600mm立式多喷嘴水喷射真空泵设计课程设计1.docx

第一章 水室的设计21.1 水室筒体的设计21.1.1 设计参数的确定21.1.2 筒体壁厚的强度计算31.1.3 筒体壁厚的刚度计算31.2筒体法兰联接结构的设计31.2.1法兰的设计及密封面的选型31.2.2 垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计41.3 进液管的设计51.3.1 进液管直径的设计51.3.2进液管长度的设计及装配尺寸51.3.3进液管法兰联接结构的设计61.4筒体长度的确定71.5压力表接管及法兰联接结构的设计71.5.1 接管的设计71.5.2 法兰联接结构的设计81.6水室的部件图9第二章 平板封头的设计92.1平板封头的强度计算102.1.1设计参数的确定102.1.2 平板封头壁厚的设计102.1.3 平板封头的结构设计11第三章 喷板的设计123.1 喷嘴孔在喷板上的布置123.2 喷板的稳定性计算133.2.1 设计外压的确定133.2.2 稳定性计算13第四章 真空室的设计144.1 真空室的长度设计154.1.1圆筒的长度设计154.1.2圆锥壳的长度设计154.2 真空室的稳定性计算164.2.1设计外压的确定164.2.2筒体壁厚的设计164.2.3 圆锥壳壁厚的设计174.3 真空室的法兰联接结构设计184.3.1外压圆筒的法兰联接结构设计184.3.2外压圆锥壳的法兰联接结构设计184.3.3进气管法兰联接结构设计194.3.4进气管的装配尺寸214.3.5支座的装配尺寸214.3.6真空表接管的装配尺寸214.4 真空室的部件图22第五章 喷嘴的设计235.1喷嘴的设计235.2防旋装置的设计23第六章 喉管、尾管的结构设计246.1 喉管的设计246.2 尾管的设计246.2.1尾管的设计246.2.2 法兰联接结构设计25第七章 压力试验267.1水室的水压试验267.1.1试验压力的确定267.1.2压力试验的强度校核267.1.3水压试验的操作277.2真空室的气压试验277.2.1试验压力的确定277.2.2压力试验的强度校核277.2.3气压试验的操作27第八章 支座的设计288.1 设备工作时总质量的估算288.1.1设备金属的质量的估算288.1.2操作介质的质量（）的估算298.2支座的选型及尺寸设计308.2.1支座的选型308.2.2支座的尺寸设计30第九章 开孔补强的设计计算319.1 水室开孔补强的设计计算319.1.1水室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算319.1.2 有效补强区内起补强作用的面积计算319.1.3 补强面积的的确定329.2真空室开孔补强的设计计算329.2.1真空室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算329.2.2 有效补强区内起补强作用的面积计算339.2.3 补强面积的的确定34第十章 主要焊缝的结构与尺寸设计34第十一章 装配图及主要部件图的设计3611.1技术特性表3611.2接管表3611.3技术要求3611.4标题栏及明细表3711.5 装配图及部件图38参 考 文 献38第一章 水室的设计Q235-B，法兰材料选用16Mn，1.1 水室筒体的设计1.1.1 设计参数的确定设计压力： 1.1，取1.1=1.10.2液体静压： 按筒高近似为 估算=0.01，因=0.01=0.011，故可以忽略。计算压力： = = 1.10.2设计温度： 25+15=40焊缝系数： （单面焊透，局部无损探伤）钢板负偏差： 0.25（GB6654-96）因设备材料为尚耐腐蚀材料且为微弱单面腐蚀故取腐蚀裕量： 11.1.2 筒体壁厚的强度计算假设筒体壁厚的，由Q235-B、=25、查钢板的许用应力表可知113。根据得：考虑，则=，圆整筒体壁厚太大，应重新假设，考虑到筒体壁厚的主要因素，应按刚度条件设计筒体壁厚。 1.1.3 筒体壁厚的刚度计算对于Q235-B制容器，当3800 ，2/1000且不小于3，另加并圆整至。故：考虑到筒体加工壁厚不小于5mm，取。1.2筒体法兰联接结构的设计1.2.1法兰的设计及密封面的选型根据法兰的DN=600、PN=0.25查表可知：法兰的类型为甲型平焊法兰；密封面的型式为平密封面，结构及尺寸如图2。 