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2.5
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2.5MPa空气压缩装置设计含4张CAD图,2.5,MPa,空气,压缩,装置,设计,CAD
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2.5MPa 空气压缩装置设计摘 要压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。压力容器： 一般泛指在工业生产中用于完成反应、传质、传热、分离和储存等生产工艺过程，并能承受压力载荷（内力、外力）的密闭容器。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。内部或外部承受气体或液体压力，并对安全性有较高要求的密封容器。压缩空气的压缩机是一种容积式压缩机中，为了实现在机壳内的空气的体积变化，核心部件是使用阴阳转子啮合平行于机架压缩。同时产生一个周期性变化容积在所述转子轴向排出一侧的吸入侧连续，排气第三转子，进气，压缩， 并具有沿与该气体完成的转子槽的旋转精度的反向壳体工作过程。因此，双螺杆转子型线技术，以确定螺杆空气压缩机产品定位的档次。关键字：压力容器、空气压缩机、双螺杆转子、容积式压缩机IVAbstractPressure vessel means containing a gas or liquid, a pressure sealed bearing device. Pressure Vessels: generally refers to the industrial production for the completion of the reaction, mass transfer, heat transfer, separation and storage of the production process, and can withstand the pressure load (force, force) in a sealed container. It is in all sectors of petroleum chemical industry, energy industry, research and military plays an important role in the national economy of the device. To withstand internal or external pressure of gas or liquid, and sealing the container high security requirements.The core member is Compressor air compressor is a positive displacement compressor , the air is compressed by means male and female rotors meshed with each other in parallel with the chassis to achieve the change in the volume of the gullet . The rotor within the housing with its vice with precision rotation of the rotor slots between the gas continuously while generating a periodic change in the volume of the rotor axis , toward the suction side of the discharge side , the completion of suction, compression and exhaust III working process. Therefore , twin-screw rotor type line technology determines the grade of screw air compressor product positioning .Keywords: pressure vessels, air compressors, twin-screw rotor displacement compressors目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 压力容器11.1.1 压力容器的发展前景11.2 设计内容71.2.1 设计目标9第二章 压力容器设计102.1 压力容器主要参数102.2 压力容器设计计算12第三章 主要零部件设计及选型163.1 法兰连接163.2 支座173.2.1 支座类型173.2.2 支承式支座结构设计183.3人孔203.3.1 人孔的设计理念。203.3.2 人孔设计203.4 开孔补强233.4.1 不需另行开孔补强说明243.4.2 开孔补强方法243.4.3 开孔补强计算24第四章 焊接284.1 压力容器焊接要求284.2 筒体与封头的焊接接头284.3 管法兰与接管的焊接接头284.4 焊缝接头的布置29第五章 PLC 控制系统设计315.1 控制系统的接线设计315.1.1 空压机电动机主电路设计315.1.2 I/O 点数统计及 PLC 型号选择355.1.3 PLC 外部接线图的设计365.2 PLC 的控制逻辑及编程385.2.1 控制逻辑框图385.2.2 控制程序梯形图415.3 启闭机系统的 TD200 组态415.3.1 TD200 组态过程425.3.2 TD200 组态结果455.3.3 手动控制操作面板46总结47致谢48参考文献49XXXX第一章 绪论1.1 压力容器1.1.1 压力容器的发展前景在不同的领域和用途上压力容器的类型和功能也是不一样的，这个设计过程中包括材料的冶炼。