4-2 反应器设计说明书

年产3500吨牛磺酸项目 反应器设计说明书目 录第1章 设计概述- 2 -第2章 牛磺酸反应器（R0301）设计- 3 -2.1 反应器选型- 3 -2.1.1 类型选择- 3 -2.1.2 供热方式- 3 -2.1.3 操作方式- 3 -2.2 反应动力学分析- 3 -2.2.1 反应方程式- 3 -2.2.2 反应机理- 3 -2.2.3 反应动力学方程- 4 -2.3 反应物物性数据- 5 -2.3.1 环氧乙烷热容数据- 5 -2.3.2 二氧化碳热容数据- 6 -2.3.3 反应热- 6 -2.4 设计条件- 6 -2.4.1 进料、出料组成- 6 -2.4.2 温度- 6 -2.4.3 压力- 6 -2.4.4 换热系统- 7 -2.5 工艺尺寸计算- 7 -2.5.1 长径比- 7 -2.5.2 反应体积- 7 -2.5.3 筒体内径- 7 -2.5.4 筒体壁厚- 8 -2.5.5 筒体高度- 8 -2.5.6 封头尺寸- 8 -2.5.7 接管尺寸- 8 -2.5.8 夹套几何尺寸- 9 -2.5.9 软件模拟验证校核- 9 -2.6 搅拌装置- 14 -2.6.1 搅拌装置的选择- 14 -2.6.2 搅拌功率- 14 -2.6.3 搅拌轴- 15 -2.7 传动装置- 15 -2.7.1 电机- 15 -2.7.2 减速装置- 16 -2.8 轴封装置- 16 -2.8.1 填料密封- 16 -2.8.2 机械密封- 16 -2.9 设备装配图- 17 -2.10 强度校核结果- 18 -第1章 设计概述化学反应过程和反应器是化工生产流程的中心环节，是整个项目的核心，设计准确合适的反应器尺寸对于安全高效生产起着至关重要的作用。本章节的设计主要参考化工工艺设计手册、压力容器手册、过程设备设计与选型基础、化工原理等相关资料，对反应器的类型、外形尺寸、内件结构以及参数、接管尺寸以及强度校核等内容进行设计，并且列出了反应器的设计压力、设计温度、设备直径及计算长度。反应器为工艺流程中反应进行的场所，主要需要满足：（1）反应器有良好的传热能力；（2）反应器内温度分布均匀；（3）反应器有足够的壁厚，能承受反应压力；（4）反应器结构满足反应发生的要求，保证反应充分；（5）反应器材料满足反应物腐蚀要求；（6）保证原料有较高的转化率，反应有理想的收率；（7）降低反应过程中副反应发生的水平。本反应器主要针对的是牛磺酸用亚硫酸氨与环氧乙烷的反应，该反应有两种主流的合成工艺条件，一种是0.30.5 MPa下的，环氧乙烷与亚硫酸氨配比10.52，在反应温度为100155C下反应5小时。另一种则是在1025 MPa下，环氧乙烷与亚硫酸氨配比10.52，在反应温度为200300C下反应3小时。本工艺采用第一种合成方法。该反应的温度为150155C，反应压力为0.30.5 MPa，反应时间为5小时。在而该反应器设计两个最主要的难点也是这个反应两个最大的特点是：（1）反应的转化率低；（2）反应速度下降明显。第2章 牛磺酸反应器（R0301）设计2.1 反应器选型2.1.1 类型选择牛磺酸合成反应是环氧乙烷与亚硫酸铵的气液相反应，故适宜采用连续化操作的机械搅拌釜式反应器，可以保证液相与气相充分接触。2.1.2 供热方式采用合适的供热方式对反应有重要作用，本项目采用高温亚硫酸铵与低温环氧乙烷混合进料，在保证一定质量比的前提下，即可有效控制反应釜内温度在允许范围内波动，并且在夹套内通空气作为适当调节釜内温度，这种供热方式可显著提高换热效率，对反应器内部构造要求较小，便于制造、安装与运行。2.1.3 操作方式环氧乙烷法制备牛磺酸工艺按操作方式可分为两种：间歇式操作与连续式操作，连续式操作的反应过程中都比较均匀稳定，反应温度和出口牛磺酸浓度都不会随反应时间而改变，通过连续地补充环氧乙烷和亚硫酸铵可以维持反应釜温度、浓度的稳定，从而确保反应稳定。从装置结构上，间歇式生产方式需要周期性切换大型阀门和控制系统，而连续性生产方式只需在进料管路上安装一些小型控制阀门，从而降低了操作和维修成本。从安全角度上讲，间歇式操作由于需要周期性的反应器的切换，对装置设计的安全系数较高。本项目选择连续式搅拌釜式反应器。2.2 反应动力学分析2.2.1 反应方程式C2H4O+(NH4)2SO3HOCH2CH2SO3NH4+NH3 （2-1）HOCH2CH2SO3NH4+NH3NH2CH2CH2SO3+H2O （2-2）2NH2CH2CH2SO3NH4+H2SO42NH2CH2CH2SO3H+(NH4)2SO4 （2-3）环氧乙烷与亚硫酸铵在150C，0.5 MPa的条件下反应生成牛磺酸铵盐，采用鼓泡反应器，使得气液混合更加均匀，反应更加充分，转化率可达78%。该反应不使用催化剂。