昆明理工大学过程装备课程设计

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5、设计小结 在这次课程设计中，我们学习到了工程设计的基本知识。 以本次黑液贮罐为例，首先需要确定贮罐的设计方案，根据 贮罐的实际工况，选择贮罐的材料。其次是最为重要的筒体 设计，其中包括厚度的计算，底盖与顶盖的设计与计算，再 则是人孔等接管的选择与补强计算。 除了这些基本技能知识外，也通过这种设计锻炼了我们 查询资料，快速寻找有用资料的能力，我们体会到了团队合 作的重要性。在复杂的设计中，我们需要准确的确定最佳设 计方案。工程设计涉及复杂的计算过程，其中，我们会遇到 各种困难，甚至有些已经超出我们的知识面，如何快速准确 的翻阅有关资料，并且很快的理解新内容，这对我们从未进 行过工程设计的同学来说，是一个艰难，烦躁的过程，非常 考验我们的耐心。 初次设计，难免会犯很多错误，当你已经完成大半时， 突然发现或者被别人指出其中的致命错误，这种情况对我们 来说是个比较大的打击。这时，摆正心态才是关键，不能轻 易放弃。 本次的课程设计，得到了指导老师朱孝钦老师的细心指 导，在朱老师的帮助下，我们才能快速的从工程设计盲初步 的了解并掌握工程设计的过程，我们也因此能够尝试了一次
3.6、焊缝接头型式选择与设计
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4、设备质量的计算 根据[3]查得 Q235-B 钢材的密度ρ = 7830kg/m3 筒 体 的 体 积 计 算 V1 = [(36202 − 36002 ) × 6700 ×
4 π π
10−9 − × 4802 × 10−9 = 0.76m3
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B = d + 2δn +2 δnt = 473.6+2 505.60mm 取 B 的最大值，则为 947.20mm 其中δnt 根据[4]表 23-1-4 可知为 6mm。 2） 、补强区外侧有效高度 h1 h1= dδnt = 473.6 × 6 =53.31mm 10+2 × 6 =
其中 ς t s 根据[2]附录 2 取 235MPa
所以设计壁厚是合适的。 3.3、顶盖与底盖的计算 由于贮罐为常压设备，顶盖仅与液面相接触，没有内压力 作用，而顶盖也仅受液面接触，没有其他压力作用，考虑 便于制造，因此取顶盖，底盖为筒体厚度。 3.4、人孔选择与补强计算 3.4.1、人孔选择 由于贮罐工作压力为常压，工作温度为 70 ，根据 [4] 表 23-1-4 选择公称尺寸为 DN450 的人孔比较合适。
0.071×3600
3） 、由于刚度的影响对设计壁厚进行修正 根据工程实际试验，可选取δmin =7.2mm。 4） 、比较δd , δmin +C2 ，确定名义厚度δn 因为δmin +C2 >δd ,选取较大值合适，根据[2] 表 13-6 钢板厚度的常用规格，选取δn =10mm。
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4802 − 480 − 2 × 10
π 4
2
× 282 ×
黑液进口 1 体积计算 V5 = 200 × 10−9 = 0.0012m3 黑液进口 2 体积计算 V6 = 200 × 10−9 = 0.0010m3 消 沫 口 的 体 积 计 算 V7 = 200 × 10−9 = 0.0024m3 黑 液 出 口 的 体 积 计 算 V8 = 200 × 10−9 = 0.00061m3 排 污 口 的 体 积 计 算 V9 = 240 × 10−9 = 0.0014m3 溢 出 口 的 体 积 计 算 V10 =
符号 公称尺寸 连接尺寸标准 用途或名称
a b c d e f g
100 100 200 300 100 450 200
PN0.25DN100 PN0.25DN100 PN0.25DN200 PN0.25DN300 PN0.25DN100 PN0.25DN450 PN0.25DN200
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
黑液出口 溢流口 黑液进口 消沫口 黑液进 常压人孔 排污孔
t
=
0.071×480 2×112×0.8 −0.071
=0.19mm
δdt = δt + C2 = 0.19 + 2 = 2.19mm
3） 、判断是否补强 因为A1 + A2 = 3067.41mm2 > A = 637.84mm2 ，所以不需补强。 3.5、接管的选择 根据设计出的筒体厚度和工程实际情况（工作压力：常压 工作温度：70 ） ，本设计方案选择如下接管：