焊接设计，调制加工，热处理，无损检测，自动化处理等。 操作状态的压力容器基本上密闭的状态，并且其中高温介质和更具爆炸性，高风险，使得压力容器是强制性的世界，作为特别的设备管理。不同的应用，压力容器类型和功能是不同的，整个设计和应用过程中涉及冶炼，焊接设计，调制加工，热加工，无损监测，机械化等专业技术类。因此，技术开发压力容器上面建立一个全面的专业和技术发展的基础。在国内和国外，不仅稳定的经济发展和国际化，技术，开发利用和管理生产压力容器的设计压力容器已反映在下一方向逐渐成熟。时代发展的趋势之一体现在压力容器的通用化，标准化。互换性通用的标准化和改进也体现了博大精深，压力容器，维护，后勤保障进行了改进，并降低设计成本，制造成本可以降到最低。与此同时，为国家为这个出口大国，国际护照是标准化的。根据每个日历年的出口压力容器的世界电源插座的数据可以得出，需要我们的国家压力容器行业的发展，由国际工程公司进行驱动，需要有一个国际公认的标准，从而获得巨大的经济利润和更高的国际威望的声音。通用化，标准化虽然有许多优点，但在这样的压力容器的情况下场合都会有一定的局限性，但是，在具有特定的工作环境中，必须要求使用特殊的，专门的压力容器。如要求的压力容器必须有腐蚀核反应堆强大的阻力;要求压力容器必须具备极强的耐高压的是水晶加工容器；要求压力容器必须具备极强的耐高温能力的是火箭燃料箱这类压力容器。为了满足这些特殊的需求，压力容器需要向着特殊、专业化的趋势不断地进步和发展。（1） 超高压容器是制造高压工作压力100MPa 的压力容器中，在乙烯聚合中， 在压力容器中，容器被广泛使用。然而，压力容器的这些理想的问题，不能充分地生产成本高，特定的安全存在。然而，一些新的材料越来越多，甚至逐渐繁荣冶金行业用的外观使高压容器的极限强度和抗压强度。这反过来将推动超24高压力容器的更加一步的发展。（2） 高温压力容器，高温钢压力容器的容器材料的起始温度，通常约 350 被称为蠕变的温度范围内作为“壁温度”到“蠕变” ，有一个高温高压容器中。的高反应堆压力容器的长期影响锅炉如煤转化反应器的火电厂是高温高压容器。随着拉伸强度要低得多短暂的休息，改变其耐蚀性，高温强度，尺寸，“蠕变”效应下的材料选择，对于形成基于高压容器缓慢主要是耐用的材料的材料是他们的性别。的高温压力容器应力分析，是更复杂的，这是非常难以找到理论上的解决方案。在实践中使用的现代的有限元分析是可能的，并且被示出。疲劳（请参阅疲劳强度设计） ，应考虑到重复的步骤时，作为另一种方法，如降压等 ，如果负载是暴露在容器相互作用的“蠕变”（3） 较强的耐压力容器的腐蚀：由于腐蚀介质酸，碱，盐等，以及设备损坏的定期接触压力容器，唯一的损失物质消费的唯一原因，不会腐蚀原创产品， 导致没有。腐蚀性介质会中毒或污染环境的，以及事故和其他火灾和爆炸的原因。这需要一种特殊的压力容器，以及一个很强的耐腐蚀性与输送硝酸，硫酸罐，以及安全性能要求，这些要求得到满足，非常严格。（4） 低压容器：因为它是小于或等于约 100减去常用工作温度为其他媒体氧和氮，存储和低温超导体生产为主，那么，在制造过程结构的变化，并且带来了材料的强度和塑性，对于不必要的风险的安全运行，结晶物质显著下降。必须指出的这样的需要选择“压力容器”的。（5） 此外，还有其他的“大规模”和容器，如“小型化”的特殊应用。 产品整合跨学科的技术在许多行业需要涉及多部门，冶金，机械加工，防锈，防腐，无损检测，施工安全及其他压力容器。信息技术和计算机技术，特别是促进冶金，机械加工，焊接，无损检测技术的代表及相关产业在全球的迅猛发展，投入了大量的人力和物力，进行了深入的研究也导致了发展的基础上，对应于压力容器中，并取得在该领域的进步。压力容器和经济上更安全的产品， 采用传统的设计，制造，装配和焊接检验方法都是到位的技术，新的新产品， 它是在一个不同的水平。近年来，大型压力容器，高参数趋势日益明显千吨级“加氢反应器”，两千万吨煤的“液化反应器”，一万 m的天然气罐（日本最大的燃气罐为三万 m），有已广泛应用在中国，中石化、中核工业、煤化工产业在日益严酷的压力容器应用程序。在这方面，国家投入了大量从事研究相关的人力资源。在目前的研究和高性能材料和技术进步的主要压力容器的以下几个方面：材料“高纯度”：为了显著提高材料的力学性能和提高压力容器指数，冶金工业和技术的材料整体水平，提高装备水平，“纯度改进“的整个压力容器的安全性;材料“媒体应用程序”：对于这些不同的操作条件和腐蚀性介质，以发展金属材料和其他“硬质合金”，“两相钢”和“特种合金”是适用于各种为了给对的时间提供的已被研究安全生产设计保证长时间的空间更多的选择，使用条件;材料的适用限制：脆性断裂“的回火脆性，”研究“高寒，高温”蠕变“进行赋予的确切范围”的材料。高强度材料的应用：在大型设备的要求，传统的材料已经无法解决此类30,000 立方米煤气柜，一个大罐钢，200,000 立方米的原油储罐和高压容器选择问题。目前许用应力大于等于 800MPa 高强材料的应用已经引起国内研究人员的广泛关注。在计算机软件和硬件的压力容器行业的进步，从而影响压力容器技术的发展主要表现为以下行业是巨大的。设计：冲突的问题或其他的可能出现，在设计阶段设计师，残余应力，例如焊接，装配，运输设备过程中产生的，多元化意味着计算机分析能力的成长它可以预测，并解决这些设计阶段的问题，在分析中，结构和设计的优化设计， 则逐渐知道设计者。