法兰标记： 法兰 F-F 600-0.25 JG/T4701-2002。材 料： 16Mn 螺栓规格： 24螺栓数量： 20 法兰数量： 3图2 法兰的结构与尺寸1.2.2 垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计根据密封的介质为水，操作温度为25，操作压力为0.2，由垫片选用表可知：选用橡胶垫片，材料为橡胶板（GB/T3985）。垫片的尺寸如图3。垫片标记：HG20606 垫片 FF 600-0.25 XB350本设计选用六角头螺栓（A级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（A级、GB/T41-2000）、平垫圈（100HV、GB/T 95-2002）螺栓长度的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（）、平板封头的厚度()、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度(0.30.5)确定。=14与平板封头联接的螺栓长度为：取长度。GB/T5780-2000Q235-AGB/T41-2000 Q235-AGB/T 952002 1.3 进液管的设计1.3.1 进液管直径的设计 取进液管液体流速 由得：根据得：由查钢管标准可知：进液管，外径、壁厚Snt=8mm。开孔直径，所以假设不合理故需重新假设。设封头的壁厚为，由、Q235B、查钢板的许用应力表可知。由公式 得：圆整，因为=，所以假设合理，故封头的壁厚为。2.1.3 平板封头的结构设计9 9 第三章 喷板的设计3.1 喷嘴孔在喷板上的布置由设计条件单可知，喷嘴孔在等边三角形，考虑到最外缘喷嘴具有一定的倾斜角度，因此，在喷嘴时，为防止喷嘴与水室内壁出现干涉，径取，喷嘴孔在580mm的范围内进行，喷嘴孔的个数及布置如图10。喷嘴孔数量为19，喷嘴孔中心线距离为85mm。喷嘴出口内径取，面积比：则喉管的直径为：，图10 喷嘴孔在喷板上的布置3.2 喷板的稳定性计算3.2.1 设计外压的确定3.2.2 稳定性计算做交点水平对应的值系数约为100。 因为假设壁厚为壁厚较小，在水流的冲击下，壁厚取25-30mm。本设计取。图11 喷板的结构与尺寸第四章 真空室的设计4.1 真空室的长度设计。4.1.1圆筒的长度设计一、进气管直径的确定进气管直径的大小对真空度的形成有非常重要的影响。当抽气量（140m3/h）一定时，进气管直径越小，则气流速度越大，对引射流体束的冲击越大，易造成引射流体过早破碎，气液混合物不能及时进入尾管排出，使抽气量下降；反之，则相反。因此，在满足开孔的条件下，进气管直径取大较好。由于，最大开孔直径且不过600，取。与之配套的接管公称直径为，规格为。根据、设备外无保温层，可确定进气管的长度为。 二、长度的确定 的长度为： 圆整取4.1.2圆锥壳的长度设计圆、的，故取。的长度为：1000-400=600 mm，所以半角，由故设计合理，的长度满足要求。4.2 真空室的稳定性计算4.2.1设计外压的确定对于4.2.2筒体壁厚的设计一、试差法 假设圆筒的壁厚为， 、 由公式计算出临界长度值为：筒体的计算长度计算如下：=400mm因为，所以筒体为短圆筒。由得：， 对于筒体稳定系数，因为壁厚偏大，但考虑到化工容器的加工壁厚不小于5mm，故取筒体的壁厚二、图算法假设圆筒的壁厚为，、 ，则、。在图15-4中的纵坐标上找到，自该点做水平线与对应的线相交，由交点做图15-5中的横坐标上找到做交点水平对应的值系数约为120。圆筒的许用外压按下式计算：=， 因为壁厚偏大，但考虑到化工容器的加工壁厚不小于5mm，故取筒体的壁厚4.2.3 圆锥壳壁厚的设计承受外压圆来代替圆圆圆圆。假设圆的壁厚为，=3.605 mm，则、在图15-4中的纵坐标上找到，自该点做水平线与对应的线相交，由交点做图15-5中的横坐标上找到做交点水平对应的值系数约为110。按下式计算许用外压：=， 因为壁厚偏大，但考虑到其与筒体的焊接和加工的要求，故取圆的壁厚与筒体的壁厚相同，即4.3 真空室的法兰联接结构设计4.3.1外压圆筒的法兰联接结构设计法兰联接结构，法兰选用甲型平焊法兰；密封面的型式为平面，结构及尺寸见图2。