2
2） 、接管承受内压所需设计厚度之外的多余金属面 积 A2（mm ）
A2 = 2h1(δnt − δt − C)fr + 2h2 δnt − C − C2 fr
2
= 2 × 53.31(6 − 0.19 − 2.8) = 320.93mm2
其中δt根据[3]
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δt =
pc D2 i 2ςt ϕ−p c
1
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2、 设计方案的确定
2
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3、设计计算 3.1、材料的选择 根据工况（pw，t，介质腐蚀性）选择筒体，顶盖的材料， 因为黑液工作温度为 70，压力位常压，腐蚀性低，综合机械 性能，Q235-B 作为筒体材料较好，价格适中。 3.2、筒体设计 3.2.1、根据储罐的内直径，有效容积。求筒体的高度 h。V = h=
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2002 − 100 − 2 × 10
2
×
π 4
1002 − 100 − 2 × 10
2
×
π 4
4002 − 400 − 2 × 10
2
×
π 4
1082 − 108 − 2 × 10
2
×
π 4
2002 − 200 − 2 × 10
2
×
π 4
1002 − 100 − 2 × 10
2
×
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200 × 10−9 = 0.00057m3 筒体的质量M1 = V1 ρ = 0.76 × 7830 = 5950.80kg 顶盖的质量M2 = V3 ρ = 0.11 × 7830 = 861.30kg 底盖的质量M3 = V2 ρ = 0.11 × 7830 = 861.30kg 人孔的质量M4 = V3 ρ = 0.0042 × 7830 = 32.89kg 黑液进口 1 的质量M5 = V5 ρ = 0.0012 × 7830 = 9.40kg 黑液进口 2 的质量M6 = V6 ρ = 0.0010 × 7830 = 7.83kg 消沫口的质量M7 = V7 ρ = 0.0024 × 7830 = 18.79kg 黑液出口的质量M8 = V8 ρ = 0.00061 × 7830 = 4.78kg 排出口的质量M9 = V9 ρ = 0.0014 × 7830 = 10.96kg 溢出口的质量M10 = V10 ρ = 0.00057 × 7830 = 4.46kg 此 贮 罐 总 质 量 M总 = M1 + M2 + M3 + M4 + M5 + M6 + M7 + M8 + M9 + M10 = 7762.51kg
4
底盖的体积计算V2 = × 38002 × 10 × 10−9 = 0.11m3
4
π
顶盖的体积计算 V3 = [ × 38002 × 10 − × 4002 × 10 −
4 4 π 4
π
π
× 2002 × 10 − × 1002 × 10] × 10−9 = 0.11m3
4 π 4
π
人孔的体积计算 V4 = 10−9 = 0.004m3
3）补强内侧的有效高度 H2 因为此贮罐的接管没有内伸高度，因而 h2 取为 0 3.4.7、计算有效补强面积 1） 、壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面 积 A1（mm ）
A1 = B − d δn − C − δ − 2 δnt − C δn − C − δ1− fr=B− dδn− C− δ=947.2−473.610−2.8−1.4=2746.48
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1、 前言 纸在人类的文明发展中有极其重大的意义。通过纸的应 用，人类的各种知识得到迅速地传播、妥善地保存，使悠久 的历史遗产得到继承，从而推动了人类文化和科技技术的不 断发展。 如今，造纸工业已经成为关系到国民经济的许多部门， 服务面很广的一个行业，在国民经济中占有一定的地位。随 着我国四个现代化建设的发展，人民物质文化上水平的不断 提高，纸和纸板所需的品种和数量将日益增长。 在文字出现以前，我们的祖先主要是用结绳、堆石、绘 画等帮助记忆的。殷代开始用甲骨文，商周以后用简牍和帛 作为记事材料大量流行。 公元前 105 年，东汉时期的蔡伦，总结了前人的经验， 把纸提高到能用于书写的阶段。从此，纸在全国普遍使用起 来。在蔡伦之后，魏晋南北朝时期，出现了最早的染色纸， 并且有防虫蛀的作用。唐宋是我国造纸业发展的极盛时期。 此时造纸可以用于作画，并且普及民间。南宋时期纸已用于 货币制造。 元、明以后，纸的制造一直停留在手工阶段。直至鸦片 战争以后，在 1891 我国才有了机器制纸工业。