2.2.2 反应机理主反应为亚硫酸根进攻环氧乙烷开环生成羟乙基磺酸，氨中和酸性，生成中间产物牛磺酸铵盐，最后硫酸酸化将铵根摘下，生成主产物牛磺酸，其分布反应机理假设如下： C2H4O+SO32-+2H+k1HOCH2CH2SO3H （2-4）HOCH2CH2SO3H+NH4+k2HOCH2CH2SO3NH4+H+ （2-5）HOCH2CH2SO3NH4+NH3k3NH2CH2CH2SO3NH4 （2-6）2NH2CH2CH2SO3NH4+2H+k4NH2CH2CH2SO3H+2NH4+ （2-7）2.2.3 反应动力学方程rdEOdt=kEOmSO32-n （2-8）式中：r为环氧乙烷开环速率，mol/min；EO为在亚硫酸铵中环氧乙烷的浓度，mol/L；SO32-为亚硫酸铵的浓度，mol/L；m,n为环氧乙烷与亚硫酸铵的反应级数；k为反应体系的速率常数。如果亚硫酸铵远远超过环氧乙烷的浓度，那么速率方程可以写为： r=kEOm （2-9）式中：k=kSO32-n （2-10）该反应参数与化学平衡常数之间的关系如下所示： lnKeq=A+BT+ClnT+DT （2-11）表2-1 反应参数反应反应参数ABCDC2H4O+SO32-+2H+k1HOCH2CH2SO3H132.899-13345.9-22.74730HOCH2CH2SO3H+NH4+k2HOCH2CH2SO3NH4+H+216.046-12092.1-36.78160HOCH2CH2SO3NH4+NH3k3NH2CH2CH2SO3NH4554.8181-12431.7-35.481902NH2CH2CH2SO3NH4+2H+k4NH2CH2CH2SO3H+2NH4+920.3784-3335.61.4971-0.03705其中根据文献查得相关动力学参数如下表：表2-2 牛磺酸反应动力学参数参数数值置信区间（置信水平，95%）k1k10=1.96125.6(mmol/(sgatm)Ea1=44.716.9(kJ/mol)k2k20=1.6-39.65mmol/(sgatm)Ea2=266.319.9(kJ/mol)K2K20=8.03.8(atm-1)H2=64.397.9(kJ/mol)K3K30=3.00.2(atm-1)H3=238.988.7(kJ/mol)k3k30=0.006236(mmol/(mingbar)Eac=127.855.3(kJ/mol)KK=e(16.858-36934T+265728T2)(atm)通过单位换算、数据整合最终得到动力学数据方程，如下表所示：表2-3 动力学推导结果序号反应参数KE（cal/mol）1C2H4O+SO32-+2H+k1HOCH2CH2SO3H1.5e+615.6232HOCH2CH2SO3H+NH4+k2HOCH2CH2SO3NH4+H+3.28e+725.9413HOCH2CH2SO3NH4+NH3k3NH2CH2CH2SO3NH41.56e+711.58542NH2CH2CH2SO3NH4+2H+k4NH2CH2CH2SO3H+2NH4+4.76e+816.5392.3 反应物物性数据表2-4 物性数据物质fH298/KJ/molfG298/kJ/molH2O-285.83-237.178CO2-393.509-394.359SO2-296.8-300.1NH3(g)-45.9-16.4NH3(aq)-80.29-26.5NH3 H2O (aq)-366.12-263.63NH4+(aq)-132.51-79.31表2-5 环氧乙烷数据相对分子量44.05正常熔点111.7C正常沸点10.6C 密度0.8821g/cm3临界温度469K临界体积140.0cm3/mol临界压力7.19MPa临界压缩因子0.259偏心因子0.202偶极矩1.9D折射率1.35797自燃温度429C闪点-20C空气爆炸极限3%-100%2.3.1 环氧乙烷热容数据 CpT=A+BT+CT2+DT3 J(molK) （2-12） A=7.520 B=222.06210-3 C=125.59510-6 D=259.18210-10 Cp(298.15)=48.28 Cp(500)=75.44Cp(1000)=114.932.3.2 二氧化碳热容数据 Cp(T)=A+BT+CT2 J/(molK) （2-13）CpT=A+BT+CT2 J(molK) （2-14）A=26.748 B103=42.258 C106=-14.247温度范围KT=3001500 K2.3.3 反应热由Aspen可知反应热为H=-351.513 Gcal/hr。