【《惰性气体保护室各部件的设计计算案例》4600字】

I1000-F，h=200,δ4=8,l=40。以材料S30408为例，将尺寸更改为下表。表1.3鞍座基本尺寸表图1.2支腿式支座1.1.2支座材料的选用避难材料不同而产生的铁素体污染、热膨胀不同，异种钢焊接的影响(如电偶腐蚀等)。因此，标准建议使用与“一般”和容器本体相同的材料。因此，选择材料S30408。1.4视镜1.4.1视镜的结构形式设计视镜的作用是观察设备内部情况。由于工作介质对惰性气体无毒无害，工作压力低，因此一般平面圆形护目镜，为了便于焊接，颈尾，以及为了方便观察加工设备，公称直径选用150毫米。根据查阅GB/T23259—2009压力容器用护目镜玻璃，可视直径选择150毫米，厚度选择20毫米。1.4.2视镜的强度校核1弯曲应力的计算当圆形圆形镜子玻璃承受内压作用时，我们可以简单地抽象成承受均匀横向载荷的圆形平板。这时，其主要的内力是弯矩、剪切力，在载荷均匀分布的条件下，圆形平板具有中心轴对称的内力和变形。圆形平板玻璃的强度条件应满足下式:

（3-1）

周边简支时

（3-2）

周边固支时

（3-3）

式中:

--弯曲应力,

MPa;

P--计算内压力,

MPa;

μ泊松比,玻璃=0.25;

d--悬空直径,

mm;

S--厚度,

mm;