t 70 ℃ t
=113MPa,焊接接头
系数选单面焊接，局部探伤，则ϕ =0.8 腐蚀余量C2 根据工程实际，C2 取 2mm。 钢板厚度负偏差C1 根据[3]表 13-5 取 0.8 厚度附加量 C= C1 +C2 =2.8mm 2） 、计算δd
pc D2 i
δd = 2 ς
t −p
c
+ C2 = 2×113×0.8−0.071 + 2 =3.14mm
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δd =
pc D2 i 2 ς ϕ−p c
t
+ C2
1） 、设计参数确定 计算压力pc ： pc = p + γh = 0 + p′ = 0 + 0.071 = 0.071MPa 内直径Di = 3.6m 材料许用应力 ς 的确定： 假设壁厚在 4.5-16mm 之间，由于使用的钢板材料为 Q235-B，根据[2] 附录 2 查得 ς = ς
列表如下： 公 称 直 dw× s 径 DN 450mm 480× 6 570 535 250 14 10 12 160 90 D D1 B b b1 b2 H1 H2 总质量 /kg 44.3
3.4.2、开孔后果
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容器开孔之后，在孔边附近的局部区域，应力会急速上升 到很高数值， 这种局部的应力增加现象叫做 “应力集中” ， 压力容器开孔接管后，除了有应力集中现象，再加上接管 有时还有其他的外载荷，又由于材质和制造缺陷等各种因 素综合作用，开孔接管处就可能成为裂纹源，从而引起裂 纹扩展， 直至压力容器发生破坏， 从而工作时易发生危险。 3.4.3、措施 由于此贮罐为低压设备，可以采用补强圈补强。 3.4.4、补强计算 采用等面积补强，选择与壳体一样的材料，则 fr=1 3.4.5、计算壳体开孔后被消弱的面积 A 根据[4]查表得 DN450 的钢管的内径 Di 为 480mm。 根据[2]查得 A = dδ + 2δ δnt − C 1 − fr = dδ = 473.6 × 1.4 = 663.84 其中:d = di + 2C = 480 − 2 × 6 + 2 × 2.8 = 473.6mm pc D2 0.071 × 3600 i δ= = = 1.41mm 2 ς t − pc 2 × 113 × 0.8 − 0.071 3.4.6、确定有效补强范围 1） 、补强的有效宽度 B B = 2d = 2 × 473.6 = 947.2mm
5） 、水压试验，校对壁厚
pt =1.25p′
ς ς
t
= 1.25 × 0.071 = 0.09MPa
C= C1 + C2 = 0.8 + 2 = 2.8mm
ςT =
p T[D +δ ] i e 2 δe
t s
=
0.09[3600 +7.2] 2×7.2
=22.5MPa
0.9Φ ς
=0.9× 0.8 × 235 =169.2MPa
70 ℃
= 977.8
kg
m3
ρ
黑液 水
ρ
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ρ黑液 = 黑液比重 × ρ水 = 1075.58 kg
70 ℃ 70 ℃
= 1.10 × 977.8
m3
所以黑液重度γ = ρg = 1075.58 × 9.807 = 10548.2 N kg 3.2.3、求槽底的压力 p
p′ = P° +γh = 0 + 10548.2 × 6.7 = 0.071MPa 此处P° 因为贮罐的顶盖直接与黑液接触， 且又是在 常压下工作，所以P0 =0 3.2.4、壁厚计算 根据[2]可知：
4V πD 2 i π 4
D2 ih
4×68 3.14×3600 ×3600
=
=6683mm
为 方 便 制 造 ， 选 取 h = 6700mm ， 则 有 效 容 积 为 V ′ =68.16m2 3.2.2、求液体重度 黑液比重根据[1]按工程要求可取为 1.07-1.10 为 了方便安全可取为 1.10 根据[5]查得 水的密度ρ水 黑液比重=