垫片选用橡胶垫片，材料为橡胶板（GB/T3985）。垫片的尺寸见图3。本设计选用六角头螺栓（A级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（A级、GB/T41-2000）、平垫圈（100HV、GB/T 95-2002）与喷板联接的螺栓长度为：取。GB/T5780-2000Q235-AGB/T41-2000 Q235-AGB/T 952002 4.3.2外压圆锥壳的法兰联接结构设计一、管法兰的设计及密封面的选型根据管法兰的DN=200、PN=0.25查表可知：法兰的类型为板式平焊管法兰；密封面的型式为突面，结构及尺寸如图13。法兰法兰 PL200-0.25 RF 16Mn二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计根据密封的介质为水，操作温度为25，操作压力为0.2，由垫片选用表可知：选用橡胶垫片，材料为橡胶板（GB/T3985）。垫片的尺寸如图14。图14 垫片的尺寸 垫片标记：HG20606 垫片 RF 150-0.25 XB350 本设计选用六角头螺栓（A级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（A级、GB/T41-2000）、平垫圈（100HV、GB/T 95-2002）螺栓长度的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度(0.30.5)确定。其中=20、=2、=14.8、1.5、螺栓伸出长度取=0.418。螺栓的长度为：取螺栓长度。螺栓标记： 螺栓GB/T5780-2000 M1680材 料： Q235-A螺母标记： 螺母GB/T41-2000 M162材 料： Q235-A垫圈标记： 垫圈GB /T 952002- 16-100 HV 4.3.3进气管法兰联接结构设计一、法兰的设计及密封面的选型根据管法兰的DN=250、PN=0.25查表可知：法兰的类型为板式平焊管法兰；密封面的型式为突面，结构及尺寸如图15。法兰法兰 PL250-0.25 RF 16Mn图15进气管法兰的结构及尺寸二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计根据密封的介质为水，操作温度为25，操作压力为0.2，由垫片选用表可知：选用橡胶垫片，材料为橡胶板（GB/T3985）。垫片的尺寸如图16。 图16 垫片的尺寸垫片标记：HG20606 垫片 RF 250-0.25 XB350本设计选用六角头螺栓（A级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（A级、GB/T41-2000）、平垫圈（100HV、GB/T 95-2002）螺栓长度的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度(0.30.5)确定。其中=24、=1.5、=18、3、螺栓伸出长度取=0.418。螺栓的长度为：取长度。螺栓标记： 螺栓GB/T5780-2000 M 1680 材 料： Q235-A螺母标记： 螺母GB/T41-2000 M 162材 料： Q235-A垫圈标记： GB/T 952002 -16-100 HV 4.3.4进气管的装配尺寸进气管的中心线距筒体上法兰密封面的尺寸（装配尺寸）按下式计算：其中：筒体半径，取300mm；筒体壁厚，取5mm；接管外径，取219mm。，取。4.3.5支座的装配尺寸 支座护板底面与真空室筒体的下端面的垂直距离取40 mm，则支座底板距上法兰密封面的垂直距离为：400-40-40=320（mm），因此，。4.3.6真空表接管的装配尺寸=取。4.4 真空室的部件图图17真空室的部件图第五章 喷嘴的设计5.1喷嘴的设计喷嘴的作用是将水的绝大部分静压能转化为动能，使水高速喷出，将气室中的气体带出而形成真空。喷嘴的出口内径一般取，本设计取。由于喷嘴的出口部分磨损较严重，故喷嘴设计成两段，上段在进口处设有十字挡环，以防止进入喷嘴的水流产生旋涡，使磨损更加严重。下段喷嘴可以定期进行更换。喷嘴的结构及尺寸如图18。