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1、华东理工大学第一届化工设备计算机辅助概念设计比赛说明书设计者:高一聪（过程012）杜鼎（机设015）孙英策（机设011）2003年11月6日目 录一. 设计要求3二. 设计思路概述3三. 设计尺寸4四. 设计建模过程4塔体4裙座4接管6法兰6人孔6吊柱7操作平台7梯子8五. 椭圆形封头钣金展开9六心得体会13七参考书目14一设计要求1 塔设备三维造型2设计平台、扶梯、并与塔组装。a除了图中已注尺寸，其余部分形状大小由设计而定。b塔筒体内零件忽略不作，只作塔设备外形。c接管、人孔、支座等方位由设计而定。d平台与扶手形状、大小自行设计。e 支座数量为4个。f 支座与法兰大小应由有关系列标准而定。3
2、 画出塔设备椭圆封头的展开图。展开方法合理，所用材料最省。二设计思路概述塔设备是化工，炼油生产中最重要的设备之一。它主要分为板式塔和填料塔两大类。我们设计的塔设备就是以板式塔为模板的。我们通过查看实物图片，查阅相关塔设备资料和设计标准手册研究除了一套较合理的方案。我们的设计主要分为以下几部分：1、塔体：塔设备的外壳。它由等直径、等厚度的圆筒和作为头盖和低盖的椭圆形封头组成。2、塔体支座：塔体安放在基础上的连接部分。它用以确定塔体的位置。本题中塔设备采用的是最常用的支座形式裙座。3、除沫器：用于捕集夹带在气流中的液滴。对于回收物料，减少污染非常重要。4、接管：用以连接工艺管道，把塔设备与其他设备
3、连成系统。安用途可分为进液管、除液管、进气管、出气管等。5、人孔：为安装、检修、检查的需要而设置的。6、平台：为安装、检修、检查的需要而设置的。一般设在经常需要检修、拆装的地方。7、扶梯：为方便工人上下塔体检修、填料而设。三设计尺寸设计要求尺寸：全塔高：34525mm基础环板直径：2600mm裙座直径：2200mm塔体上半部直径：1800mm设计尺寸列表（详见附录设计图纸） 四设计建模过程一）塔体：本设计以浮阀塔为蓝本。二）裙座：因为其它是塔体常用的支撑形式。考虑到实际制造方便,又因为（塔高）H（塔直径）Dg1630，其结构主要分为一下几个部分:1础环 外径已知2600mm,内径2000mm，
4、厚32mm2筋板 高h 220mm，宽b159mm，厚16mm3压紧环 32mm4人孔 裙座上必须设有人孔以方便检修.人孔的结构尺寸及开设个数见下表(mm)裙座直径数量DM中心高H100014001809001000D180014502009001800D340024502009003400D46002500220950460026002501000根据题目已知裙座D=2200在1800到3400之间,所以我们选择第三组数据,开设两个人孔D=450,M=200,H=9005排气孔其作用是排出塔运行中溢出的气体,以免可燃或腐蚀性气体损伤设备、危害检修人员安全。排气管结构尺寸及数量见下表。 （mm
5、）裙座直径数量排气孔直径Ddws孔中心与切线距离H100045057351301000D18004707641701800D3400410010842303400D460061001084260460081001084300注：当裙座敷设的防火层或保温层较厚时排气管两端伸出内外壁的长度，应为敷设层厚度ts50mm。由于裙座直径大于1800小于3600，所以选取的三组数据。6引出管通道当塔釜内物料易堵或塔体与塔釜管内有防腐衬里时，考虑到检修方便和更换裙座引出管的需要，塔釜须用法兰连接。7防火层与保温层一般操作条件下，塔体的保温延伸到裙座与塔体的连接焊缝以下四倍保温层厚度的距离为止。裙座的其余部分
6、不需保温。防火层可起到防止裙座因温度升高而丧失强度，以致倒塌。通常裙座直径1500mm时仅外测设防火层；直径1500mm时，两侧均须敷设厚度50mm的石棉水泥层。8、裙座与封头的连接裙座直接焊在塔釜封头上，可采用用对接。即裙座的外周与塔体外侧平齐。我们的设计中裙座的壁厚与封头壁厚相等，则封头切线到裙座顶端的距离h参考下表选取D th 8142024200066881061162200699211112224007296116127260075100120132注：D为裙座直径，th为塔釜风头壁厚，ts为裙座壁厚D2200；th=ts我们选取20mm；查表得h111mm9、地脚螺栓及螺栓数（略）
7、三）接管本设计中所设计到的接管有直管进料管与弯管进料管。四）法兰法兰的设计参照化工容器及设备简明设计手册P517（法兰密封手册）所规定的参数设计。五）人孔的设置和选用人孔的设置应便于人员进入任何一级塔板，但由于设置人孔处的塔板间距要增大，且人孔设置过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求，所以一般板式塔每隔1020层塔板或510m塔段才设一个人孔。我们设计的板式塔，塔高h为Amm。所以们设置了6个人孔。在设人孔处，塔板间距至少应比人孔尺寸大150mm，且不许小于600mm在设置平台操作的地方，人孔中心高度一般比操作平台高0.81m，不易超过1.5m。所以我们选择了1.2m。我们根据JB标准将人孔