2.4 设计条件2.4.1 进料、出料组成表2-6 进出流股性质项目进料流股（亚硫酸铵、亚硫酸氢铵）进料流股（环氧乙烷）出料流股（牛磺酸）温度C150150150压力bar555气相分率0.23410.243摩尔流量kmol/hr5527.67845568.95质量流量kg/hr1034443700.47107145体积流量cum/hr8979.65571.8529638.592.4.2 温度反应器温度过低，会减慢反应速率，增加反应时间，反应器体积增大使设备制造费用增加；温度过高，需要的低压蒸汽量增加使运行费用增加，故需要选择合适的反应温度。该反应中结合文献资料确定反应温度为150。2.4.3 压力亚硫酸铵与环氧乙烷的反应压力确定为5 bar。2.4.4 换热系统 为了维持搅拌釜反应器内部反应温度的稳定，使反应活性保持在一定水平。在夹套内给反应器进行换热，本设计采用空气进行换热，控制反应温度。2.5 工艺尺寸计算2.5.1 长径比按非标准设备设计反应釜，需要确定长径比。长径比一般取1-3，长径比较小时，形状矮胖，这类反应釜单位体积内消耗的钢材量少，液体表面大；长径比趋于3时属于瘦长型，瘦长型的反应釜，单位体积内可安排较大的换热面，对反应热效应大的体系很适用，但材料耗量大。长径比确定之后，设备的直径和筒体高度就可以根据釜的体积确定。釜的直径应在国家规定的容器系列尺寸中选取。我们选择的长径比为1.25。2.5.2 反应体积对于连续釜，其反应体积的计算公式为：Vr=Q0 （2-15）式中：Vr反应釜有效体积，m3；Q0反应器入口液体物料的体积流量，m3/s、m3/min或m3/h；空时，即物料在釜内的平均停留时间，s、min或h。与反应物浓度、反应温度，起始和最终转化率有关。=xAfkCA0(1-xAt)2=0.983.3291034(1-0.98)2=0.2376 minVr=Q0=3030.300.00396=12 m3确定容器实际体积时，应考虑物料在容器内充装的比例即装料系数，其值通常可取 0.60.85。如果物料在搅拌过程中产生泡沫或呈沸腾状态，取 0.60.7；如果物料在搅拌过程中比较平稳，可取 0.80.85，本模拟中装料系数取 80%。则反应器实际体积为：120.8=15 m32.5.3 筒体内径初步计算筒体直径：假定装填系数=0.8，为便于计算，先忽略封头的容积，认为V=HDi24 （2-16）假定筒体的长径比为H/D=1.25，则Di=34VDiH=1990 m根据标准圆整为2000 mm。2.5.4 筒体壁厚设计压力P=5 atm；设计温度T=150；材料为Q345R；材料的许用应力：t=189 MPa；筒体内径D=5800 mm；选用双面焊对接接头，无损检测比例选局部检测，故焊接接头系数=0.85；筒体壁厚：=pDi2t-p=0.75580021330.85-0.22=12.45 mm取腐蚀余量C2=2 mm；厚度负偏差C1=0.2 mm；设计厚度b=+C1+C2=14.65 mm；圆整后的名义厚度b=15 mm。2.5.5 筒体高度反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度H1下式计算并进行圆整： H1=V0/-VhV1 （2-17）式中：V11米高筒体容积，m/m计算得：V1=3.14 m，Vh=1.6826 m。H1=V0/-VhV1=2.53 m圆整，取H=2500 mm。实际装填系数=0.81，满足要求。2.5.6 封头尺寸（1）上封头反应器上封头采用标准椭圆封头，查JB/473795得，封头的公称直径DN2000，曲面高度h1=500 mm，直边高度h2=25 mm，内表面积A=8.25 m2，容积V=2.89 m3。（2）下封头反应器下封头采用标准椭圆封头，查JB/473795得，封头的公称直径DN2000，曲面高度h1=500 mm，直边高度h2=25 mm，内表面积A=8.25 m2，容积V=2.89 m3。2.5.7 接管尺寸（1）进气总管尺寸查阅文献化工流体常用经济流速，可知气体的经济流速一般为1020 m/s，本设计取15 m/s，入口气体体积流量为571.852 m3/h。S进气总管=V入口体积流量v=571.85153600=0.16m2S进气总管=r2 （2-18）则r=0.22 m。根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为440 mm。（2）进液总管尺寸查阅文献化工流体常用经济流速，可知液的经济流速一般为1.53.5 m/s，本设计取2 m/s，入口液体体积流量为8979.65 m3/h。S进液总管=V入口体积流量v=8979.6223600=1.12m2S进液总管=r2 （2-19）则r=0.60 m。根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为1200 mm。