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1、本科设计题目：FF175-500OL叶轮式搅拌器搪玻璃罐设计学生姓名：学号：专业班级：指导教师：完成时间：202X年3月17日1 设计参数31.1 设计基础数据表32 搪玻璃罐罐体和夹套的设计32.1 罐体筒体壁厚设计32.2 罐体封头的设计42.3 筒体的长度设计52.4 外压筒体壁厚的设计62.5 外压封头壁厚的设计73 搪玻璃罐附件的选型及尺寸设计103.1 管法兰、接管及密封面尺寸设计113.2 法兰密封面的确定123.3 法兰的连接尺寸123.4 人孔的设计134.2联轴器的型式及尺寸的设计165 传动装置的设计及选型185.1 电动机的选型195.2 机架的设计195.3 支座的设
2、计206 接管及人孔的开孔补强226.1 公称通径为125mm的开孔补强计算246.2 人孔的补强计算267 搪玻璃罐的焊接与压力试验297.1 搪玻璃罐的焊接297.2 搪玻璃罐罐体及夹套的压力试验308 总结341设计参数1.1设计基础数据表项目设备内夹套设计压力MPa0.10.4工作压力MPa0.070.3设计温度150150工作温度eC20-1100-150工作介质水、水蒸气腐蚀裕量mm11焊接接头系数0.850.852搪玻璃罐罐体和夹套的设计2.1罐体筒体壁厚设计本设计采用单层式圆筒结构。(I)设计参数的确定a.设计温度的确定筒体采用外夹套保温，设计温度T=操作温度TO+(1530)
3、C,且T15C,设计温度T可取150工作温度2(1110Cb.焊缝系数的选取筒体部分的焊接采用焊接接头形式为双面焊的对接接头，无损检测比例为100%,取0.85oc.许用应力的确定罐体的材料选择为Q235-B,设计温度为IO(TC下的许用应力：=3MPa常温强度指标：h=50MPa,=235M&(2)罐体厚度的确定罐体的计算厚度2-pt.0.153175021131.0-0.153=0.95(2-2)Q235-B碳素钢，腐蚀裕量。2=2的，钢板负偏差G=0.6m机。罐体的设计厚度：j=+C2=2+0.95=2.95/72/?，罐体的名义厚度=d+C,+C2有效厚度：c=nC1-C2=620.6
4、=3Amm圆整至钢材标准规格厚度:6rnmo2.2罐体封头的设计(1)附体封头的选型附体封头选用标准椭圆封头，选用标准JB/T4746-2002,类型代号EH,Dj=1750ww,其中，Di_Z2(H-h)H-h=350mm,DN=Di以内径为基准。(2)设计参数的确定DN=1750mm,总深度H=51Omm,内表面A=2.23462,容积V=O.3977加封头材料为Q235o（3）封头壁厚设计计算$一PCDi2-0.5pc0.984- 2x113x1.0-0.5x0.1530.153x1750钢板负偏差G=06,腐蚀裕量。2=2机加，故圆整至标准钢板名义厚度n=6mm,=-C1-C2=6-2
5、.6=3Amm(4)封头直边尺寸=H-350=510-350=25mm封头重量：Zn=Io2.9总。2。 3筒体的长度设计（1）确定罐体全容积筒体的操作容积玲=5000L,罐体的全容积V与操作容积Vo的关系为V0二V,当取0.7时，则罐体的全容积V=Vo=5000=7142L0.7（2）确定筒体高度筒体高度口_V-V封一 -1 V v Im7.142-0.39773.14TlT(2-3)=2.527lm=2527mm因此取筒体高度为7=2800mm,长径比筒28=18。,17502.4外压筒体壁厚的设计(I)设计外压的确定用夹套内导热油的工作压力为0.1MPa,故设计压力可取0.1MPa。(2
6、)图算法验证筒体的壁厚a当罐体内无介质时，通过图算法验证筒体的壁厚，根据内压计算当筒体名义厚度zj=6w?时，筒体外径Do=Di+2n=175O+26=1412mm,D01412M=41520TT故为薄壁圆筒，仅需进行稳定性校核；H11700S_=1.2,加1412上J上二4153。 3.4查表可得A=0.0001；在设计温度下的B与A关系曲线相交不到，则2 2,B=-EA=-21050.00009=6.753 3则筒体的许用外压力Bp=675=0.014仪尸，(2-4)D0e1412/3.4故假设的名义厚度不符。b.假设名义厚度3“=8用加时，筒体外径D0=Di+2n=175028=1416
7、mm,5.4仅需进行稳定性校核H.1700I=1.2,1416Do=1416“c=2625.4故为薄壁圆筒,Do=1416=21620,查表可得A=O.00025,从而得到3=35；则筒体的许用外压力p=351416/5.4(2-5)p0.15%=0.006MPa故计算压力Pcp+Pi=0.1+0.0208=0.1408MPa夹套壁厚= PR2,-pc0.140815002ll3l.0-0.1408=0.94mn(2-6)取钢板厚度负偏差G=06皿，腐蚀余量C2=277,=+Cl+C,=0.94+2+0.6圆整至标准钢板厚度为6mmmo(2)夹套高度的确定夹套高度(2-7)H=nV-V=500
