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 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）Dg≈16＜30，其结构主要分为一下几个部分:1．础环外径已知2600mm,内径2000mm，厚32mm2．筋板高h ＝220mm，宽b＝159mm，厚δ＝16mm3．压紧环δ＝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),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）层厚度ts＋50mm。

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＝2200；th=ts我们选取20mm；∴查表得h＝111mm9、地脚螺栓及螺栓数（略）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10～20层塔板或5～10m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0.8～1m，不易超过1.5m。

所以我们选择了1.2m。

我们根据JB标准将人孔选为RFⅡ450-1.6。

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D＝Amm，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0.8～1.2m，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12 5 DD ,展开后为一圆，其直径d=2a’o’，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，现作出其中一块的展开图，见图c 。

将o ’e ’展开成一直线OA=o ’a ’,AB=a ’b ’…DE=d ’e ’等，再分别以o 为中心,OA,OB …OE 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1R ，2R 以圆心1C ，2C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: a c 11x x x +=+λλ a c1z z z 1+=+λλ式中：AI =IC λ，IC AI =。

由此得：λ式中a 、b 为椭圆长、短半轴，AC 方程为：b z x b a =-+ 1C I 方程为：11a a z x+z x b b=-由1C I 方程得：1C 、2C 圆心坐标：当x ＝0时，1c x ＝0，1c 11a z z x b=-；z ＝0是：211c a (x z )bb x a-=，2c z ＝0。

并可得两圆弧半径：1111a R C C b (z x )b ==+-，2211a b R C A a-(x z )b a==- 2．求展开图中得ρ，φ值由图c 可知，当1l 1x 0sin R ⎛⎫ ⎪⎝⎭-1≤β≤时，111R sin R R ⎧=⎪⎨⎪=⎩βαφβρβ 当1l 1x sin R ⎛⎫ ⎪⎝⎭-1β≤时，21111c 2l 1l l 21l l 2ll 1l (x R cos )R ()R ()R 0x sin 2R R -+⎧=⎪+-⎪⎪+-⎪⎨<<⎪⎪⎛⎫⎪=- ⎪⎪⎝⎭⎩ααφβααρ=βααααπα 上面的两式中的β，α的值均与两圆弧连接点l1的坐标xl1有关，此值可由2222c 2l l (x x )z R a a z x z x b b ⎧-+=⎪⎨=+-⎪⎩求得111122l l l l lc 22c 22c l l 222x E a a z x +z x b b a (x )b E a 1b a x (z x )R b F a 1b ⎧=-⎪⎪=-⎪⎪⎪-⎪⎪=⎨+⎪⎪⎪+--⎪=⎪⎪+⎪⎩3．展开曲线方程为L L x cos y sin =⎧⎨=⎩ρφρφAutolisp 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 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 (- (/ 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) BET)) (* 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 (<= 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)))(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 (+ 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 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) (+ (* 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。