其烦、不畏艰难的帮助、指引我，恐怕我就不能完成这项艰巨的任务。
通过毕业设计的全过程，不仅知识方面有了进步，也加深了同学间的友谊。因为我们互相帮助，共同协作，取长补短，顺利完成了毕业设计。最后，感谢我的组员们守望相助，感谢老师们诲人不倦，愿我辈自强不息，振兴中华！祝老师芝兰萦绕、桃李满天下！
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