上段喷嘴 下段喷嘴 组装图图18 喷嘴的结构及尺寸5.2防旋装置的设计 具有一定压力的水进入喷嘴时易产生旋涡，使部分静压能转化为热能，导致水温升高，真空度降低；同时会加快喷嘴内壁的磨损，使喷嘴的使用寿命下降。因此，需要在喷嘴的入口处设置防旋装置，材料选用聚四氟乙烯，结构与尺寸如图19。第六章 喉管、尾管的结构设计6.1 喉管的设计圆法兰相联，下端与法兰相联。其结构与尺寸如图20。 结构与尺寸 结构与尺寸6.2 尾管的设计6.2.1尾管的设计法兰相联，法兰选用DN200、PN0.25的突面板式管法兰。DN200，接管的规格为2196，长度。6.2.2 法兰联接结构设计一、管法兰的设计及密封面的选型根据管法兰的DN=200、PN=0.25查表可知：法兰的类型为板式平焊管法兰；密封面的型式为突面，结构及尺寸如图21。二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计根据密封的介质为水，操作温度为25，操作压力为0.2，由垫片选用表可知：选用橡胶垫片，材料为橡胶板。垫片的尺寸如图22。图22 垫片的尺寸垫片标记：HG20606 垫片 RF 200-0.25 XB350本设计选用六角头螺栓（A级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（A级、GB/T41-2000）、平垫圈（100HV、GB/T 95-2002）螺栓长度的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度(0.30.5)确定。14.8螺栓的长度为：取长度 。GB/T5780-2000Q235-AGB/T41-2000 Q235-AGB/T 952002 -第七章 压力试验压力试验的目的是检验设备的宏观强度（是否有异常变形）和致密性（有无泄漏）。压力试验是化工容器及设备出厂时必须进行的工序。7.1水室的水压试验7.1.1试验压力的确定 且不小于（+0.1） 其中：设计压力，取；材料在试验温度下的许用应力，取113；材料在设计温度下的许用应力，取113。将已知值代入上式得：（+0.1）=0.32，所以取。压力表的量程：2=20.32= 0.64或0.481.28。水温57.1.2压力试验的强度校核液压试验时筒体产生的最大应力为：代入已知值得： 因25.760.9=0.92350.85=179.8，故液压强度足够。7.1.3水压试验的操作在保持水室表面干燥的条件下，首先用水将水室内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.32，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.256，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真空室的气压试验7.2.1试验压力的确定0.2，故取。压力表的量程：2=20.2= 0.4或0.30.8。操作介质：空气；温度157.2.2压力试验的强度校核气压试验时锥体产生的最大应力为：代入已知值得： 因16.750.8=0.82350.85=160，故气压强度足够。7.2.3气压试验的操作做气压试验时，缓慢将压力升至0.02，保持5min并进行初检。合格后继续升压至0.1，其后按每级的0.02级差，逐级升至试验压力0.2，保持30，然后再降至0.174，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。第八章 支座的设计8.1 设备工作时总质量的估算设备工作时的总质量由两部分构成，一、设备金属的质量（）；二、操作介质的的质量（），总质量：。