立方空气储罐设计

e
ae
由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核
鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：
a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即 A Ra 2 ） 时，轴向应力 3 位于横截面最高点处.
σ3
pc Ra 2δe
M2 πK1Ra 2δe
1.0106 604
1.94106
（2）设计筒体和封头壁厚；进行强度计算；焊接接头设计；附件设计等。 （3）撰写设计说明书：能以“工程语言和格式”阐明自己的设计观点、设计
方案的优劣以及设计数据的合理性；按照设计步骤、进程，科学地编排设计说明书 的格式与内容叙述简明。
第一章 空气储罐概要 空气储罐的特点
空气储罐主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化 工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用，如氢气储罐、液 化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。储罐内的压力直接受温度影响，且介质往 往易燃、易爆或有毒。储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。
压力容器的外壳由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件六大部 件组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书
主要介绍了储气罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。
第二章 空气储罐材料的选择
材料选择原则
在选择压力容器用钢时，需根据容器的工作条件、工作压力、介质的腐蚀性、 介质对钢的脆化影响选择具有合适的力学性能、物理性能和耐蚀性能的材料。同时 考虑它的加工工艺性能、经济性。
φσs=
即 0.9φσs >σT ，所以水压试验合格
工作应力计算及校核
由于该空气储罐壁厚 8mm，属于薄壁，只需计算校核轴向和周向应力。
圆筒的平均半径为 Ra
Di 2
δn 2
1200 8 22
604mm
m=筒体质量+封头质量+空气质量+接管质量=
鞍座反力为 F mg 594.77 9.8 2971.35N
2 6.3 3.141 0.6042 6.3 48.21MPa
取鞍座包角 120 ，在[6]中查表 7-1（JB/T4731-2005）得，K1 1.0, K2 1.0 .
则
b).在横截面最低点处的轴向应力 4 ：
σ4
pc Ra 2δe
M2 πK 2 Ra 2δe
1106 604 2 6.3
2
2
圆筒轴向应力计算及校核
根据[2]中公式，计算圆筒截面轴向弯矩，公式（4-1）
M1
FL 4
1
2(Ra L2
hi 2
)
1 4 hi 3L
2.64 10 5
-
4 A
2971.35 1600
1
2
(6042 - 3002 ) 16002
-
4 300
L
4
1 4 300 3 1600
圆筒厚度的设计 ...................................................... 5 封头厚度的计算 ...................................................... 5 接管的设计 .......................................................... 5 支座的设计 .......................................................... 6
公称直径 Di 鞍座长度 L0 鞍座高度 H 鞍座质量 m 鞍座边角θ
1200mm 1080mm
200mm
40 ㎏
120°
鞍座定位
应尽量使支座中心到封头切线的距离 A 小于等于 0.5Ra ，当无法满足 A 小于等
于 0.5Ra 时，A 值不宜大于 0.2L 。 Ra 为圆筒的平均内径。
Ra
Di 2
1.94 106 3.141 0.6042 6.3
48.21MPa
圆筒轴向应力校核
A 0.094 0.094 9.810 4 Ri δe 604 / 6.3
（5-3）
查表得， E =1.86×105 ,则
B 2 EA 2 1.86105 9.810 (4) 121.58MPa 33
材料确认、பைடு நூலகம்产指令 标记确认、放样划线
下料前检查 下料
刨边、坡口设备 筒节成型
焊第一筒节、试板、
抛光
焊筒节纵缝、抛光
试板检验探伤
检验探伤
试板检验 审核
组焊环缝、抛光 检验探伤 开孔划线 接管焊接
补强致密检验 耐压审核 耐压试验
抛光、包装、铭牌 入成品库
2m3 空气储罐的焊接工艺分析
支座选型 .......................................... 错误!未定义书签。 鞍座定位 .......................................... 错误!未定义书签。 第四章 强度计算 ....................................................... 6 水压试验应力校核 .................................... 错误!未定义书签。 工作应力计算及校核 .................................. 错误!未定义书签。 圆筒轴向应力计算及校核 ............................................ 7 周向应力计算及校核 ................................................ 8 第五章 空气储罐的制造工艺 ............................................ 10 空气储罐的制造工艺流程 ............................................. 10 空气储罐的焊接工艺 ................................................. 11 接管焊接 ......................................................... 11 纵缝和环缝焊接 ................................................... 12 空气储罐的焊接检验 ................................................. 13 无损检测 ......................................................... 14 耐压试验 ......................................................... 14 第六章 课程设计心得体会 .............................................. 15
