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二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计7
1.6水室的部件图8
第二章:
平板封头的设计9
2.1平板封头的强度计算9
2.1.1设计参数的确定9
2.1.2平板封头壁厚的设计9
2.1.3平板封头的结构设计10
第三章喷板的设计11
3.1喷嘴孔在喷板上的布置11
3.2喷板的稳定性计算12
3.2.1设计外压的确定12
3.2.2稳定性计算12
第四章真空室的设计13
4.1真空室的长度设计13
4.1.1圆筒的长度设计14
一、进气管直径的确定14
二、圆筒长度的确定14
4.1.2圆锥壳的长度设计14
4.2真空室的稳定性计算15
4.2.1设计外压的确定15
4.2.2筒体壁厚的设计15
一.试差法15
二、图算法16
4.2.3圆锥壳壁厚的设计16
4.3真空室的法兰联接结构设计17
4.3.1外压圆筒的法兰联接结构设计17
4.3.2外压圆锥壳的法兰联接结构设计17
一、管法兰的设计及密封面的选型17
二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计18
4.3.3进气管法兰联接结构设计19
一、法兰的设计及密封面的选型19
二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计19
4.3.4进气管的装配尺寸20
4.3.5支座的装配尺寸20
4.3.6真空表接管的装配尺寸20
4.4真空室的部件图20
第五章喷嘴的设计21
5.1喷嘴的设计21
5.2防旋装置的设计22
第六章喉管、尾管的结构设计22
6.1喉管的设计22
6.2.1尾管的设计23
6.2.2法兰联接结构设计23
一、管法兰的设计及密封面的选型23
二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计24
第七章压力试验25
7.1水室的水压试验25
7.1.1试验压力的确定25
7.1.2压力试验的强度校核25
7.1.3水压试验的操作25
7.2真空室的气压试验26
7.2.1试验压力的确定26
7.2.2压力试验的强度校核26
7.2.3气压试验的操作26
第八章支座的设计27
8.1设备工作时总质量的估算27
(一)水室的金属质量27
(二)真空室的金属质量27
(三)喷板及喷嘴的金属质量28
(四)尾管的金属质量28
(五)附件的金属质量28
8.1.2操作介质的质量()的估算28
8.2支座的选型及尺寸设计29
8.2.1支座的选型29
8.2.2支座的尺寸设计29
第九章开孔补强的设计计算30
9.1水室开孔补强的设计计算30
9.1.1水室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算30
9.1.2有效补强区内起补强作用的面积计算30
一、筒体起补强作用金属面积的计算30
二、接管起补强作用金属面积的计算31
三、焊缝起补强作用金属面积的计算31
9.1.3补强面积的的确定31
9.2真空室开孔补强的设计计算32
9.2.1真空室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算32
9.2.2有效补强区内起补强作用的面积计算32
一、筒体起补强作用金属面积的计算32
二、接管起补强作用金属面积的计算33
三、焊缝起补强作用金属面积的计算33
9.2.3补强面积的的确定33
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35
11.1技术特性表35
11.2接管表36
11.3技术要求36
11.4标题栏及明细表37
11.5装配图及部件图38
参考文献38
由设计条件单可知,设计的喷射真空泵的内径为,喷板上按等边三角形方式布置若干个喷嘴,利用喷嘴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。
装置上设有2个工艺接口、4个耳式支座、2个测控接口。
设计主要内容有:
(1)水室的强度、刚度计算和结构设计;
(2)平板封头的强度计算和结构设计;
(3)喷板的稳定性计算和结构设计;
(4)真空室的稳定性计算和结构设计;
(5)喷嘴的结构设计;
(6)喉管、尾管的结构设计;
(7)水室的水压试验;
(8)真空室的气压试验;
(9)支座的选型及校核;
(10)进液管、进气管开孔补强的设计计算;
(11)主要焊缝的结构与尺寸设计;
(12)绘制总装配图及水室部件图等。
水室的设计
水室的作用:
贮存具有一定压力的引射流体——水,并容纳若干个喷嘴。
由条件设计单中可知水室的工作压力为,属低压设备;
操作介质为水,不具有污染性;
操作温度为室温,因此,筒体和接管材料均选用Q235-B,法兰材料选用16Mn,其基本结构如图1所示。
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=1.1×
0.2
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:
==1.1×
设计温度:
25+15=40℃
焊缝系数:
(单面焊透,不做无损探伤)
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:
=1
1.1.2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
由于,故假设的筒体壁厚太大,应重新假设,考虑到设计压力较小,因此,强度条件已不是确定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,≥21000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=500、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:
螺栓规格:
16螺栓数量:
20法兰数量:
3
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(GBT3985)。
垫片的尺寸如图3。
垫片标记:
HG20606垫片FF500-0.25XB350
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(0.3~0.5)确定。
其中=30、=14(见第二章)、=3、=14.8、=3、螺栓伸出长度取=0.4×
18。
与平板封头联接的螺栓长度为:
取长度。
材料:
Q235-A
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
q一般取0.6
由得:
由查钢管标准可知:
进液管,外径、壁厚。
开孔直径<
,满足开孔最大直径的要求。
1.3.2进液管长度的设计及装配尺寸
设备外部没有保温层,由DN=200查表可知,进液管长度取:
进液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250mm;
—筒体壁厚,取5mm;
—接管外径,取219mm。
,
取。
1.3.3进液管法兰联接结构的设计
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4。
HG20592法兰PL200-0.25RF16Mn
二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计
垫片的尺寸如图5。
HG20606垫片RF200-0.25XB350
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(0.3~0.5)确定。
其中=22,=2,=14.8,=1.5,螺栓伸出长度取=0.4×
螺栓的长度为:
取螺栓长度。
1.4筒体长度的确定
筒体的长度H:
—进水管外径,取219mm。
取H=400mm。
1.5压力表接管及法兰联接结构的设计
1.5.1接管的设计
由条件设计单可知接管的DN=20,规格为Ф25×
3。
接管的长度。
接管的装配尺寸(接管中心线距上法兰密封面的竖直距离)为:
—接管外径,取25mm。
,取。
1.5.2法兰联接结构的设计
一、法兰的设计及密封面的选型
根据管法兰的DN=20、PN=0.25查表
可知:
密封面
的型式为突面,结构及尺寸如图6。
HG20592法兰PL20-0.25RF16Mn
图6压力表接管法兰的结构及尺寸
垫片的尺寸如图7。
HG20606垫片RF20-0.25XB350
其中=14、=2、=8.4、=2.0、螺栓伸出长度取=0.4×
11。
1.6水室的部件图
水室的部件图见图8。
平板封头的设计
平板封头与水室采用法兰联接,联接尺寸与水室的上法兰相同。
其作用是将引射流体密封在水室内,以防止水外溢,同时可防止空气中的杂质进入水室堵塞喷嘴。
2.1平板封头的强度计算
由于操作介质为水,工作温度为,故材料选用Q235B。
2.1.1设计参数的确定
(整板加工)
钢板负偏差C1:
腐蚀裕度C2:
2.1.2平板封头壁厚的设计
平板封头的壁厚公式为:
板边结构特征系数,取0.3。
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
平板封头的结构如图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,喷嘴孔在喷板上的布置形式为等边三角形,考虑到最外缘喷嘴具有一定的倾斜角度,因此,在喷板上布置喷嘴时,为防止喷嘴与水室内壁出现干涉,喷板的球面部分在水平方向的投影径取,喷嘴孔在480mm的范围内进行布置,喷嘴孔的个数及布置如图10。
喷嘴孔数量为13,喷嘴孔中心线距离为105mm。
喷嘴出口内径取,面积比:
则喉管的直径为:
,
3.2喷板的稳定性计算
3.2.1设计外压的确定
喷板的设计外压取其在工作过程中可能产生的最大压差,取设计外压:
。
3.2.2稳定性计算
假设喷板的壁厚为,。
由喷板的当量半径和,计算出。
用=0.125计算出系数值,
在图15-5的下方找到系数=0.00083值,由此做垂直线与≤150℃的温度线相交,交点水平对应的值系数约为100。
许用外压按下式计算:
因为<,所以假设壁厚为满足稳定性要求,但考虑到喷板上需要开设19个最大直径为的圆孔,会引起喷板的稳定性下降,同时,在喷板上安装喷嘴后,若喷板壁厚较小,在水流的冲击下,喷嘴会产生较大的摆动,导致引射流体过早破碎,使抽气量下降,一般喷板的壁厚取25-30mm。
本设计取。
喷板的结构及尺寸如图11。
第四章真空室的设计