8、0-397.7()2=169()_1.1 Vlm3.144142取夹套高度为1700mmo3搪玻璃罐附件的选型及尺寸设计1.2 工艺接管的设计本装置设有以下接管：(1)导热油进口采用无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592法兰PL50-0.25RF,接管选用RF58。(2)测温接口采用无缝钢管，伸入罐体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL40-0.25RFOCr18NiIOTi,接管选用RF450(4)工艺物料进口采用无缝钢管，管的一端切成斜面，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL80-0.25RFOCrl
9、SNilOTi,接管选用RF89。(5)放料口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PLlOO-O.25RFOCr18NiIOTi,接管选用RFlO8。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记：放料阀6-100HG5-11-81-3.(6)导热油出口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL50-0.25RF20,接管选用RF57。(7)安全阀接口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL25-0.25RFOCr18NiIOTi0(8)测压接口采用无缝钢管，接管与封头内表面
10、磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL40-0.25RFOCrlSNilOTio(9)人孔接口采用无缝钢管，连接尺寸及标准HG21596-1999-1,RF450-0.25,Hl=150mmO采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL125-0.25RFOCr18NiIOTio1.3 管法兰、接管及密封面尺寸设计（1） HG20593标准适用的钢管外径包括A、B两个系列，A系列为国际通用系列（俗称英制管），B系列为国内沿用系列（俗称公制管），本设计中采用的接管其公称直径和钢管外径，如表3-1所示。表3-1公称通径和钢管外径Tab.3-1No
11、minaldiameterandsteelpipediameter公称直径DN405080100125400钢管外径A48.360.388.9114.3139.7406.4B455789108133426（2）法兰的公称压力选为0.25MPa（2.5bar）,板式平焊法兰的压力等级范围PNO.250.6例&,DN2000mm,故选用板式平焊法兰，如图3-1所示。图37板式平焊法兰Fig.3-1Plateflatweldingflange3. 3法兰密封面的确定表3-2法兰密封面形式选用表Tab.3-2Flangesealingsurfaceintheformselectiontable1使用工
12、况类型一般易燃易爆高危介质10.0MPa配用铸铁法兰整体法兰RFRFMFRFRJFF板式平焊法兰RFFF因此设计中的板式平焊法兰选用凸面RF密封形式,板式平焊法兰密封面形式，如图3-2所示。表3-3法兰类型与密封面形式Tab.3-3Flangetypeandsealsurfaceform法兰类型密封面形势压力等级PN(MPa)板式平焊法兰凸面(RF)0.252.5全平面(FF)0.251.6密封面如图3-2所示。图3-2凸面Fig.3-2Convexside3.4 法兰的连接尺寸根据HG20592-20635-97钢制管法兰、垫片、紧固件行业标准确定法兰的尺寸(I)法兰的连接尺寸，如图3-3和
13、表3-4所示。表3-4法兰连接尺寸Tab.3-4Sizeof,flangeconnection公称通径PN0.25MPa(2.5bar)DKLThn4013010014M1245014011014M1248019015018M16410021017018M16412524020018MI6845054049522M2016图3-3法兰Fig.3-3Flange3.5 人孔的设计于罐体的内径为175Omnb因此需要在罐体的封头上设置人孔，以便安装、维修、检查罐体的内部结构，本设计选不锈钢A型回转盖带颈平焊法兰人孔。其结构如图4-4所示，尺寸如表4-4所示。图3-4A型回转盖带颈平焊法兰人孔Fig