（3）排液总管尺寸S排液总管=V体积流量v=9638.5923600=1.34 m2S排液总管=r2 （2-20）则r=0.65 m。根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为1300 mm。2.5.8 夹套几何尺寸夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构。夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面要求而定。夹套的内径D2可根据外径D1选取。夹套直径Dj与罐体内径Di的关系，如下表所示。表2-7 夹套几何尺寸Di50-600700-18002000-3000DjDi+50Di+100Di+200D2=D1+200=2200 mm夹套下封头型式同罐体封头，其直径D2与夹套筒体相同。夹套高H2由传热面积决定，不能低于料液高。夹套高度根据下式估算：H2=V-VhV1=2.28 m取H2=2300 mm。2.5.9 软件模拟验证校核Aspen Plus 8.4中反应器模块中的全混流模型进行反应器模拟，输入温度、压力及体积，可以较好地模拟该反应器。输入条件如图2-1/2-2/2-3图2-1图2-2图2-3相关参数，如图2-4图2-4进料流股，如图2-5。图2-5出料流股，如图2-6。图2-6设计中，应用Aspen中灵敏度分析，优化反应温度，如图2-7。优化环氧乙烷进料量，如图2-8。图2-7由此，得到最佳反应温度为150。图2-8由此，得到环氧乙烷最佳进料量为58 kmol/h。因此，此时的进料组成为环氧乙烷58 kmol/h，进料组成如图2-9所示。图2-92.6 搅拌装置2.6.1 搅拌装置的选择表2-8 搅拌装置的选择操作类型适用的搅拌器型式D0/DH/D0层数及位置低黏度均相液体推进式4-3不限单层或多层，中央插入，C/D=1桨式：C/D=0.5-0.75涡轮式6-3要求不高时用桨式2-1.25非均相液体涡轮式3.5-30.5-1C/D=1固体颗粒与液体按固体含量、比重及粒度决定用桨式、推进式或涡轮式推进式用2.5-3.50.5-1根据固含量、密度及粒度决定C/D桨式、涡轮式用2-3.2气体吸收涡轮式2.5-41-4单层或多层C/D=1釜内有传热装置桨式1.25-20.5-2推进式3-4涡轮式3-4高粘度液体涡轮式、锚式、框式、螺旋式、螺带式、桨式涡轮式1.5-2.50.5-1桨式1.25左右结晶涡轮式、桨式涡轮式2-3.21-2单层或多层，单层一般桨在H/2处在反应釜中，为增加反应速率、强化传质或传热效果以及加强混合等作用，常装设搅拌装置。搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。搅拌器的型式主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。本反应釜搅拌目的是使气液两相混合均匀以加速反应，反应釜体积较大，故可选用推进式搅拌器，搅拌器沿反应釜中心线安装。2.6.2 搅拌功率影响搅拌功率的因素很多，包括搅拌器的几何尺寸与转速、搅拌容器的结构、搅拌介质的特性、重力加速度等，搅拌功率一般通过下式计算：P=Npn3d5 （2-21）其中：Np功率准数，无因次；密度，/m；N搅拌转速，r/s；D搅拌器直径，m。计算功率准数Np，取转速为N=360 r/min，在特定的搅拌装置中，可以测定Np与雷诺数Re的关系。由Aspen模拟反应釜中混合物物性：密度=456/m；粘度=0.000568466 Pas。Re通过下式进行计算：Re=d2n=0.42360604560.000568466=7.7105查功率曲线表可得：Np=1。则 P=Npn3d5=1456630.45=1.01kW。2.6.3 搅拌轴（1）轴的临界转速当搅拌轴的工作转速等于或接近轴的固有频率时，轴将发生强烈振动，即所谓共振现象。发生共振时的转速称为临界转速。工程上轴的转速应避开临界转速。搅拌轴与搅拌器作为一个整体，有多个临界转速。工作转速n低于第一临界转速nc的轴称为刚性轴，要求n0.7nc;工作转速n大于第一临界转速nc的轴称为柔性轴，要求n1.3nc。搅拌器的转速一般不是太高，为刚性轴。临界转速的大小与轴的支承情况及轴径等有关。对于常用的双支承的单层或多层搅拌器，第一临界转速nc（单位r/min）为：nc=303EJmDL12(L1+B) （2-22）经校核满足nnc,满足要求。（2）联轴器的型式及尺寸的设计 根据相关设计要求，联轴器采用凸缘刚性联轴器，其轴孔的尺寸为40mm。联轴器与轴之间采用A型平键连接。