1、第 1页 共 24页课程设计说明书课程设计说明书课程设计说明书课程设计说明书题目2m3发 发 发 发 酵 酵 酵 酵 罐 罐 罐 罐 设 设 设 设 计 计 计 计学院：机 机 机 机 械 械 械 械 工 工 工 工 程 程 程 程 学 学 学 学 院 院 院 院专业：材料成型及控制工程 材料成型及控制工程 材料成型及控制工程 材料成型及控制工程班级：093学号：12学生姓名：康 康 康 康 炼 炼 炼 炼 钢 钢 钢 钢导师姓名：陈蓉 陈蓉 陈蓉 陈蓉 吴安如 吴安如 吴安如 吴安如 彭小敏 彭小敏 彭小敏 彭小敏 孙小刚 孙小刚 孙小刚 孙小刚完成日期：2012年 年 年 年 12月 月
2、月 月 30日 日 日 日第 1页 共 24页前 言（ 1） 、 焊接结构的发展 焊 接结 构在 生产 中起 着至 关重 要的 作用 ， 随 着科 技的 发展 和进 步 ， 焊 接结 构获 得进 一 步推 广和 应用 ，并 逐渐 向大 型化 、高 参数 、精 确尺 寸方 向发 展， 焊接 结构 材料已 从碳 素结 构钢 转向 采用 低合 金结 构钢 、合 金结 构钢 、特 殊用 途钢 ，与 焊接 结构 使用 条 件日 益复 杂和 苛刻 相对 应， 一些 耐高 温、 耐腐 蚀、 耐深 冷及 脆性 断裂 的高 合金 钢及 非 钢铁 合金 也在 焊接 结构 中获 得了 较多 的应 用 ， 如 3.5
3、Ni、 5.Ni及 9Ni钢 ， 不 锈钢 和耐 热钢 ，铝 及铝 合金 ，钛 及钛 合金 ，还 有用 防锈 铝合 金制 造输 送液 化天 然气 的货 船和 球 罐等 。（ 2） 、 焊接结构的分类焊 接结 构按 制造 板件 的厚 度分 为薄 板、 中厚 板、 厚板 结构 ；按 最终 产品 分为 飞机结 构、 油罐 车、 船体 结构 、客 车车 体等 等； 按采 用的 材料 ，可 分为 钢焊 结构 ，铝 、钛 合 金结 构等 等； 按结 构工 作的 特征 分类 包括 ：梁 、柱 和桁 架结 构， 壳体 结构 ，运 输装 备 的结 构， 复合 结构 及焊 接机 器零 件。（ 3） 、 焊接结构的
4、特点1） 、 采 用焊 接结 构可 以减 轻结 构的 重量 ，提 高产 品的 质量 ，特 别是 大型 毛坯 的质 量；2） 、 焊 接结 构可 根据 结构 各部 位在 工作 时的 环境 ，所 承受 的载 荷大 小和 特征 ，采 用不 同 的材 料制 造， 并采 用异 种钢 焊接 式堆 焊制 成， 从而 满足 了结 构使 用性 能， 又降 低 了 制造 成本 ；3） 、 节 省制 造工 时， 同时 也就 节约 了设 备及 工作 场地 的占 用时 间， 这也 可以 获得 节 约 资金 的效 果； ） 、 焊接 结构 中必 然存 在焊 接残 余应 力和 变形 ，不 仅影 响结 构的 外形 和尺 寸，
5、 在一 定 条 件下 还将 影响 结构 的承 载能 力。湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 1页 共 24页目目目目录录录录目录11、 任 务 书 21.、 设计 任务 21.2、 设计 要求 22、 焊 接 结 构 总 体 设 计 32.1、 发 酵罐 筒体 .32.1、 筒 体长 径计 算 .32.12、 筒体 壁厚 度计 算 .42.、 封头 .62.1、 封头 尺寸 62.2、 封头 厚度 计算 .62.3、 容器 支座 72.31、 支座 的选 用 .72.32、 支座 数量 72.3、 支座 尺寸 92.4、 人孔 102.41、 人孔 类型 的确 定 .102.42、 人孔
6、及相 关零 件尺 寸 .102.43、 人孔 尺寸 图 12.5、 接管 122.51、 管法 兰、 法兰 盖 .122.52、 密封 垫圈 .122.6、 容器 补强 .133、 容 器 主 要 零 部 件 制 造 .143.1、 封头 的制 造 143.2、 筒体 的制 造 154、 焊 接 接 头 设 计 .164.1、 容器 装配 图 164.2、 焊接 工艺 卡片 .175、 参 考 文 献 .26、 结 束 语 .2湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 2页 共 24页1、 任 务 书1.1、设计任务 发 酵罐 具体 设计 参数 为： 工 作压 力： 0.2Mpa、 工作 温度
