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。
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接管与法兰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、焊接材料与方法选择 (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装配与焊接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与腐蚀。
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,以保证接管与壳体相焊部 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与的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 D3001b23、5d30公称压力PN MPa 0、51D2502b28 螺柱数量 8公称直径DN2501H180 A 385 螺母数量 16w d s159 62H89、5 B 175 螺柱尺寸 M24*120d146、4b28L250总质量kg34、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。
补强圈补强就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封头的设计从受力与制造角度分析,球形封头就是最理想的结构形式,但其缺点就是深度大,冲压较困难;而椭圆形封头深度比半径小,易于冲压成型,就是目前低压容器中用的较多的,故采用标准椭圆形封头,各参数与筒体相同,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 RF1、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-PN2、5 RF1、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-PN2、5RF1、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-PN2、5 RF1、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-PN2、5 RF2、3接管与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,选取各管口公称直查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-5,得各法兰的质量。
查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表3、2、2,法兰的密封面均采用MFM(凹凸面密封)。
表2-3 选择工艺接管外伸长度工称尺寸连接尺寸标准形用途或名称式200 100 PN1、6 DN200 HG20592-97 RF 出气口200 100RF 进气口M161、5 YB231-70150 40 PN1、6 DN32 HG20592-97 RF 安全阀口RF 压力表口100 25M201、5 YB231-70200 150 RF 手孔100 25 31 YB231-70 RF 排污口压力容器焊接接头的分类A类接头:圆柱形壳体筒节的纵向对接接头,球形容器与凸形封头瓜片之间的对接接头,球形容器的环向对接接头,与筒体封头之间的对接接头,大直径焊接三通支管与母管相接的对接接头。
B类接头:圆柱形、锥形筒节之间的环向对接接头,接管与筒节间及其与法兰相接的环向对接接头,除球形封头外的各种凸形封头与筒身相接的环形接头。
C类接头:法兰、平封头、端盖、管板与筒身、封头与接管相连的角接接头,内凹封头与筒身间的搭接接头以及多层包扎容器层板间纵向接头等。
D类管、人孔圈、手孔盖、加强圈、法兰与筒身及封头相连接的T形或角接接头。
3、强度设计3、1水压试验校核试验压力=1、25P=1、250、5=0、625Mpa (3-1) 圆筒的薄275=210、375 MPa即0、9>所以水压试验合格。
3、2圆筒轴向应力弯矩计算圆筒的平均半径=/2 +/2=600/2+4/2=302mm (3-3)鞍座反力F=mg/2=13、02kN。