1挡板挡板的作用是将环向流动转变为轴向流动和径向流动，从而限制了流型，增大了被搅拌液体的湍动程度，加强搅拌效果。本设计在反应釜内壁均匀安装4块板，挡板与筒体间无间隙，其宽度为反应釜直径的1/10,即挡板宽度b=200 mm。2导流筒导流筒是一个包围着桨叶的圆筒，常用于推进式和涡流式搅拌器。导流筒限制了流体的流动路线和流型，它使桨叶排出的液体在导流筒内，外部形成上下的循环流动，这样可得到更大的液流速度和液体循环量，提高搅拌效果。导流筒将反应釜分成面积相等的两部分，即导流筒直径取釜内径的约70%，故导流筒直径取为1400 mm。2.7 传动装置2.7.1 电机电动机应按功率、转速、安装方式及防爆等要求选用。电动机的功率Ne主要取决于搅拌功率及传动装置的机械效率，即：Ne=N+Nm （2-23）式中：N为搅拌功率，kW； Nm为轴封的摩擦损失功率，kW；为传动装置的机械功率。这里的电动机功率为81%。2.7.2 减速装置常用的减速装置有摆线针齿行星减速机、两级齿轮减速机、三角皮带减速机四种。这里采用的是两级齿轮减速机，其特点是两级同中心距斜齿轮传动的减速装置，传动比准确，寿命长。允许正反旋转；应采用夹壳联轴器与搅拌轴连接；不允许承受外加轴向载荷；适用于连续搅拌的化工设备；可用于有防爆要求的车间；与电动机直接相连。2.8 轴封装置设置轴封的目的是保证设备内处于一定正压或真空条件操作，并防止物料的逸出或杂质的渗入。轴封的主要形式有填料密封和机械密封两种。2.8.1 填料密封填料密封的结构，它由填料箱体、填料，压盖及压紧螺栓等组成。箱体放在反应器的顶盖上，装在箱体与轴间环隙中的填料，通过上紧螺栓后压盖压紧。填料对搅拌轴产生径向压紧力，并由填料中的润滑剂在轴表面形成一层极薄的液膜，使轴得到润滑且起到密封作用。当设备内温度高于100C或轴转动的线速度大于1m/s时，填料密封需设置冷却装置。2.8.2 机械密封机械密封由于其密封性能好、使用寿命长、泄漏量低、摩擦功耗小以及不需要经常维护等特点，已经代替填料密封，广泛应用在搅拌器和反应釜上。机械密封是利用垂直于转轴的两个密封元件的平面贴合和相对转动而实现密封。当轴旋转时，与设备连接的静环不动，安装在轴上的动环与轴一起转动，并通过弹簧力使环与静环紧密接触，以阻止介质的泄露而形成密封。显然，机械密封是将易泄露的轴向圆柱面的密封转变为不易泄露的断面密封。由于机械密封的功耗小、泄漏量低、密封性可靠，因此广泛用于搅拌反应器、泵等的轴封。机械密封根据摩擦副的对数可分为单端面和双端面密封。仅有一对摩擦副的为单端面密封。单端面密封的结构简单，制造、安装容易，适用于操作压力较低和密封要求一般的场合。有两对摩擦副的为双端面密封。双端面密封结构比较复杂，但由于在两摩擦副间的空腔内注有带压的中性液体，使其起到堵封和润滑、冷却作用，故密封效果好，适应范围很广。本设计中采用机械密封的方式，降低功耗，密封性良好。2.9 设备装配图图2-1 设备装配图图2-2 搅拌桨（上）图2-3 搅拌桨（下）2.10 强度校核结果设计设计初步完成后，使用SW6-2011对反应器进行强度校核，形成设计说明书。输入条件及主要结果如下：基本参数包括：设计压力、设计温度、设备直径及计算长度等输入如图所示：表2-9立式搅拌容器输入条件内筒夹套设计压力/MPa0.50.5设计温度/150150设备直径/mm20002200计算长度/mm25002300由SW6-2011计算结果如下：表2-10 计算结果表项目计算结果/mm备注设备筒体壁厚15见表2-7、2-8、2-9夹套壁厚6见表2-13上封头壁厚10见表2-10下封头壁厚13见表2-11、2-12设备法兰复核合格 见表2-14 表2-11 立式搅拌容器校核立式搅拌容器校核计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所筒体设计条件内 筒夹 套设计压力 pMPa0.50.5设计温度 t C150150内径 Dimm20002200名义厚度 dnmm156材料名称Q345RQ345R许用应力s 189189 s tMPa189189压力试验温度下的屈服点 s 345345钢材厚度负偏差 C1mm0.30.3腐蚀裕量 C2mm22厚度附加量 CC1C2mm2.32.3焊接接头系数 f0.90.9压力试验类型液压液压试验压力 pTMPa0.110.11筒体长度 Lwmm25002300内筒外压计算长度 Lmm1750封 头 设 计 条 件筒体上封头筒体下封头夹套封头封头形式椭圆形椭圆形名义厚度 dnmm1013材料名称Q345RQ345R设计温度下的许用应力 s tMPa189189钢材厚度负偏差 C1mm0.30.3腐蚀裕量 C2mm22厚度附加量 CC1C2mm2.32.3焊接接头系数 f11主 要 计 算 结 果内圆筒体夹套筒体内筒上封头内筒下封头夹套封头校核结果校核合格校核合格校核合格校核合格质 量 m kg1863.43750.75345.33450.57搅拌轴计算轴径mm 悬臂轴(刚性轴)校核合格备 注表2-12 内筒体内压计算内筒体内压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.51MPa设计温度 t 150.00 C内径 Di 2000.