制造：质量和生产管理的意识也逐渐发生了重大变化，计算机辅助制造（CAM）技术，正在改变压力容器生产传统工艺的制造公司。整个过程的压力容器中的计算机管理，因此，为了减少制造成本高效，有效地所有的控制点，保证了生产周期，以确保产品质量的稳定性，它大大它可以减少人为误差，并且控制。焊接：焊接，激光焊接，以及计算机控制，大大提高，自动焊接机的产品质量和生产效率的应用程序的所有职位分析;多路模拟声发射技术，并已专门开发以及测试目标更准确的结果计算机射线成像和超声成像扫描，应用专家系统：无损检测。特别是，已被成功地用于核设施模拟成像技术，超声波扫描缺陷检测器（ TOFD ） ，例如厚度大于所述加氢反应器百毫米重容器。提高生产效率，减少重箱线污染，从而起到了积极的作用。煤炭液化反应器的施工现场的单位，开始采用这项技术来解决无损检测的问题。现代设计压力容器是摆脱观念的束缚特定的传统满足追求真正的设计理念，有效和团结和谐，安全性和经济逐步的要求。设计结构合理：通过对帮你设计的压力容器的限制，具体配置的格式是遭受较少的压力容器不是一个标准，结构更合理，很多空间的设计师，因此结构上受到的限制。此外，设计工具和测试验证和分析应用程序的结构设计合理的实施，提供了必要的保障。安全保护功能等，本体部的一部分，只有一个方法的模块化设计来完成相同的功能，小型研究作为一个整体的部件，为的是根据不同的压力容器中的各种部件这是可能的加速技术升级主要维护压力容器和便于没有，缩短了开发周期。经济的设计结构：经济压力容器的安全与和谐一直追求的设计师，应力分析的标准是新兴响应这一要求。可靠性设计结构：传统的方法来设计安全系数“保险”的目的，安全系数值往往过大，从而使所述容器构件和所述帧大小的设计压力过大，不仅浪费材料，而且由于强度和成分，很难生活，以保证合理的匹配，从而导致最终产品1+12。该设计的可靠性将参数作为随机变量来处理，其统计数据和统计模型的一部分 ，概率是用统计的方法，它可以扫描所有的设计对象，其结果更符合世界局势线计算。为了提高其产品的竞争力，降低安全系数为世界和地区的压力容器标准的总体趋势，中国也提出了具体的材料安全系数分析和 NB 减少 2.4 方案设计的设计方法。减少与基地压力容器标准，在压力容器行业的巨大谨慎的经济和安全影响的安全系数。更科学的质量保证体系。进入经济全球化的发展阶段，经济全球化的必然趋势，是一个国际标准。主要经济实体等争夺霸主地位的一个主要客观标准，在欧洲市场和美国并投入了大量的人力和资源的，在标准中，我们推出本领域的新内容。不要复制的所有国际标准的内容简单，标准的国际标准的技术含量与国际标准兼容。要强调的管理方法和独特的技术，以周期性地实现互认的参考，而最终，符合国际标准，国际标准，基本要求是特别成问题必须有系统的研究分析。趋同性：发展各地的技术用户的信息技术和先进技术的技术标准迅速蔓延全球的迅猛发展，因为它必然要接受世界各地的技术，压力容器制定定向技术已经集成是必需的。兼容性：有关技术标准的技术内容在世界各国是不一样的，但对于国内实现互认标准，尽管视为其他符合标准的和自己的标准的目标。 PED 认证的（日本的技术标准） ASME 设计，建设，实施彻底的分析， VIII- 1 和 PED 符合 ASME 系统化的管理要求，由（欧洲技术标准）证明的 ESR ，几个额外的内容，我们在 1999 年进行的研究项目，然后满足 PED 标准的要求。贸易性：基于标准国际贸易规则，重要的仲裁，是对贸易争端的一部分， 占主导地位的经济利益和巨大的市场份额，在国际市场上的国际标准化战略的控制竞争实质上的国际标准我想，以方便访问。国家技术规范的强制性国家标准，确保压力容器和建立产品的任何其管辖范围内的安全，必须符合其安全性原则;技术标准是推荐性规定，以确保适当的压力容器的安全产品质量和技术指标，而是由技术法规要求的标准技术规范， 应符合安全原则来指导压力容器的设计，制造，试验和检验，压力容器建设和贸易中的产品技术评估平台。因此，技术标准和技术法规应该是整体的协调， 但在角色的其他方面是有区别的。除了标准来满足这些基本要求，同时也满足了合格的索引方法和项目的基本安全要求的特定要求。少数的技术法规，但广泛管辖权的;配套协调标准将涉及材料，设计计算，成型，焊接，无损检测，压力试验等一系列技术标准的内容。稳定性和及时性：该国的国家行政法规的技术法规的一部分，其内容的相对稳定不变良好的安全性管理业;而统一的标准是实现产品安全和质量的技术规则，要与时俱进，始终反映产业的综合开发能力和相应的技术。因此，技术法规与技术法规和技术标准的研究调整协调明确界定的范围和技术标准，应充分重视国家相关机构。争议将不可避免地导致改变生产模式，产业结构在中小企业核心业务为本， 和谐发展形成的，不同级别的比赛。市场支持和专业化生产是未来的压力容器模式的一大产业，也是发展的方向;加强标准化有利于专业化协作，这种强调市场和组织结构配套产业，必须高度专业化的生产技术统一为前提的，它是实现底层技术的统一标准化的，所以标准是分工与合作的桥梁和纽带。摘要：压力容器的身体，是行业专长和影响对方的发展，相互促进。仅在材料，冶金，处理，检测等技术已被开发的实质的基础上，压力容器的安全性， 同时可提高可靠性，提高压力容器的性能反过来促进改进的工业标准，这反过来将反过来进一步推进专业技术和身体压力容器的持续发展。合理地处理好三者之间的关系将会使压力容器行业进入一个健康，有序的发展轨道。压力容器的复合材料发展始于 20 世纪 60 年代，首先使用玻璃纤维和凯芙拉-49 纤维缠绕压力容器内衬的金属替换空间系统传统的全金属压力容器。在80 年代中期，与广泛应用的高强度碳纤维，使得轻质，高强度，高可靠性，高压容器生产目前，各型飞机和航天系统空间运载火箭复合材料压力容器及推广需求是很常见的。