(3-4)1圆筒中间截面上的轴向弯矩如图3-1:根据JB/T 4731-2005中式7-2,得:===1、47N (4-5) 2鞍座平面上的轴向弯矩根据JB/T 4731-2005中式7-3,得:==-21700220=-5、25N mm4焊接结构分析4.1储气罐结构分析储气罐属于一类压力容器,它就是由钢制气瓶(以下简称钢瓶)、多孔性填料、溶剂、溶解乙炔及附件等组成。
钢瓶按照国家劳动部颁布的《气瓶安全监察规程》与GBS100 《钢质焊接气瓶设计、制造与检验》,在制造过程中对焊接质量的要求很高。
根据国家劳动部1993年颁布的《储气罐安全监察规程》及GBl1638-89《溶解乙炔气瓶》的规定.钢瓶主体材料必须采用平炉、电炉或氧气转炉抬炼的镇静钢,以获得良好的成形与焊接性能。
4.2 零件工艺分析如零件图所示,其结构不复杂,就是大量生产,体积适中,应选用焊接。
焊接制造该零件的过程中,虽然零件结构简单,在焊接过程中,主要考虑就是零件的氧化。
上、下封头拉伸成型后,因开口端变形大,冷变形强化严重,加上板材纤维组织的影响,在残余应力作用下很容易发生断裂。
为防止裂纹产生,拉伸后应进行再结晶退火。
为了减少焊接缺陷,焊件接缝附件必须严格清理铁锈、油污;为去除残余应力并改善焊接接头的组织与性能,瓶体焊接后应该进行整体正火处理,至少要进行去应力退火。
4.3 焊缝位置的确定有关锅炉、压力容器规程中对焊缝的数量与布置做了具体的规定(1)筒体拼接时,筒节的长度2000mm;每节筒体,纵向焊缝的数量:筒体内径Ｄi=600mm,拼接焊缝1条;相邻筒节的纵向焊缝应相互错开,两焊缝中心线间的外圆弧长不得小于钢板厚度的3倍,且不得小于100mm。
(2)封头应尽量用整块钢板制成。
封头、的内径Ｄi=600mm,拼接焊缝不多于1条;封头拼接焊缝离封头中心线距离应不超过0、3Ｄi,并不得通过扳边人孔,且不得布置在人孔扳边圆弧上;管板上整条拼接焊缝不得布置在扳边圆弧上,且不得通过扳边孔;由中心圆板与扇形板组成的凸形封头,焊缝的方向只允许就是径向与环向的。
径向焊缝之间的最小距离应不小于壁厚的3倍,且不小于100mm。
(3)受压元件主要焊缝及其邻近区域,应避免焊接零件。
如不能避免时,焊接零件的焊缝可穿过主要焊缝,而不要在焊缝及其邻近区域中止。
(4)开孔、焊缝与转角要错开。
开孔边缘与焊缝的距离应不小于开孔处实际壁厚的3倍,且不小于100mm。
在凸形封头上开孔时,孔的边缘与封头周边间的投影距离应不小于封头外径的10％。
开孔及焊缝不允许布置在部件转角处或扳边圆弧上,并应离开一定距离。
5焊接材料与方法选择5、1母材选择根据容器的工作条件确定对材料与制造工艺的要求。
对于一般容器重量大小不就是主要问题,所以用焊接性好的低碳钢或低合金结构钢。
本设计选用Q235-A,其化学成分与力学性能如下。
化学成分力学性能5、2焊料选择焊接采用焊条电弧焊,焊条型号为J422,图中未标明焊接接头形式与尺寸按GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊逢坡口的基本形式与尺寸》进行选用。
所有角焊缝焊脚高度,除注明者外,均为两相焊较薄者的厚度,且须连续焊。
5、3焊接工艺及技术要求焊缝分散原则;避免焊缝多条相交原则;对称质心布置原则;避开应力复杂区或应力峰值去原则;对接钢板的等厚连接原则;接头设计的开敞性原则;焊接坡口的设计原则(焊缝填充金属尽量少;避免产生缺陷;焊缝坡口对称;有利于焊接防护;焊工操作方便;复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率)。
属结晶凝固而形成接缝,焊接材料为碳钢、低合金钢、不锈钢,应用范围广,适用短小焊缝及全位置施焊,可适用在静止、冲击与振动载荷下工作的坚固密实的焊缝焊接,这种方法灵活方便,适应性强,设备简单,维修方便,生产率低,劳动强度高。
封头与圆筒等厚采用对接焊接。
平行长度任取。
坡口形式为I型坡口。
6、焊接工艺工程6、1焊前准备焊前,坡口两侧各10mm范围内的铁锈,应打磨干净,露出金属光泽。
用丙酮清洗坡口附近的油污。
焊剂与焊条按规定烘干,300~350℃保温2h。
注意焊剂中不要混入铁屑、碎石等杂物。
不要强行组装,避免应力过大;引弧板要对齐焊缝,地线连接牢固。
上、下封头的焊接采用对接接头,为保证环焊缝开设60°的正面V形坡口,在钢瓶内部装上衬垫,用手工电弧焊完成封头的定位焊接与衬垫与筒体的连接,装配时间隙为0~1mm,如图7-1。
然后清理干净手工电弧焊药皮,并且将焊点用磨光机打磨平整。