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.90厚度及重量计算计算厚度 d = = 3.03mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 12.70mm名义厚度 dn = 15.00mm重量 1863.43Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.1100 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 9.68 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.14664MPa设计温度下计算应力 st = = 40.81MPastf 170.10MPa校核条件stf st结论 合格表2-13 内筒体外压计算内筒体外压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件圆筒简图计算压力 Pc -0.50MPa设计温度 t 150.00 C内径 Di 2000.00mm材料名称 Q345R (板材)试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.90压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25Pc = 0.1100 MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 9.68 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格厚度及重量计算计算厚度 d = 11.80mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 12.70mm名义厚度 dn = 15.00mm外压计算长度 L L= 1750.00 mm筒体外径 Do Do= Di+2dn = 2030.00mmL/Do 0.86Do/de 159.84A 值 A= 0.0007697B 值 B= 97.18重量 1863.43 kg压力计算许用外压力 P= = 0.60795MPa结论 合格表2-14 内筒体上封头内压计算内筒上封头内压计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.52MPa设计温度 t 150.00 C内径 Di 2000.00mm曲面深度 hi 500.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.1100 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 14.31MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 2.73mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 345.33 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.45250MPa结论 合格表2-15 内筒体下封头内压计算内筒下封头内压计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.52MPa设计温度 t 150.00 C内径 Di 2000.00mm曲面深度 hi 500.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.1100 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 10.31MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 2.73mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 10.