8.1.1设备金属的质量的估算（一）水室的金属质量水室的主要金属质量：=+2+Q封其中：筒体质量，对于、的圆筒，每米的质量为62kg，取 =0.4062=24.8kg；法兰质量，对于、的容器法兰，查表知=22.7 kg；压力表接管质量，对于、的突面板式管法兰，查表知法兰质量为kg、接管质量为=0.91kg进液接管质量，对于、的突面板式管法兰，查表知法兰质量为6.85kg、接管每米质量为31.52kg，故接管质量0.231.52=6.304kg，=6.85+6.304=13.154kg封头质量= 24.8+222.7+0.91+13.15 +21.7=105.96=106kg（二）真空室的金属质量真空室的金属质量：=+其中：壳体质量，近似按、的圆筒计算，每米的质量为62kg，取 =62 kg；上法兰质量，对于、的容器法兰，查表知=28.6kg；下法兰质量，对于、突面板式管法兰，查表知=5.14kg；真空表接管质量，对于、的突面板式管法兰，查表知法兰质量为kg、接管质量为=0.91kg进气接管质量，对于、的突面板式管法兰，查表知法兰质量为6.85kg、接管每米质量为31.52kg，故接管质量6.304kg，=13.15kg= 62+28.6+5.14+0.91+13.15=103.9=110.9kg（三）喷板及喷嘴的金属质量喷板的质量近似按平板封头计算，其质量为：喷嘴的金属质量近似为 kg，喷嘴数19，总质量为：26.4kg。（四）尾管的金属质量对于、的突面板式管法兰，查表知法兰质量为4.08kg，规格的质量为9.62kg质量为96.2kg。（五） 附件的金属质量附件包括80个螺栓、80个螺母、160个金属平垫圈、6个非金属垫片、四个耳式支座。单个螺栓的质量按M 1680的规格确定，查螺栓的标准知，单个螺栓的质量 kg，螺栓的总质量为：80 kg。单个螺母的质量按M 162的规格确定，查螺母的标准知，单个螺母的质量kg，螺母的总质量为：80 kg。160个金属平垫圈、6个非金属垫片的质量近似取螺母的总质量，即：kg单个耳式支座初步取 kg，总质量为：3 kg。=106+105+46.5+96.2kg kg8.1.2操作介质的质量（）的估算水室的容积：真空室的容积：尾管的容积：总容积为：操作介质按水计算，则操作介质的总质量为：0.5421000=542（kg）=414.5kg8.2支座的选型及尺寸设计8.2.1支座的选型立式多喷嘴水喷射真空泵需要设置在操作平台上，且外部无保温层，故选用A型耳式支座。支座的数量：4个，在真空室的圆筒上沿圆周方向分布（见图12）。单个支座承受的载荷为：8.2.2支座的尺寸设计根据支座承受的载荷4.78KN、查A型耳式支座标准确定支座的结构与尺寸，结果见图23。支座标记：JB/T472592 支座A1材料：Q235-AF 图23 A型耳式支座的结构与尺寸第九章 开孔补强的设计计算9.1 水室开孔补强的设计计算水室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和进水管接口。由于进水管开孔尺寸最大，因此，只需对进水管孔进行补强计算。9.1.1水室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算式中：273-12+2(1+610%)（） =179.66（mm2）9.1.2 有效补强区内起补强作用的面积计算一、筒体起补强作用金属面积的计算筒体的有效壁厚5-1.253.75（）=666.4（mm2）二、接管起补强作用金属面积的计算式中 取两者中较小值，（）2）三、焊缝起补强作用金属面积的计算焊缝高度6（）62=182）起补强作用的总面积为：795.8+526+62.7=1384.5()9.1.3 补强面积的的确定 因为666.4+302.5+18=986.9()122所以不需要补强。9.2真空室开孔补强的设计计算真空室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和进气管接口。由于进气管开孔尺寸最大，因此，只需对进气管孔进行补强计算。9.2.1真空室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算= 9.2.2 有效补强区内起补强作用的面积计算（）起补强作用的9.2.3 补强面积的的确定第十章 主要焊缝的结构与尺寸设计 焊接是将需要连接的零件，通过在连接处加热熔化金属得到结合的一种加工方法，是一种不可拆连接。具有工艺简单、连接强度高、结构重量轻等优点，在化工容器及设备的制造行业中应用广泛。工件焊接后所形成的接缝称为焊缝。设备的主要焊缝有水室、真空室壳体的纵向焊缝；进液管、进气管与壳体的连接焊缝；仪表接管与壳体连接的焊缝；壳体与法兰的连接焊缝。 