8、选为RF450-1.6。六）吊柱在塔顶设置吊柱，对补充和更换填料，安装和拆卸内件，是既方便又经济的一项措施。在高度15m以上的塔都设有吊柱。七） 操作平台1操作平台的设计及尺寸2操作平台应设置在人孔、吊柱、液面计等需要经常检修和操作的地方。我们设计的平台是圆形和矩形的组合体。园直径DAmm，矩形A*B。3由于平台下的地面往往是通道，所以底层平台的净空高度我们选取了2.0m。各层平台之间距离不得小于2.0m，所以我们取了1.8m 。4平台宽度应根据检修需要而定，一般为0.81.2m，最小不得小于0.6m当平台设有人孔时，净款不小于0.9。5、平台边缘与塔壁之间应留一定间隙。八）梯子梯子的设计采用
9、斜梯为45度，护栏高度为1.2m，笼梯之间的间隔为0.15m。详细图纸如下：五“椭圆形封头”展开法化工塔设备的顶部封头为椭圆形，为保证其强度及密封性能，所以加工时常采用整块钢板冲压而成，为节约材料需要精确的计算冲压时所需要的钢板面积，以下就是“椭圆形封头”的几何展开法，以及其计算机程序实现。如图a为一椭圆封头（其正面投影半个椭圆用三段圆弧代替，各段弧见图中所作），它是不可展曲面，其近似展开的步骤为：1. 顶部的展开。一般取,展开后为一圆，其直径d=2ao，见图b，落料后经模压成封头的顶部。2. 本体的展开b 顶部展开图c 一块本体得展开图a 封头投影图d 数学模型参考图将本体N等份，现作出其中
10、一块的展开图，见图c。将oe展开成一直线OA=oa,AB=abDE=de等，再分别以o为中心,OA,OBOE为半径画圆弧，取在俯视图上相应的圆弧长度，然后光滑连接各点，即得一块展开图。3复制N块完成封头展开图。数学模型的建立1 求两圆弧，以圆心，由图d可知I点是AC上连线上自C点起减去长、短半轴之差后的中点，其表达式为: 式中：，。由此得： 式中a、b为椭圆长、短半轴，AC方程为： 方程为：由方程得：、圆心坐标：当x0时，0，；z0是：，0。并可得两圆弧半径：，2 求展开图中得，值由图c可知，当时，当时，上面的两式中的，的值均与两圆弧连接点l1的坐标xl1有关，此值可由求得3展开曲线方程为Au
11、tolisp语言的实现(defun c:zhankai() ;椭圆钣金开 (setq p0(getpoint n输入起始点pO:) (setq R (getreal 输入a:) (setq H (getreal 输入c:) (setq N (getreal 输入N:) (setq Nmax (getreal 输入Nmax:) (setq X0 (car p0) (setq Z0(cadr p0) (setq RAD 0.0174532) (setq XA a) (setq ZA 0) (setq XC 0) (setq ZC c) (setq LAMD (/ (- (sqrt (+ (* a
12、a) (* c c) (- a c) (+ (sqrt (+ (* a a) (* c c) (- a c) (setq XI (/ (+ XA (* LAMD XC) (+ 1 LAMD) (setq ZI (/ (+ ZA (* LAMD ZC) (+ 1 LAMD) (setq XC2 (/ (* (- (* a (/ XI c) ZI) c) a) (setq R2 (- a XC2) (setq R1 (+ c abs(- ZI (* a (/ XI c) (setq ALF (* 2 (/ PI N) (setq AFLFI atan(/ a c) (setq BETD (- (/
13、 pi 2) asin(* 0.4 (/ a R1) ;asin函数未义 (setq U (* a (/ ALF (* 2 (+ (* R1 (- (/ pi 2) ALFI) (* R2 ALFI) (setq LE (+ (* R1 (- (/ pi 2) ALFI) (* R2 ALFI) (setq D (* 2 (* LE sin(U) (setq BET ALFI) (setq P1 (list XI ZI) (setq N 0) (while (= N Nmax) (while (= BET BETD) (setq PHI1 (/ (* ALF sin(- (/ pi 2) BE
14、T) (* 2 (- (/ pi 2) BET) (setq LO1 (* R1 (- (/ pi 2) BET) (setq XL (+ (+ 50 (* LO1 sin(PHI1) (* N D) (setq YL (+ 200 (* LO1 cos(PHI1) (setq P2(list XL YL) (if (= BET ALFI) (setq P1 (list XL YL) (command line p1 p2 ) (setq P1 (list XL YL) (setq BET (+ BET RAD) ) (setq N (+ N 1) ) (setq N 0) (while (=