特别是，航天飞机和火箭系统，需要大量的压力容器，保持各个系统的正常工作。美国宇航局航天飞机例如美国，包括推进系统，流体管理系统，生命支持系统和科学的实验系统，共包括 24 个压力容器应用中， 1.06- 50MPa 的工作压力，容积 5 -600L ，长度 470 - 5776 毫米，直径为 146 - 1336 毫米，气体存储包括氢气，氧气，氮气，氩气，空气和二氧化碳。复合材料压力容器航天在今天使用的系统大多是由金属衬垫层的内侧层构成的双层结构， 纤维的外层增强树脂基伤层。大多数金属内衬材料的选择，包括蒙乃尔合金，铝合金，不锈钢，钛等等。高循环寿命的应用，如采用钛，不锈钢，镍铬合金衬板作为一个结果压力容器： 此外，您还应该考虑外形，质量，制造成本及其他技术因素和腐蚀，污染的风险，氧化等，应选择适当的夹杂物衬里材料为不同的介质，以保证两者之间的相容性。例如，常用的储氧压力容器与氧气相容性良好的蒙乃尔合金。碳纤维的密度，强度大，模量高的特点比目前最重要的使用增强材料，包括添加低模量纤维（玻璃纤维，芳纶纤维） ，以改善所述压力容器的耐冲击性不断有新的航天器的追求高性能，低成本，长寿命，高可靠性。这是最重要的低成本要求。在这样的需求单衣复合材料压力容器出现了。新单衣复合材料压力容器，取消了传统的金属衬垫以增加质量，同时降低大约 25 个左右的音量。如果设计得当，可以降低运营风险和维护成本，增加使用次数。几个压力容器的比较。无衬里压力容器进行结构设计时，需要考虑的复合层微裂纹，损伤和传播机理和液体渗透。只有这样，才能设计出包裹层纤维增强树脂和发明新的配方和单衣固化过程，以满足压力容器目前单衣复合材料压力容器的工作条件下少数人的需求。（ 1 ）美国基博科生产与常规低温储罐压力容器，结构质量减少 15-25 比较。他们已经能够生产汽车和航空航天系统中使用的压力容器，能承受压力可达 35MPA （ 2 ）美国德州大学与 CTD 生产的单衣罐，铝内衬水库至其原来使用的箱子相比，结构质量减少 40 ，而成交量增加 18 。关于 1.03mpa 氩气，卫星推进系统储罐。（ 3 ）。但是，树脂基体本身引起的微裂纹的气体泄漏。加入薄金属衬垫， 由于在热膨胀系数失配应力的差异，导致在绕组层罐和损坏衬里层接口故障。因此引入纳米硅酸盐的提高贮水箱的整体的透气性。性能可提高复合材料 80 可以从航空航天业的发展趋势和需求可以看出，轻质复合材料压力容器是其永恒的主题追求。中国航天工业由于起步较晚，发展缓慢，探索复合材料压力容器长的路要走之路。更多的工作需要研究不仅轻巧复合材料压力容器外，还应该进一步完善目前服务于压力容器的性能，降低风险和提高可重用的时间，使其更好地为中国的航天事业服务和发展。1.2 设计内容原始资料如图 1-2-1 为电厂常用的高压气系统压气装置的机械系统图。系统中设置了三个贮气罐，每个贮气罐的体积为 4 立方米，额定气压为 2.5MPa，贮气罐上要求安装压力表、安全阀及排污阀。贮气罐由两台自然风冷式空压机充气，空压机由电动机驱动，电动机功率 100kW，380V，它们具有手动与自动两种运行方式。正常情况下，一台工作，一台备用。为了实现自动控制，装设了电节点式压力信号器 1YX4YX，两只无载起动电磁阀 2DCF，4DCF，以及过热保护的温度信号器。图 1-2-1图 1低压空气压缩装置机械系统图空气压缩装置的自动控制应实现下列操作：自动向贮气罐充气，维持贮气罐的气压在规定的工作压力范围内；空压机停止时，自动打开无载起动电磁阀 2DCF 或 4DCF，排除水分，空压机启动时，延时 10 秒关闭无载起动电磁阀 2DCF 或 4DCF，实现电动机的无载启动；当贮气罐的气压降低到工作压力下限时，备用空压机自动投入，并发出报警信号；贮气罐压力过高时，发出报警信号。工作空压机启动条件：贮气罐压力6MPa备用空压机启动并报警条件：贮气罐压力2.3MP 工作、备用空压机停止条件：贮气罐压力2.6MPa 压力过高报警：贮气罐压力6.3MPa1. 设计任务（4） 压力储气罐结构设计（5） 压力储气罐零件设计（6） 空气压缩装置的自动控制2. 设计成果设计说明书和计算书各一份，一号 CAD 图纸 3 张，其中压力储气罐结构图一张，压力储气罐零件设计图一张，空气压缩装置控制系统外部电气接线图一张。1.2.1 设计目标本次毕业设计所包括的设计内容有：（1） 压力容器的选材以及整体的结构设计，整体结构设计包括了筒体长度、筒体壁厚以及封头壁厚的计算。（2） 零件设计，其中包括了开孔补强的计算，支座的选择以及结构设计，法兰、垫片和螺栓的设计。法兰和封头与筒体之间的的焊接。（4）PLC 控制系统设计。第二章 压力容器设计2.1 压力容器主要参数（1） 压力容器的结构及组成部分压力容器一般由：壳体（筒体），封头（端盖），人孔，进出孔，压力表，连接密封法兰 ，排污阀，安全阀和支座等。见图 2-1-12-1-1（2） 压力容器的分类a. 按制造方式分：分为锻造容器、热套容器、多层包扎式容器、绕带式容器、组合容器、焊接容器等。b. 按制作材料分：分为钢制容器、有色金属容器、非金属容器等。c. 按几何形式分：分为圆筒形容器、球形容器、矩形容器、组合式容器等。d. 按安装方式分：分为立式容器、卧式容器等。e. 按受压情况分：分为内压容器、外压容器等。f. 按壁厚分：分为薄壁容器、厚壁容器等。g. 按工艺过程中作用原理分：分为反应容器（R）、换热容器(E)、分离容器(S)、贮存容器(C)、其中球罐（B）等。h. 按设计压力分：分为，低压力容器（L） 0.1MPa=p=1.6MPa； 中压力容器（M） 1.6MPa=p=110MPa； 高压力容器（H）10MPa=p=100MPa；（3） 压力容器的参数1） 设计压力：是指在一定工作温度下用以确定容器壳壁计算壁厚及其原件尺寸压力。