真空室主要由外压圆筒、锥壳、进气管等构成,基本结构如图12所示。
其作用是当引射流体水高速通过气室时,会将水流周围的气体以摩擦、撞击、挟带的方式带出,在气室内将产生负压。
操作温度为室温,因此,筒体和接管材料均选用Q235-B,法兰CC材料选用16Mn,其基本结构如图12所示。
4.1真空室的长度设计
真空室由圆筒和圆锥壳两部分构成,总长度取引射流体的长度,引射流体的长度为,取引射流体长度,故总长度:
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(120m3
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:
垫片的尺寸如图14。
HG20606垫片RF150-0.25XB350
其中=24、=2、=14.8、=1.5、螺栓伸出长度取=0.4×
螺栓的长度为:
取螺栓长度。
垫圈标记:
垫圈GBT95—2002-16-100HV
4.3.3进气管法兰联接结构设计
根据管法兰的DN=200、PN=0.25
密封面的型式为突面,结构及尺寸如图15。
垫片的尺寸如图16。
垫片标记:
其中=22、=1.5、=18、=3、螺栓伸出长度取=0.4×
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:
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40mm,则支座底板距上法兰密封
4.3.6真空表接管的装配尺寸
=
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。
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。
图19防旋十字挡板
第六章喉管、尾管的结构设计
6.1喉管的设计
喉管的的作用主要有两个方面,一方面聚焦引射流体,另一方面起水封作用,以防止外部的大气通过尾管进入真空室破坏真空。
喉管采用耐磨铸铁整体铸造,其上端与外压圆锥壳的下端法兰相联,下端与尾管法兰相联。
其结构与尺寸如图20。
图20喉管的结构与尺寸
6.2尾管的设计
尾管的的作用主要是有将引射流体和气体的混合物排出,另一方面起抽吸作用。
6.2.1尾管的设计
尾管采用Q235-B钢管制造,其上端与喉管采用法兰相联,法兰选用DN125、PN0.25的突面板式管法兰。
尾管的公称直径为DN125,接管的规格为Ф153×
3,长度。
6.2.2法兰联接结构设计
根据管法兰的DN=125、PN=0.25查表可知:
密封面的型式为突面,结构及尺寸如图21。
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
HG20606垫片RF125-0.25XB350
其中=20、=2、=14.8、=3、螺栓伸出长度取=0.4×
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)
—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:
因为<(+0.1)=0.32,所以取。
压力表的量程:
2=2×
0.32=0.64或0.48~1.28。
水温≥5℃
7.1.2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=21.49<0.9=0.9×
235×
0.6=126.9,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
真空容器按规定做内压试验,且试验压力为0.2,故取。
0.2=0.4或0.3~0.8。
操作介质:
空气;
温度≥15℃
7.2.2压力试验的强度校核
气压试验时锥体产生的最大应力为:
因=14.0<0.8=0.8×
0.65=112.8,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
—筒体质量,对于、的圆筒,每米的质量为62kg,取
=0.40×
62=24.8kg;
—法兰质量,对于、的容器法兰,查表知=23.7kg;
—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0.6kg、接管质量为0.31kg,取=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0.2×
31.52=6.304kg,取=6.85+6.304=13.154kg
封头质量—
=24.8+2×
22.7+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:
=++++
—壳体质量,近似按、的圆筒计算,每米的质量为62kg,取=62kg;
—上法兰质量,对于、的容器法兰,查表知=22.7kg;
—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0.6kg、接管质量为0.31,取=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,取=13.154kg
=62+22.7+5.14+0.91+13.15=
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