15、 N Nmax) (setq PUSE 0) (while (= PUSE ALFI) (setq PHI2 (/ (+ (* R2 cos(PUSE) XC2) (* 2 (+ (* R1 (- (/ pi 2) ALFI) (* R2 (- ALFI PUSE) (setq LO2 (+ (* R1 (- (/ pi 2) ALFI) (* R2 (- ALFI PUSE) (setq XL(+ (+ 50 (* LO2 sin(PHI2) (* N D) (setq YL(+ 200 (* LO2 cos(PHI2) (if (= PUSE 0)(setq PL(list XL YL)
16、(command line p1 p2 ) (setq p1(list XL YL) (setq PUSE (+ PUSE RAD) ) (setq N (+ N 1) ) (setq N 0) (while (= N Nmax) (setq BET ALFI) (while (= BET BETD) (setq PHI1 (/ (* ALF sin(- (/ PI 2) BET) (* 2 (- (/ PI 2) BET) (setq LO1 (* R1 (- (/ PI 2) BET) (setq XL (+ (- 50 (* LO1 SIN(PHI1) (* N D) (setq YL
17、(+ 200 (* LO1 SIN(PHI1) (if (= BET ALFI)(setq PL(list XL YL) (command line p1 p2 ) (setq p1(list XL YL) (setq BET (+ BET (* 0.1 RAD) ) (setq N (+ N 1) ) (setq N 0) (while (= N Nmax) (setq PUSE 0) (while (= PUSE ALFI) (setq PHI2 (/ (+ (* R2 cos(PUSE) XC2) (* 2 (+ (* R1 (- (/ pi 2) ALFI) (* R2 (- ALFI
18、 PUSE) (setq LO2 (+ (* R1 (- (/ pi 2) ALFI) (* R2 (- ALFI PUSE) (setq XL (+ (- 50 (* LO2 sin(PHI2) (* N D) (setq YL (+ 200 (* LO2 cos(PHI2) (if (= PUSE 0)(setq PL(list XL YL) (command line p1 p2 ) (setq p1(list XL YL) (setq PUSE (+ PUSE RAD) ) (setq N (+ N 1) ) (setq PHI2 (/ (* (+ R2 XC2) ALF) (+ (*
19、 R1 (- (/ PI 2) ALFI) (* R2 ALFI) (setq LE (+ (* R1 (- (/ PI 2) ALFI) (* R2 ALFI) (setq STANG (* -90 (+ 1 (/ PHI2 PI) (setq ETANG (* -90 (- 1 (/ PHI2 PI) (setq N 0) (while (= N Nmax) (setq arc(50+N*D,200,SANG,EANG,LS) ; (setq R(* R1 asin(* 0.4 (/ a R1) (setq circle(200,100,R) ;)六心得体会中华民族曾经在人类历史上创造过灿
20、烂的文明，有力地显示了中华民族优秀的智慧和卓越的创新才能。但是到了近现代以后，中国的创新能力明显逊色于发达国家。原因有很多，但此中有一点可以肯定就是：我国的传统的教育体制在培养学生创新能力方面还存在着严重的问题。我们还缺乏适合培养学生的创新人才的土壤，还没有形成系统的有效的创新人才培养机制。但是我们不能就因此而停止不前，要努力在各个方面充实自己。参加创新实践活动是我们拓展自己知识面的一个重要的方法，在比赛的过程中我们接触到了和多课堂上接触不到的知识，培养了我们团体协作的能力。七参考书目化工设备设计全书上海科学技术出版社 化工设备设计全书编辑委员会化工容器及设备简明设计手册化学工业出版社 贺匡国
21、 主编Autocad二次开发技术清华大学出版社 郭朝涌等 编著Autocad2000高级应用技巧科学出版社 刘韬等 编著附录21栏杆h1.2d3020扶梯H2000h200B17001419平台48002400a*b3000*1600718法兰PL1001.6RF317接管108*6L300316吊柱115椭圆封头DN1800*14114接管480*6L200113法兰PL251.6RF312接管32*3.5L150311法兰PL450*6E110接管480*6L50019裙座圈220014h300018筒体1、DN2200*12H16760筒体2、DN1800*12H1676517人孔RF（AG4501.6）56法兰PL1251.6RF15接管133*8L202014裙座人孔470*2L12023垫片3212筋板159*2001611基础环板2600/2000321序号名称数量完15