压力容器的设计压力不得低于最高工作压力，装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。最高压力：是指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压力。2） 最高工作压力：是指容器在正常工作时能承受的最大压力。3） 工作压力：是指容器在满足工艺要求的条件下，实际工作需要所产生的表压力。4） 实验压力：是指在压力实验时，容器所承受的压力。5） 设计温度：是指容器在正常工作情况下，容器的内部温度6） 实验温度：是指压力容器在压力实验时，壳体的金属温度。7） 计算厚度：是指压力容器每个原件按受力公式计算出的厚度。8） 设计厚度：是指计算厚度与腐蚀裕量之和。9） 名义厚度：是指设计厚度加钢材负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度即板材厚度。10） 有效厚度：是指名义厚度减去负偏差和腐蚀裕量。（4） 压力容器的安全附件压力容器的安全附件是为防止容器超温超压，超负荷二装在设备上的一种安全装置。压力容器的安全附件较多，但最常用的安全附件有安全泄压装置（安全阀，爆破片，防爆帽），压力表，液位计等。功能：当容器在正常工作压力下运行时，保持严密不漏，若容器的内压力一旦超过规定，则能自动地，迅速地排泄出容器内的介质，是设备的压力能始终保持在许用压力范围内。一般情况下，安全泄压装置除了具有泄压这一主要功能外还能自动报警的作用，因为当它启动排放气体时，由于介质以高速喷出， 常常发出较大的响声，这就相当于发出了设备压力过高的报警音响讯号.1) 安全阀安全阀按其结构及加载机构形式来分常用的有杠杆式和弹簧式两种。安全阀要定期检验，每年至少检验一次。定期检验工作包括：清洗、研磨、实验和矫正。弹簧式安全阀的加载装置是一个弹簧，通过调节螺母，可以改变弹簧的压缩量，调整阀瓣对阀座的压紧力，从而确定其开启压力的大小。弹簧式安全阀结构紧凑，体积小，动作灵敏，抗震，装在容器上便于容器的移动。其缺点是容易受温度影响，会改变弹簧的弹性使弹簧弹性降低。杠杆式安全阀靠移动重锤的位置或改变其重量来调节它的开启压力。杠杆式安全阀结构简单，适用于较高温度的工作压力，缺点是难以用于高压容器上。2) 压力表压力表主要分为：活塞式、弹性元件式、液注式和电量式四种类型，其主要作用是测量容器内部压力，一般来说，用的较多的有弹簧管压力表，其结构简单，使用方便，价格便宜受使用者喜爱。2.2 压力容器设计计算。设计要求：贮气罐的体积为 4 立方米，额定气压为 2.5MPa，贮气罐上要求安装压力表、安全阀及排污。1. 确定压力容器壳体的大小。根据毕业设计课题要求：工作压力为 2.5MPa，V=4mGB1501998钢制压力容器的规范标准及行业要求确定其安全系数 n=1.5。由 V= 4m，暂设壳体内径为 R=0.6m，高 h1=2mV 壳=h1RV 壳=23.140.6=2.261m设圆筒的外直径为 Do (单位：mm)圆筒的内直径为 Di圆筒的计算厚度为圆筒的中间直径 D=1/2(Do+Di) 1.圆筒受压力 P 的轴向作用：P 在圆筒轴向产生的总轴向力F1=DP圆筒的轴向力由圆筒横截面的面积来承受， 圆筒横截面积：f1=D 由此产生的圆筒轴向应力：m=F1/f1=PD/4当控制m=t 时，焊接接头系数则：1=PD/4t根据 GB150 报批稿采用双面焊接接头局部无损检测，取=0.85代 入 D=Di+ 1=P(Di+)/4t 1=PcDi/(4t-Pc)10.73mm2. 封头设计 (圆筒受压力 P 的径向作用) 体积计算：V 封=24/3R=1.80mV 总= V 封+ V 壳=1.80+2.26=4.06m4m符合设计要求。气压对圆筒的径向作用在半圆投影面上产生合力：F2=PDL承受此垂直合力的圆筒纵截面积f2=2L受力图如图 2-2-1 所示：P 受径向压力作用P 受轴向压力作用图 2-2-1由此产生的圆筒径向应力：t = F2 / f2 = PD / 4当控制t=t时：2= PD /4t带入 D=Di+Do 得出： 2=PcDi / (4tPc) 10.73mm3. 压力容器的选型及外型设计设计压力为 2.5 MPa 属于中压容器。设计温度为 20 摄氏度，属于常温容器。根据常用压力容器手册得知，钢板材料选用的一般原则如下：查常用压力容器手册表 1-8-1 碳素钢板的适用范围，选择材料为Q235-C 钢材。本次压力容器的设计及计算依据 GB150 钢制压力容器设计标准，采用圆形立式压力容器的形状方案。其中壳体大小尺寸以确定，现在来确定封头的型号及尺寸。制作材料：GB1501998Q235C 钢。其计算厚度为 10.73mm。设计厚度=计算厚度+腐蚀裕量=10.73+1=11.73mm。名义厚度为 13mm。有效厚度=13-1-1=11mm焊接接头形式：双面焊对接接头，局部无损检测=0.85 尺寸：按图纸标记为准。第三章 主要零部件设计及选型3.1 法兰连接法兰连接结构式压力容器的重要部分，是一种可拆的密封结构，包括螺栓、法兰、垫片及被连接的两部分壳体。法兰连接结构特点是具有较好的密封性， 结构简单，成本低廉，能够承受较高的的压力，可以多次拆装。一般操作条件下可以选用标准法兰，这样可以加快压力容器设计进度，更换方便，降低成本。本次法兰设计选用标准法兰设计。压力容器法兰按其结构及公称压力范围可划分为平焊法兰和对焊法兰，其中平焊法兰又分为甲型和乙型两种结构法兰。查阅资料压力容器及过程设备设计P57 页表 4-3，甲乙型法兰适用材料及最大允许工作压力。本次设计最大工作压力为 2.5MPa，查表得出选用PN=2.4MPa，材料为：板材，16MnR。其工作温度为：0到 200。