Q235-B 在 100℃下，许用应力
=113MPa：
利用中径公式
=
=
（3-1）
查标准 GB6654－1996 《压力容器用钢板》 知，钢板厚度负偏差为，故取 。
设计任务说明书给定腐蚀裕量 C2=,厚度附加量 C=C1+C2=+=。
则筒体的名义厚度
+=
圆整后取为 =
封头的设计
从受力与制造角度分析，球形封头是最理想的结构形式，但其缺点是深度大，
目录
任务书 ................................................................ 2 第一章 空气储罐产品概要 ............................................... 3 第二章 空气储罐材料的选择 ............................................. 4 第三章 空气储罐的结构设计 ............................................. 4
δn 2
1200 8 22
604mm
即 A ≤0.5Ra 0.5 604 302 mm
所以 A=300mm
图 3-2 鞍座安装位置
第四章 强度计算
水压试验应力校核
试验压力 Pt==
圆筒的薄膜应力为 σT
PT (Di δ e ) 2δ e
1.25 (1200 26
6)
125 .625 MPa
1600
鞍座平面上的轴向弯矩，公式（4—2）
M2
F A1
1
A L
Ra 2 hi 2 2AL
1 4hi 3L
1.94106 N • mm
2971.35
300
1
1
300 1600
1
6042 - 3002
2 3001600 4 300
31600
圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，最高点处：
σ1
pc Ra 2δe
M1 πRa 2δe
1106 604 2 6.3
2.64 105 3.14 0.6042
6.3
47.97MPa
最低点处：
pR σ c a
M2
1.0 10 6 604
1.94 10^5
47.96MPa
2 2δ
πR 2 δ
2 6.3
3.14 0.604 2 6.3
4 8 6140
12 0.013 2971 .35 604 1600 8 62
12.88
MPa
周向应力校核
σ5 0.12MPa σt 113MPa σ6 12.88MPa 1.25σt 1.25113 141.25MPa
故圆筒周向应力强度满足要求。
第五章 空气储罐制造工艺 2m3 空气储罐制造工艺流程
0.1 0.76 2971
8 6140
.35
0.12 MPa
在鞍座边角处
由于 L
Ra
2250 604
3.73 8
，根据公式:
σ6
4
δe
F δre
b2
12K6 FRa L δe 2 δre 2
由于
A
Ra
0.3 0.604
0.49
0.5
查表知， K 6 0.013
σ6
2971 .35
材料确定
根据板厚和工作条件，选择 Q235-B 表 2-1 母材的化学成分及力学性能
化学成分
力学性能
C/%
Mn/%
Si/% S%
P% σbMpa σsMpa
Q235-B
第三章 空气储罐的结构设计
圆筒厚度的设计
由于该容器储存压缩空气，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该 储罐进行 100%探伤，由于尺寸限制，不开人孔只能采取单面焊，所以取焊缝系数为 Φ=。
冲压较困难；而椭圆形封头深度比半径小，易于冲压成型，是目前低压容器中用的
较多的，故采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同,则封头的设计厚度:
计算结果是与筒体等厚 δn=8mm
由封头长短轴之比为
2，即
Di 2hi
=2 ，得 hi
= Di 4
=1200 mm =300mm 4
表 3-1 封头尺寸表
公称直径 Di mm 总深度 H mm 内表面积 A m2 容积 m3
参考文献 ............................................................. 16
任务书
设计参数
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 10
2m3 空气储罐的焊接工艺设计
名
称
设计压力 Pc（MPa） 设计温度（℃）
最高工作压力（MPa）
质量 Kg
1200
325
图 3-1 封头尺寸
接管的设计
根据实际情况，开一个孔焊接接管同时作为进料孔出料孔，查询标准[7]，接 管尺寸如下：
Di=50mm, H=60mm, δ=8mm
支座的设计
支座选型
该产品为卧式设备，采用鞍式支座，查[6]《鞍式支座标准》JB1167-81，得
表 3-2 鞍座尺寸表
最高工作温度（℃）
工作介质
主要受压元件的材料
焊接接头系数Φ
腐蚀裕度 C2（mm） 厚度负偏差（C1）
全容积（ ）
容器类别
指
标
100
95 压缩空气
Q235-B
第一类
设计要求
（1）更具给定的条件来选定容积的几何尺寸，即确定筒体的内径、长度、封 头类型等，然后确定有关的参数，如容器材料、需用应力、壁厚附加量、焊缝系数 等。
σ max
σ1 , σ2 , σ3 , σ4
48.21MPa
max
σac B 121 .58MPa
满足条件 σac σmax
圆筒周向应力的计算和校核 在横截面的最低点处： 根据公式
σ5
kK5 F
δe δre b2
其中 k 0.1（容器焊在支座上）
查表知， K5 0.76
则 σ5