水室、真空室壳体的纵向焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（GB985-88）进行设计；液管、进气管与壳体的连接焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（HGJ17-89）进行设计；仪表接管与壳体连接的焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（HGJ17-89）进行设计；法兰的焊接按相应法兰标准中的规定。有关的设计结果如图24。 图24主要焊缝结构与尺寸第十一章 装配图及主要部件图的设计11.1技术特性表 技术特性表 MPa680mmHg MPa MPa11.2接管表接管表编号名 称a200PN0.25DN200HG20592RF气体进口bPN 0.25DN20 HG20592RF接口cPN0.25DN200HG20592RF进水管dPN 0.25DN 20HG20592RF接口11.3技术要求技 术 要 求 （1）本设备按150钢制压力容器和HGJ18-89钢制化工容器制造技术要求进行制造、试验和验收，并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程的监督。（2）焊接采用电弧焊，水室和真空室焊条牌号J427。（3）焊接接头型式及尺寸除图中注明外，按HGJ17-89中规定，对接焊缝为DU19，接管与筒体、封头的焊缝为G1，角焊缝的焊角尺寸按较薄板的厚度，法兰的焊接按相应法兰标准中的规定。（4）设备上的类和类焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度20%，射线探伤符合332389规定中级合格；超声波探伤符合JB 115281规定中级合格。（5）压力试验和致密性试验水室制造完毕后，以0.32进行水压试验；真空室以0.2的压缩空气做内压进行致密性试验。（6）所有管接口除注明外伸长度外，其余为150（7）管口及支座方位见本图。（8）设备检验合格后，外壳涂两层红丹漆，再涂一层银粉漆。11.4标题栏及明细表GB/T95-2002垫圈30 /17 =3mm 16100HVGB/T41-2000螺母M 1628Q235-AGB/T5780-2000螺栓M 16808Q235-AJB/T4725-2000耳式支座B24Q235-AF 组合件HG20593法兰PL250-0.25 RF116MnR8.968.96GB132961Q235-B55聚四氟乙烯手 柄2Q235-A平板封头1Q235-BGB/T95-2002垫圈37 /21 =3mm 72100HVGB/T41-2000螺母M 16236Q235-AGB/T5780-2000螺栓M 1610036Q235-AJB/T4704-2000垫片mm1石棉橡胶板HG20593法兰PL20-0.25 RF2Q235-BGB8163接管2732Q235-B喷 嘴KMTBCr2筒体6005 , H=4701Q235-B60.4818GB/T95-2002垫圈30 /17 =3mm 72100HV17GB/T41-2000螺母M 16236Q235-A16GB/T5780-2000螺栓M 1615036Q235-A15JB/T4701-2002法兰FF600-0.25316MnR52.0314喷 板1Q235-B13HG20592法兰PL250-0.25 RF216MnR14.314.312GB81631Q235-B11真空室筒体6005 , H=6201Q235-B10真空室锥壳600/276, Sn=5mm1Q235-B9HG20592法兰PL200-0.25 RF116MnR8.968.968GB/T 9126-2003垫片mm1石棉橡胶板7JB/T4704-2000垫片mm1石棉橡胶板6喉 管1KMTBCr25GB/T95-2002垫圈30 /17 =3mm 16100HV4GB/T41-2000螺母M 1628Q235-A3GB/T5780-2000螺栓M 16808Q235-A0.1542HG20592法兰PL200-0.25 RF116MnR5.145.141GB81631Q235-B立式水喷射真空泵（Di=600mm）11.5 装配图及部件图装配图见附图1，部件图见附图,2、3鸣谢：本设计得到-参 考 文 献 1汤善甫，朱思明. 化工设备机械基础（第二版）M. 上海：华东理工大学