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 13.00mm结论 满足最小厚度要求重量 450.57 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.01690MPa结论 合格表2-16 内筒体下封头外压计算内筒下封头外压计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc -0.50MPa 设计温度 t 150.00 C内径 Di 2000.00mm曲面深度 hi 500.00mm材料 Q345R (板材)试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.1100MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 10.31MPa校核条件sT sT校核结果合格厚 度 计 算计算厚度 dh = 10.15mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 10.70mm名义厚度 dnh = 13.00mm外径 Do Do= Di+2dnh = 2026.00系数 K1 K1 = 0.8886A 值A= = 0.0007429B 值B= 93.89重量 450.57Kg压 力 计 算许用外压力 P= = 0.55804MPa结论 合格表2-17 夹套圆筒体计算夹套圆筒体计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.51MPa设计温度 t 150.00 C内径 Di 2200.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.90厚度及重量计算计算厚度 d = = 3.30mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 3.70mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 750.75Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.1100 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 36.40 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 0.57119MPa设计温度下计算应力 st = = 151.88MPastf 170.10MPa校核条件stf st结论 合格表2-18窄面整体(或带颈松式)法兰计算窄面整体(或带颈松式)法兰计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所设 计 条 件简 图设计压力 p0.516MPa计算压力 pc0.516MPa设计温度 t150.0 C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称Q345R体许用应力 189.0MPa法材料名称Q345R许用sf178.0MPa兰应力stf160.0MPa材料名称Q345螺许用sb52.0MPa应力stb50.0MPa栓公称直径 d B48.0mm螺栓根径 d 142.6mm数量 n60个Di2100.0Do2300.0垫结构尺寸Db2250.0D外2200.0D内2000.0040.0mmLe25.0LA6.0h50.0169.0材料类型软垫片N100.0m2.75y(MPa)25.5压紧面形状1c,1db17.85DG2164.3片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D内 )/2b0 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 3094042.2N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 2242706.8 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 59500.8mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 85466.3mm2力 矩 计 算操FD = 0.785 pc=1786314.5NLD= L A+ 0.51= 40.5mmMD= FD LD