14、.3-2TypeArotarycoverwithneckflatweldingAangesmanholesI一筒节；2一六角头螺栓，等长双头螺柱；3一螺母；4一法兰；5一垫片；6-法兰盖；7一把手；8一轴销；9一销；10一垫圈；U一盖轴耳；12法兰轴耳；13法兰轴耳；14一盖轴耳Tab.3-5Thesizeofmanholes密封面型式公称压力MPa公称直径PNdsDdlABLbbiRF1.040042685655153101252002624b2乩H2d螺栓螺母螺栓螺柱螺母螺柱数量直径长度数量直径长度26220106201624901632241204搅拌装置的选型及尺寸设计4.1搅拌轴直径
15、的计算机械搅拌反应器的振动、轴封性能等直接与搅拌轴的设计有关。对于大型或高径比大的机械搅拌反应器，搅拌轴的设计尤为重要。设计搅拌轴时，应考虑四个因素：扭转变形；临界转速；转矩和弯矩联合作用下的强度；轴封处允许的径向位移。考虑上诉因素计算所得的轴径是指危险截面处的直径。确定轴的实际直径时，通常还要考虑腐蚀余量，最终圆整至标准轴径，本设计搅拌轴的材料确定为高合金钢OCrlSNilOTio按强度计算搅拌轴直径，搅拌轴的强度条件*max1MP(4-1)式中Tmax一截面上最大切应力，Pa；M卜一轴上扭转和弯矩联合作用时的当量转矩，N-m；一抗扭截面模量，加一卜一轴材料的许用切应力。代入数据整理可得d=
16、220.6(N严=220.6(3=205加计算轴径乘以安全系数后圆整至标准公称轴径系列，确定为40mm的轴径。由于搪玻璃罐的搅拌轴转速n=90540MPa时，接管与壳体的连接宜采用全熔透的结构形式；2.接管的腐蚀裕量为1mm。6.1公称直径为IoOml的开孔补强计算(I)补强及补强方法判别Ma.补强判别根据表7-1,允许不另行补强的最大接管外径为中89mm。本开孔外径等于108mm,故需另行考虑其补强。b.补强计算方法判别开孔直径d=4+2C=100+2(0.82.0)=105.6相机本标准椭圆型封头开孔直径d=105.6相机A=ISmm29所以不需要另行补强。6.2公称通径为125m的开孔补
17、强计算(1)补强及补强方法判别a补强判别根据表7-1,允许不另行补强的最大接管外径为89mmo本开孔外径等于133mm,故需另行考虑其补强。b补强计算方法判别开孔直径J=+2C=125+2(0.8+2.0)=130.6本标准椭圆型封头开孔直径d=130.6tnmA=93九&所以不需要另行补强。6. 3人孔的补强计算(1)补强及补强方法判别a补强判别根据表7-1,允许不另行补强的最大接管外径为(I)89mm。本开孔外径等于426mm,故需另行考虑其补强。h补强计算方法判别开孔直径d-4+2C=400+2(0.8+2.0)=405.6mm本标准椭圆型封头上开孔直径d405.6/w/w有效补强范围a
18、.有效补强宽度BB=2d=2405.6=81mmB=d+23+2z,z=405.6+28+28=437.6mm取大值，故B=81Immb.有效高度外侧有效高度1=405.68=57mmhl=220ww（实际外伸高度）取小值，故%=57mm内测有效高度h2=质：=405.68=57mm人2=0(实际内伸高度)取小值，故力2=O有效补强面积a.封头多余金属面积，A=(B-d)(e-)-2,(e-)(1-)=(811-405.6)(5.2-0.71)-25.2(5.2-0.71)(1-0.956)=1826/Wn2b.接管多余金属面积接管计算厚度3，=2f=安鉴篇=0-24w,/IC接管多余金属面积
19、：A2=21(f,-,)+2(,-C2)=257(5.2-0.074)0.956=559wn2c.接管区焊缝面积(焊脚取6.0加)1/八,八，2A=26.06.0=36mm2d.有效补强面积A=A+A+A=1826+559+36=24212e123因为AA=288机外，所以不需要另行补强。7搪玻璃罐的焊接与压力试验7.1 搪玻璃罐的焊接搅拌搪玻璃罐是典型的焊接结构，主要的制造方法就是焊接，焊接质量直接关系到设备的质量，它对焊接质量的要求是所有焊接设备中要求最高的一种。压力容器的焊接接头分为四类，以便在制造、维修、管理时分别对待，从而保证质量。圆筒部分的纵向焊缝为A类焊接接头，封头与圆筒连接的环
20、向接头属于B类焊接接头。A类焊缝是容器中受力最大的接头，因此采用双面焊或保证全焊透的单面焊。本设计搪玻璃罐筒体的焊接如图7-1所示。管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，均属于C类焊接接头。在本设计中，为低压容器，C类接头的受力较小，通常采用角焊缝联接。夹套与筒体的焊接如图73所示接管、人孔、凸缘与壳体连接的接头，均为D类焊接接头。D类焊缝是接管与容器的交叉焊接，受力条件较差，且存在较高的应力集中，在厚壁容器中这种焊缝的拘束度相当大，残余应力亦较大，易产生裂纹等缺陷，对于低压容器采用局部焊透的单面或双面角焊。本设计中接管与封头的焊接如图7-2所示。图77罐体连接的A类焊接接头