K--应力系数[6]。

实际由于非金属软片支撑对周边的限制是几乎为零。因此,视镜玻璃视为周边简支。(

K=0.3025)（3-4）2温差应力由于内表面层和外表面层具有圆形板的最大热应力，且小型惰性气体制造者内外温差不明显，因此忽略温差应力。玻璃板在实际操作中要承受内压引起的弯曲应力和温差引起的热应力。强度校核时可以通过将两种应力叠加的方法。因此,其强度条件为:σu+σr=1.7MPa≤[σ]=110/10=11MPa（3-5）式中:[σ]钢化硼硅玻璃的许用抗弯强度,[o]=σ/n;σ玻璃的抗弯强度,对于钢化硼硅玻璃取为110MPa;n安全系数,钢化硼硅玻璃为脆能材料,一般取n=10。故视镜的设计安全合理。1.5常开装置的设计由于激光设备的维护、安装和制造的需要，需要将惰性气体保护室制作成可拆卸的连接结构，以此允许实验者进入。由于在头部封头上安装直径1000毫米，超出标准检修孔大小范围，因此将参照标准检修孔设计非标准检修孔。首先，密封是人孔设计的核心，法兰连接是压力容器最常用的连接方法，有助于根据标准法兰的设计提高非标准人孔设计的合理性。整个法兰连接结构使用螺栓连接封头和头部，并拧紧垫片，使连接紧密。通常是由螺栓、垫片和法兰组成的部件，如图所示。图1.4密封设计示意图1.5.1整体法兰盘设计1.确定法兰盘类型与尺寸结构根据DN=1000mm，p=0.1MPa,属于中低压容器中封头与筒体的连接选择整体乙型平焊法兰。初选材料304,查容器法兰标准NB/T47020-4707-2012《容器法兰、垫片、紧固件》的结构尺寸为表1.4法兰基本尺寸表公称直径法兰mm（PN=1.6MPa）螺柱DD1D2D3D4δHδ1aa1d规格数量1000116011151076106610526626016211827M2432图1.5法兰设计示意图1.5.2压紧面设计压缩面(也称为密封面)是直接与垫圈接触并传递螺栓力使垫圈变形的表面约束。为了令密封效果达到要求，加压表面的类型和表面粗糙度必须兼容于所选定的垫圈。a压紧面选择压缩面必须根据工艺条件选择密封直径和要使用的垫圈。压缩面的几何尺寸和表面处理的质量要求必须与相应的垫圈相匹配。通常有三种类型的法兰压缩表面：用于中低压容器和管道的平面、凹凸和榫槽。榫槽面型由榫面和凹槽组成，形成放置在凹槽中的垫圈。垫圈狭窄，被凹槽堵住，所以不会突出，因此比上面两个压缩表面能获得更好的密封效果。此外，介质的腐蚀可能会减少，安装过程中压力下垫圈容易均匀对齐。垫圈很窄，压缩垫圈所需的螺栓力很小，因此高压下螺栓尺寸不会太大。密封表面适用于易燃、易爆、毒性介质和真空度超过1X105Pa的高压和真空系统的主要情况。可以使用DN=800mm，压力小的情况下可以使用更大的直径。综上所诉，榫卯表面密封面更为合理b垫片选用法兰连接的核心是垫片，垫片密封性能好坏决定法兰密封效果。选择垫片时，请考虑垫片的价格、制造和更换。垫片的材料、结构和大小应由介质的温度、压力和腐蚀性决定。常用垫片材料分为非金属垫片、金属垫片和复合垫片三种类型。这三种垫片现在已经是标准化生产了。非金属垫片的优点是价格低廉，弹性好，质地柔软，结构致密，容易切割，通常用作生产石棉、合成树脂、橡胶、塑料、膨胀石墨的原料。其中石棉垫片不耐高压，不容易溶解和膨胀矿物油，不耐腐蚀，高温容易老化，弹性下降，因此根据温度选择标准JB/T4704-4707，外径1066毫米，内径1041毫米，厚度3毫米。1.5.3紧固装置设计与校核在压力容器螺栓上按下垫片，实现法兰连接密封。所需压力不仅要达到预紧及操作中一定的密封比例压力，还要满足有效的密封要求，防止密封垫圈被压下。有时根据标准选择法兰，螺栓的数量和直径已经确定，但根据压力大小，垫圈的直径(材料、结构和工作压力)必须不同。因此，必要时应根据实际情况检查螺栓的强度。螺栓设计包括材料选择、螺栓直径和数量计算、螺栓尺寸确定、螺纹和螺栓标准的螺栓间隙检查。经常打开非标准检修孔的固定组件是铰链螺栓、活节螺栓和梅花螺母的组合结构，O环用于密封垫片。根据参考文献[7]提供的检查方法，检查如下。初选滑节螺栓M24，材料S30408。根据GB150-2011《压力容器》标准，在垫片接触宽度N处确定垫片基本密封宽度b0=25mm，然后计算垫片有效密封宽度。（3-6）DG=D2-2b=1041mm（3-7）预紧状态下需要的最小垫片压紧力（3-8）操作状态下需要的最小垫片压紧力(3-9）预紧状态下需要的最小螺栓总载荷Wa=Fa=41349.6N（3-10）操作状态下需要的最小螺栓总载荷计算内压引起的轴向力（3-11）操作状态下需要的最小螺栓总载荷Wp=F+Fp=167768.1N（3-12）螺栓总面积计算以螺栓根径d2进行计算，预紧状态下需要的最小螺栓总截面积。Aa=Wa/［σ］b=41349.6/137=301.8mm2（3-13）（3-14）所需要的螺栓总截面积Am取Aa和Ap中的较大值，实际使用螺栓总截面积Ab≥Am。为装拆方便，快开人孔的活节螺栓数量应尽可能少，但又需螺栓载荷均匀作用于垫片，以达到良好的密封效果，必须选择合适的螺栓间距L，其最大值。（3-15）螺栓个数为个，故取活节螺栓为8个。(3-16)计算预紧状态下，螺栓总设计载荷(3-17)操作状态下，螺栓总设计载荷W2=Wp=167768.1N。故螺栓总设计载荷PS取W1和W2两者中的较大者。故PS=45438622.86。实际人孔受力为101268.3N。故活节螺栓校核合格。Aa———预紧状态下需要的最小螺栓总截面积，mm2;Ab———实际使用的螺栓总截面积，mm2;Ap———操作状态下需要的最小螺栓总截面积，mm2;Ambb0d1DGFFaFphmpPsWaWpW1W2[σ]b[σ]tb———需要的螺栓总截面积，mm2;———垫片有效密封宽度，mm;———垫片基本密封宽度，mm;———螺栓公称直径，mm；———垫片压紧力作用中心圆直径，mm;———内压引起的轴向力，N;———预紧状态下需要的最小垫片压紧力，N;———操作状态下需要的最小垫片压紧力，N;———法兰厚度，mm;———垫片系数，1;———设计压力，MPa;———螺栓总设计载荷，N;———预紧状态下需要的最小螺栓总载荷，N;———操作状态下需要的最小螺栓总载荷，N;———预紧状态下的螺栓总设计载荷，N;———操作状态下的螺栓总设计载荷，N;———常温下螺栓材料的许用应力，取137MPa;———设计温度下螺栓材料的许用应力，取137MPa;1.6激光增材工作平台位置的确定激光增材工作平台用于部署激光增材设备，并为线路连接和日常维护腾出空间。只有能承受一定的负载和足够的空间裕量，才能在处理过程中使激光头实现三轴联动。也就是说，激光头移动到极限位置时，不会与筒体碰撞。活动软件通过实际设备的最大极限尺寸建模来确定工作平台的位置。通过以XYZ轴模拟实际运动的极限位置，防止发生碰撞。最后，使用软件执行干涉7检查，确认没有干涉。间距是激光头最右边最高的位置(图3。7d)并检查顶部和封头的最小间距(1.24毫米)。建模为设备的最大极限大小，激光头顶部对设备连接电路部分灵活。因此，这个间隔是