根据公称压力选得法兰型号及参数如表 3-1-1：DNDD1D2D3D4bHd300440400365355352351802312(16)3-1-1螺栓规格：M20数量：16 件其中，若16，取值。在这取=16。形状及尺寸如图 3-1-2 所示：图 3-1-23.2 支座3.2.1 支座类型化工压力容器及设备是通过支座固定在工艺流程中的某一位置上的。支座形式主要分为三大类：立式容器支座、卧式容器支座、和球式容器支座。立式容器支座分为腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座。根据 JB/T 47122007,容器支座有以下四个部分： 第一部分 鞍式支座（JB/T 4712.1）第二部分 腿式支座（JB/T 4712.2） 第三部分 耳式支座（JB/T 4712.3） 第四部分 支承式支座（JB/T 4712.3）支座型式是根据设备的重量、结构、承载类型、外部机械荷载情况和维修要求等来选定的，不论何种支座都应满足以下两点要求：1）承托容器的支座本身不失效，即强度是安全的，刚度是3.2.2 支承式支座结构设计根据以上要求结合设计要求选用支承式支座：（1） 结构组成：底板、筋板、垫板组成。（2） 结构特征：支承式支座适用于高度不大的立式容器且离地面又较低的情况下，焊接在立式容器的底部。1）支承式支座标准分为以下两种形式。A 型：钢板焊制，代垫板。B 型：钢管焊制，带垫板。1）支承式支座标准适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器； 公称直径 DN8004000mm；圆筒长度 L 与公称直径 DN 之比小于 5容器总高度=10mm(不记腿支)（3） 支承式支座由以下几个部分焊接而成。A 型：底板、筋板、垫板。B 型：底板、钢管、垫板（4）A 型支座采用双面连续焊；B 型支座采用单面连续焊。支座与容器壳体的焊接采用连续焊接。焊脚等于 0.7 倍的较薄焊板的厚度，且不小于 4mm。（5）结构设计查阅资料压力容器及过程设备设计及常用压力容器手册确定以下参数如表 3-2-1：表 3-2-1根据以上尺寸制成下列支撑式支座，如图 3-2-2 所示：图 3-2-23.3. 人孔3.3.1 人孔的设计理念。在日常的工作需求中，压力容器能够稳定的储存按设计要求提供的压缩介质，且不易发生损坏情况，若发生泄露或其他损坏，修补起来较为麻烦，毕竟是个封闭环境。若想在日后对压力容器进行维护，就必须设计人孔，而人孔的设计理念就是为了方便人们日后工作的检查和维修，其遵守的原则是，孔径必须能够使正常的维修人员进入壳体内部，孔径大小符合国标及补强范围要求。为了安全考虑在满足一定条件下，人孔的大小尽量越小越好。还有安装孔的位置及密封环境等等都是我们设计人员的必须考虑的问题。3.3.2 人孔设计此次人孔设计查阅资料常用压力容器手册得知：常用钢制人孔有以下几种：（1） 常压人孔（2） 回转盖人孔（3） 垂直吊盖人孔（4） 水平吊盖人孔本次设计根据实际设计情况和设计要求公称压力为 2.5MPa，采用回转盖人孔， 回转人孔的基本参数如表 3-3-1：表 3-3-1选用公称直径为 400 的，质量为 200Kg。根据以上数据绘得如下回转人孔图如图 3-3-2，其中数据以图纸为标准：3.4 开孔补强图 3-3-23.4.1 不需另行开孔补强说明公称外径253238454857657689最小厚度4416GB150 规定，当设计压力小于或等于 2.5MPa 的壳体上开孔，两相邻开空中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径小于或等于 89mm 时，只要接管最小厚度满足表 3-4-1 时，就可不另行补强。3.4.2 开孔补强方法表 3-4-1（1）为满足工艺要求操作，安装等，我们需要在压力容器上进行开孔。容器开孔后，不仅会削弱整体的强度，还会让应力集中。由于材质和制造缺陷等各种因素的综合作用，开孔附近就成为压力容器的破坏源。因此压力容器的设计中必须充分考虑开孔补强的问题。开孔或接管附近的应力集中程度以应力集中系数 K 来表示。K = smaxs式中max接管连接处的最大应力；设备在压力作用下产生的环向薄膜应力；（2）开孔补强方法有以下几种：等面积补强法。采用此法要求容器开孔后，在容器和接管处周围的补偿金属量必须等于或大于开孔所削弱的量，从而达到不降低容器开孔后的平均应力。这种方法相对较为可靠，简便，也能提供足够的安全性。极限分析补强法。根据极限分析设计，以塑性实效为基础，他允许产生一定的塑性变形。当容器的而盈利控制在许用应力 = s/1.5 的范围内时，整个结构并不实效。只有当每个部分的应力强度达到屈服极限时，才算实效。塑性失效补强法。这种补强反方允许补强后压力容器在开孔附近出现塑性变形。采用这中补强方法，可以使各种不同的接管开孔在补强以后，都具有相同的应力集中系数（K=3）.3.4.3 开孔补强计算（1） 开孔补强设计方法的选择河海大学文天学院本科毕业设计（论文）等面积法师以无限大平板上开小圆孔的孔边分析作为其理论依据。但实际开孔接管十万位于壳体，有一定的曲率，为减少实际应力的集中于理论分析结果之间的差异，其主要的设计方法要用于补强圈结构的补强计算，这种方法相对较为可靠，简便，也能提供足够的安全性。综合考虑此次设计选用等面积补强法。（2） 开孔补强计算所需最小补强面积 A 对受内压的圆筒或球壳，所需的补强面积 A 为A=d+2et(1-fr)式中A：开孔补强所需的补强面积d： 开 孔 直 径 ：壳体开孔处的计算厚度et：接管有效厚度fr：强度削弱系数，这里由于采用接管和壳体同种材料取 fr=1 。此次设计中，A=30010.87+0=3261(mm )。对于平盖开孔直径 d=0.5Di 时，所需补强最小面积 A=0.5dP。