0.5m3的立式压缩空气储罐课程设计

材料工程设计报告学生姓名学号

教学院系

专业年级

指导教师

完成日期2014 年 1 月10 日

设计任务书

设计题目：0.5m3的立式压缩空气储罐

已知工艺参数如下：

介质：空气

设计压力：0.5MPa

使用温度：0--100℃

几何容积：0.5 m3

规格：600*6*2050

设计要求：

（1）根据给定条件确定筒体内径、长度、封头类型等，然后确定有关参数（容器材料、许用应力、壁厚附加量、焊缝系数等）（2）进行焊接接头设计，附件设计等。

（3）撰写说明书，按照设计步骤、进程，科学地安排设计说明书的格式和内容叙述简明

1、设计数据 (4)

2、容器主要元件的设计 (5)

2.1封头的设计

2.2人孔的选择

2.3接管和法兰

3、强度设计 (8)

3．1水压试验校核

3.2圆筒轴向应力弯矩计算

4、焊接结构分析 (10)

4．1储气罐结构分析

4.2零件工艺分析

4.3焊缝位置的确定

5、焊接材料和方法选择 (11)

5.1母材选择

5.2焊料选择

5.3焊接工艺及技术要求

6、焊接工艺工程 (12)

6.1焊前准备

6.2 储罐的安装施工顺序

6.3装配和焊接

6.4质量检验、修整处理、外观检查

6.5 焊缝修补

7、焊接工艺参数 (15)

8、焊接工艺设计心得体会 (16)

9、参考文献 (16)

1.设计数据

表1-1

序号名称指标

1 设计压力MPa 1.0

2 设计温度℃100

3 最高工作压力MPa 1.0

4 最高工作温度℃<100

5 工作介质压缩空气

6 主要受压元件的材料Q235-A

7 焊接接头系数0.85

8 腐蚀裕度mm 2.0

9 全容积0.5

10 规格600*6*2050

主要元件材料的选择：全容积为0.5m3的立式压缩空气储罐，焊接系数为∅=0.85，根据HGT3154-1985≪立式椭圆形封头贮罐系列≫表6。设计压力Pc =1.1MPa，此储罐的最高工作温度为100℃，圆筒材料为Q235-A。圆筒的厚度6mm，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度σb=375B a，屈服极限强度σs=235MPa，在90℃时近似取为100℃时的σ t =113MPa

进出料接管的选择

材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。材料为16MnR。

结构：接管伸进设备内切成 45 度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损和腐蚀。

接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管和壳体相焊部分厚度的匹配。

不需另行补强的条件：当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。 ① 设计压力小于或等于2.5Mpa 。

② 两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。 ③ 接管公称外径小于或等于89㎜。 ④ 接管最小壁厚满足以下要求。 手孔的选择

根据HG/T 21531-2005-1《回转盖带颈对焊法兰手孔》，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：

表2-2 手孔尺寸表 单位：mm 密封面型式 凹凸面MFM D

300

1

b

23.5

d

30

公称压力PN MPa 0.5

1

D

250

2

b

28 螺柱数量 8

公称直径DN

250

1

H

180 A 385 螺母数量 16

w d s

159 6

2

H

89.5 B 175 螺柱尺寸 M24*120

d

146.4

b

28

L

250

总质量kg

34.1

开孔补强结构：

压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整 体锻件补强三种。补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。 2容器主要元件的设计 2.1封头的设计

从受力和制造角度分析，球形封头是最理想的结构形式，但其缺点是深度大，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，各参数和筒体相同,则封头的设计厚度也为6mm

压缩空气气储罐应设置排污口，进气口，出气口，手孔，压力表口，安全阀口 封头尺寸：

2.2接管设计

1.1进气管φ273×6

接管采用φ273×6的无缝钢管，伸出长度为200mm 。本储罐的设计压力为1Mpa,设计温度为100℃，板式平焊法兰可满足此要求，由于设计压力为1Mpa，所以选2.5 Mpa等级的板式平焊凸面法兰。法兰标记为：DN100-PN2.5 RF

1.2 出气管φ108×5；采用φ108×5的无缝钢管，内伸长度为10mm，钢管弯制R100mm的圆弧。配用板式平焊凸面法兰。法兰标记： DN100-PN

2.5 RF

1.3 排污管φ38×3采用Q235A号钢无缝钢管，内伸10mm，弯制R100mm的圆弧。配用板式平焊凸面法兰。法兰标记：DN30-PN

2.5RF

1.4 安全阀接管157×5的无缝钢管。安全阀尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用，配用板式平焊凸面法兰。接管伸出筒体外200mm。法兰为标记：DN150-PN

2.5 RF

1.5 压力表接管，采用管螺纹接管。配用凸面螺纹法兰。法兰为：DN15-PN

2.5 RF

2.3接管和法兰

压缩空气气储罐应设置排污口，进气口，出气口，手孔，，温度计口，压力表口，安全阀口。

查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表8.2 3-3 PN带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。