21、Fig.7-1ClassAweldedjointsofthekettlebodyconnection图7-2接管与封头的D类焊接接头Fig.7-2ClassDweldedjointsofthetubewithhead图7-3夹套与罐体的焊接接头Fig.7-3TheWeldedjointsOfjacketedwithkettlebody7.2 搪玻璃罐罐体及夹套的压力试验除材料本身的缺陷外，容器在制造（特别是在焊接过程）和使用中会产生各种缺陷。为考核缺陷对压力容器安全性的影响，压力容器制造完毕后或定期检查时，都要进行压力试验。压力试验包括耐压试验和气密性试验用。耐压试验是指在超设计压力下进行的液
22、压（或气压）试验；气密性试验是指在等于或低于设计压力下进行的气压试验。对于内压容器，耐压试验的目的是：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或开裂造成泄漏，检验密封结构和密封性能。对于外压容器，在外压作用下，容器中的缺陷受压应力的作用，不肯能发生开裂，且外压临界失稳压力主要与容器的几何尺寸，制造精度有关，与缺陷无关，一般不用外压试验来考核其稳定性，而以内压试验进行“试漏”，检查是否存在穿透性缺陷。耐压试验有液压试验和气压试验两种，是容器在使用之前的第一次承压，且试验压力要比容器最高压力高，容器发生爆炸的可能性比使用时大。由于在相同压力和容积下，试验介质的压缩系数越大，容器所储存的能
23、量也越大，爆炸也就越危险，故应选用压缩系数小的流体作为试验介质。常温时，水的压缩系数比气体要小很多，且来源丰富，因而成为常用的实验介质。只有因结构或支承等原因不能向容器内冲灌水或其它液体，以及运行条件下不允许残留液体时，才用气压试验。7.2.1 罐体的水压试验(1)液压试验时，为防止材料发生低应力脆性破坏，液体温度不得低于容器壳体材料的韧脆转变温度，一般来说，罐体的材料为碳素钢Q235,进行液压实验时，液体温度不得低于5a.为使水压实验时容器材料处于弹性状态，在压力试验前必须按式(7-1)校核实验时圆筒的薄膜应力P(D+J9s()(7-1)2cOT=S0+54)=20.810.87二0.9l2
24、35=211.5符合要求。b.水压实验压力的确定回Pr=I.25p,=1.250.18l=0.16MPa(7-2)同(2)水压试验的操作过程在保持罐体表面干燥的条件下，首先用水将罐体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至O.16MPa,保压不低于30分钟，然后将压力缓慢降至0.IMPa,保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将罐体内的水排净，用压缩空气吹干罐体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。7.2.2 罐体的气压试验（1）其所用气体，应为干燥洁净的空气，氮气或其它惰性气体，实验气体温度一般应不低于15o由于气压实验较液压试验危险，故试验压力
25、压力比液压试验低，容器上的对接接头应进行100%射线检测。（2）实验压力的确定p=5pt=1.15O.18l=0.1472同（3）气压试验的操作过程做气压试验时，将压缩空气的压力缓慢升至0.01472MPa,保持5min并进行初检。合格后继续升压至0.0732MPa,其后按每级的0.01472MPa级差，逐级升至试验压力0.1472MPa,保持10分钟，然后再降至0.IMPa,保压足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后再按上述规定重新进行试验。罐体试压合格后，再焊上夹套进行压力试验。7.2.3 夹套的水压实验0）进行夹套水压实验时，液体温度不得低于5o为使水压实验时容器材料处于弹性状态，在压
26、力试验前必须按式（37）校核实验时圆筒的薄膜应力0.16x（1750+5.4）=Sl=20.80.8l235=188MPar10.8符合要求夹套水压实验压力的确定PT=L25pr=I.250.1l=0.15MRl可操作过程：在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.15MPa,保压不低于30分钟，然后将压力缓慢降至O.15MPa,检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干夹套。8总结搪玻璃罐由罐体、封头、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。罐体的连接形式为焊接。封头采用标准椭圆封头，封头与罐体的连接形式为焊接。搅拌器形式选用叶轮式搅拌器，因为搅拌装置高径比较大，因此设置上下两个叶轮式搅拌器，上下两个搅拌器之间的轴采用了支承，防止轴的振动。罐壁外设置U型管夹套，加热方式为导热油循环加热，导热油的温度不低于120oCo支承座为B5耳式支座，数量为4个。搅拌轴的转速为90rmin,使用摆线针轮减速机。发动机采用立式安装，功率为7.5kWo罐体的上封头上设置人孔，两个物料入口，一个测温口，一个测压口，一个备用口；夹套上开有一个导热油入口，一个备用口，一个导热油出口；在下封头设置一个物料出口。由于是低压容器，采用填料密封，填料为油浸石棉填料。机架选用单支点机架。