有效补强范围在壳体开孔处的最大应力在孔边，并随孔边距离的增加而减少。如果在离孔一定距离上的补强范围内，加上补强材料，可以降低应力水平。有效宽度按下式计算，两者中取较大值。B=式中B有效补强宽度，mmn 壳体开孔处的名义厚度，mm nt 接管名义厚度，mm。内外侧高度按下式取小值计算： 外侧高度：25H1=河海大学文天学院本科毕业设计（论文）42H2=(dnt)接管实际内伸高度补强范围内补强金属面积 A0 在有效补强区范围内，可作为有效补强面积A0=A1+A2+A3。A1 为壳体的有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，壳体的多余金属量：A1=(Bd)( e) 2et(e)(1fr)A2 为接管有效厚度减去计算厚度之后多余面积。接管多余金属量：A2=2h1(ett)fr+2h2(etC2)fr式中e壳体开孔处的有效厚度，mm t接管计算厚度，mmA3 为有效补强区内焊缝金属的截面积，补强范围内补强面积 A0 为：A0=A1+A2+A3根据以上计算公式带入设计数据得出：B=600A1=(600300) (1210)214(1210)(11)=600mm（ 此 处 fr 取 1） A2=2702016+2(162)fr=760 mm（ 此 处 fr 取 1） A0=A1+A2=1360 mm补强范围内补强：A0=1360 mmA=3261 mm因为 A0 A1，所以需要另加补强，A4=32611360=1901 mm。本次设计局部视图如图 3-3-所示：此次补强仅为法兰开孔补强。图 3-3-3第四章 焊接4.1 压力容器焊接要求1、分散焊缝的原则是尽量避免焊缝相交的原则。2、质心对称布局原则。3、避免应力复杂的面积或封应力原理、4、枪托底板连接到相同厚度。5、设计焊接坡口。6、遵行开放式联合设计原则（焊缝填充物尽量少，避免缺陷，焊缝对称）有利于焊接防护，方便焊接操作，有助于减少焊缝金属的稀释缓冲层的速率。4.2 筒体与封头的焊接接头压力容器压力焊接接头的部分一般分为 A，B，C，D 四个，理查德环与气缸盖连接使用 A 类焊缝。焊接方法：手工电弧焊，其原理就是利用电弧焊接和通电热熔金属焊条接缝的方法，焊条母材料为碳素钢结构钢，不锈钢，低合金钢，广泛的应用短焊和全位置焊接，焊接使用的工作静态，冲击和振动载荷下致密牢固，这种方法是灵活的，适用性强，设备方便，维修简单，生产效率低，劳动强度大等特点。4.3 管法兰与接管的焊接接头由选择的槽宽度为 b= 6 毫米，收购 HG20605-97 和参考的形式对应于公称直径 DN80 数字和管道法兰，所示的放大部分的尺寸的焊接接头。大会每个压力容器部件，一般采用焊接。总称焊接，在热影响区和熔合线， 缝焊接接头是焊接接头的重要组成部分。在对船舶的质量和安全，焊接坡口形状有直接影响的形式焊接接头的设计。在 A 联合对焊接缝头旋转和外壳接管和 B 圆筒形凹槽焊接接头使用焊接角焊，焊接补强圈，这个槽人孔处接管、补强圈的焊接采用角， 坡口为50 24.4 焊缝接头的布置每个压力容器部件的装配常用的焊接。缝焊接接头是焊接的一个通用术语， 熔合线和热影响区的焊接接头的主要部分。锥形式和对焊接容器的质量和安全有直接影响的形式焊接接头的设计。1. 对接接头：2. 搭接接头:3. 角接接头：第五章 PLC 控制系统设计PLC 采用德国西门子公司的 S7-200 小型 PLC，用 STEP 7-Micro/WIN 32 软件包进行编程，该软件包是基于 Windows 的应用软件。程序可以用编程器直接对PLC 进行编程，但这时只能使用语句表进行编程。本系统通过PC 机运用STEP 7-Micro/WIN 32 软件编写程序用梯形图或语句表来编写，编好的程序，通过PC/PPI 电缆串行通信，下载到 PLC，由 PLC 执行控制程序。而且 PLC 有以下的几个特点：1. 编程方法简单易学2. 功能强，性价比高3. 硬件配套较为齐全，使用方便4. 可靠性高，抗干扰能力强5. 维修量小，维修简单6. 体积小，能耗低5.1 控制系统的接线设计本系统的控制部分为 PLC 自动控制，控制方式的转换是靠自动转换开关来实现的。5.1.1 空压机电动机主电路设计电动机电压采用 380V 三相交流电，电动机功率P = P 泵电h根据原始资料得电动机功率为 100kw电动机主回路电流为：P电 =3UI cosf ，功率因数 0.89I =P电=170.72A查找机械设计手册-5选用参数如表 5-1-1表 5-1-1最后选取 Y 系列型号为 Y280M-2 的电机，其各参数如上图所示。因电动机功率较大，为了电动机有较好的启动特性，减少启动电流，在电动机主回路中，选用技术先进的软启动器及配套接触器等设备。根据电动机电压和电流，查低压电气设备手册， 选择接触器型号如表 5-1-2，表 5-1-2 接触器型号型号线圈主触辅触可控额定吸引线圈功率 50HZ 近额定头额头额制操作线圈似值（VA）电压定电定电380V频率电压启动吸持（V）流（A）流三相次/h（V）（A）异步电动机最大功率（KW）CJ20J-160380160545600交流36、110、220、380760105热继电器型号如表 5-1-3 所示：表 5-1-3 热继电器技术数据表型号热继电器发热元件规格连接导线规格编号额定电流 A刻度电流调节范围 AJR20-250L501617040506016 mm2 多股铜芯橡皮软线软起动器选用西门子公司的 3RW44 软启动器。主电动机电路如图 5-1-4 所示：图 5-1-4其中软启动器部分如图 5-1-5 所示：图 5-1-55.1.2 I/O 点数统计及 PLC 型号选择(1）输入量I0.0 I0.1工作空压机开启工作空压机停止I0.2压力传感器I1.0储气罐压力高I1.1储气罐压力低I2.0自动/手动切换（2）输出量Q0.0常开开关 Q01 闭合Q0.1常闭开关 Q02 断开（停止）Q0.2无载启动电磁阀Q1.0常开开关 Q11 闭合Q1.1常闭开关 Q12 断开（停止）Q1.2指示灯 1（压力过高） Q2.0指示灯 2（压力过低） Q2.1储气罐过高、过低报警Q3.0压力过高空压机全部停止（3） PLC 型号选择控制系统有 4 个开关量和 5 个模拟量输入，4 个开关量和 4 个模拟量输出，选用 S7-200 CPU224 24V 电源。5.1.3 PLC 外部接线图的设计PLC 外部接线图包括电源接线、输入端子接线和输出端子接线见图 5-1-6:图 5-1-6PLC 和传感器用的 24V 电源由开关电源提供，而开关电源的输入电源由POWER1 和 POWER2 两路 AC220V 电源提供，互为备用。5.2 PLC 的控制逻辑及编程5.2.1 控制逻辑框图（1） 空压机开启 ：图 5-2-1（2） 闸门关闭：图 5-2-2（3） 压力复位：图 5-2-35.2.2 控制程序梯形图图 5-2-4按照图 5-2-4 所示梯形图能够满足以下要求：自动向贮气罐充气，维持贮气罐的气压在规定的工作压力范围内；空压机停止时，自动打开无载起动电磁阀 2DCF 或 4DCF，排除水分，空压机启动时，延时 10 秒关闭无载起动电磁阀 2DCF 或 4DCF，实现电动机的无载启动；当贮气罐的气压降低到工作压力下限时，备用空压机自动投入，并发出报警信号；贮气罐压力过高时，发出报警信号。5.3 启闭机系统的 TD200 组态因启闭机系统用到 TD200 文本显示器，在编程前必须先按控制要求组态TD200，得到需显示的消息及消息的各种数据及参数地址，它是程序的编制重要原始数据。STEP 7-Micro/WIN 32 提供了一个组态“向导”（Wizard），它便于在S7-200 CPU 数据储存区中组态参数块和信息。在完成选择项的选择和信息的建立之后，TD200 组态向导就自动的把参数块和信息文本写入数据块编辑器内。然后数据块将下载到 CPU。TD200 的组态包括以下内容：1、 选择语言和字符集2、 启用 Time-of-Day、Force 功能和口令保护3、 确定功能键存储位和显示更新速率4、 选择消息的长度和消息的数量5、 指定参数块地址、消息使能地址和消息位置6、 建立消息5.3.1 TD200 组态过程（1） 选择语言和字符集TD200 支持中、英、德、法、意、西种语言以及 Latin、original TD200 等字符集。本系统采用英文文及 original TD200 字符集。组态时的界面如图 5-3-1 所示。图 5-3-1 TD200 选择语言和字符集组态界面（2） 启用 Time-of-Day、Force 功能和口令保护本系统启用 Time-of-Day 菜单及 Force 菜单，实际操作 TD200 时可以访问相应的菜单，为方便操作，本系统未设置口令保护。组态界面如图 5-3-2 所示。河海大学文天学院本科毕业设计（论文）图 5-3-2 TD200 启用 Time-of-Day、Force 功能和口令保护组态界面（3） 确定功能键存储位和显示更新速率TD200 功能键的标志字节地址默认为 PLC 的 M 存储器，每一个功能键（F1 F8）都必须设定一个位地址，即便在 PLC 程序种不使用该功能键，也要保留该功能键的位地址。本系统中设置 TD200 功能键的标志字节地址为 M2，则 F1F8 键的位地址分别为 M2.0M2.7，显示更新速率决定 TD200 为显示消息需多长时间轮询一次 CPU。本系统中 TD200 的显示更新速率设置为默认的“As fast as possible”。上述内容的组态如图 5-3-3 所示。图 5-3-3TD200 确定功能键存储位和显示更新速率组态界面（4） 选择消息的长度和消息的数量TD200 最多可以显示 80 条消息，可供选择的消息长度有 20 或 40 个字符两种方式，本系统根据需要选择 40 字符方式，显示的消息数量为 19 条（1 号站）和 18 条（2 号站）。其组态界面如图 5-3-4 所示。44图 5-3-4 TD200 选择消息的长度和消息的数量组态界面（5） 指定参数块地址、消息使能地址和消息位置TD200 参数包含了 TD200 的组态消息，为了在 PLC 的 CPU 和 TD200 之间建立一个接口，必须在 PLC 的 CPU 数据存储区（V 存储区）中生成。消息使能标志的起始字节决定了 V 存储器里消息使能标志开始的位置，消息起始字节决定了 V 存储器里第一条消息的起始位置。本系统中，参数块地址、消息使能地址分别采用缺省值 VB0 和 VB12,消息起始位置为 VB200。其组态界面如图 5-3-5 所示。图 5-3-5 TD200 指定参数块地址、消息使能地址和消息位置组态界面（6） 建立消息TD200 的消息可以分成四种：第一种为不要求确认、不允许编辑，只有文本的消息；第二种为需要确认、不允许编辑的消息；第三种为不要求确认、允许编辑的消息；第四种为需要确认、允许编辑的消息。TD200 以十进制形式显示全部数值。在把数据嵌入文本消息时，必须在消息中为数据值和信息留有空间。格式信息告诉 TD200 如何显示和编辑数据值，河海大学文天学院本科毕业设计（论文）它要求在消息中有 2 个字符的空间。除此之外，还要求 2 个字符空间（共计 4 个字符）；双字或实数（浮点）除格式信息外还要求 4 个字符的空间（共计 6 个字符）。在格式化嵌入数据值的对话框中，可以指定一个嵌入数据的数据类型、格式和显示特性；可以选择消息是否需要确认，数据值是否可以编辑
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