7、： 10C、 设 计温 度： 130C、 介质 ：发 酵液 、焊 缝系 数： 0.85、 主要 受压 元件 材质 ： s304、 设计 压力 ： 0.5MPa、 容积 2.0m3具 体任 务：1、 完 成发 酵罐 的焊 接结 构图 ；2、 发 酵罐 根据 大小 、介 质等 可能 由筒 体、 封头 、人 孔或 手孔 、接 管、 支架等 几 部 分组 成， 必须 完成 必要 部件 的设 计； 并编 写焊 接工 艺规 程和 焊接工 艺卡 ；3、 编 写课 程设 计说 明书 。1.2、设计要求1、 要 充分 认识 课程 设计 对培 养自 己的 重要 性， 认真 做好 设计 前的 各项 准备 工作 ；2
8、、 既 要虚 心接 受老 师的 指导 ，又 要充 分发 挥主 观能 动性 。结 合课 题， 独立 思 考 ，努 力钻 研， 勤于 实践 ，勇 于创 新；3、 独 立按 时完 成规 定的 工作 任务 ，不 得弄 虚作 假， 不准 抄袭 他人 内容 ，否 则 成 绩以 不及 格计 ；4、 设 计时 间安 排：（ 1） 、 分 析设 计、 焊接 结构 图 11.3周 ；（ 2） 、 制 定焊 接工 艺， 编写 相应 的焊 接工 艺规 程卡 和焊 接工 艺卡 。 11.3周 ；（ 3） 、 撰 写设 计说 明书 、答 辩 0.41周 （是 否需 要答 辩由 指导 老师 决定 ） 。湖 南工 程学 院焊
9、 接课 程设 计第 3页 共 24页2、焊 接 结 构 总 体 设 计2.1、 发酵罐筒体2.1、 筒 体长 径计 算装 料量 为 V0=2m3,则 筒体 全容 积 V=0/，式 中 为 装料 系数 ， 其 大小 取决 于物 料性 质通 常在 0.6 0.85范 围内 ,取 =0.65.【 1】 p64查 【 1】 p647表 2-1-1暂 取长 径比 为 1HD=2.5， 为便 于计 算先 忽略 封头 容积 ，则 有2 3 31 1 11()=2.5D44 4HVDD = 得 ： 13 014D VH()D 代 入数 据得 ：1D=.162m=162m查 【 1】 p183表 2-1取 1D
10、=20m再 将封 头容 积FV考 虑进 来：21 FDH+V=4于是计 算FV选 用 EHA椭 圆形 封头 ，则 有 114:1hD=,1300hm=,H=325m直 边高 度按 照封 头的 公称 尺寸 确定 ， 根 据【 1】 p29012002000nDmm= 1所 以 2 t （ 2）其 中 t为 设计 温度 下的 计算 应力 （ MPa)， 为 纵焊 缝焊 缝系 数将 中径 D换 成筒 体内 径： Dn= 代 入（ 1） 、 （ 2） 两式 得： ( )2pD+t整 理得 ： 2ntpDp查 【 1】 p187表 2-18得0Cr18Ni9在 130C时 的许 用应 力 t=137MP
11、a取 理论 计算 厚度 0.512002.581721370.850.52ntpD mp = = = 湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 5页 共 24页查 【 1】 p198表 NT-5得 计算 厚度 为 2.6m,与 所求 结果 一致 。则 设计 厚度 1d= +2C= +n,【 1】 p1902C为 腐蚀 裕量 ， n为 寿命 （年 ） ， 为 年腐 蚀率 （ m/a)，根 据材 料及 工作 环境 可认 为腐 蚀裕 量 2C=0，则1d=名 义厚 度 111ndC=+，1n为 名义 厚度 ， m;1C为 钢板 或钢 管厚 度负 偏差 ， m;为 出去 负偏 差以 后的 圆整 值， m
12、。查 【 1】 p190表 2-10（ A）取 钢板 厚度 负偏 差 1C=0.2m;则 111ndC=+=2.5817+0.2+=2.7817+，查 【 1】 p15表 1-17，取1n=2.8m湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 6页 共 24页2.2、封头2.1、 封头 尺寸 EHA椭 圆形 封头 尺寸 在计 算筒 体长 径比 时已 算出2.2、 封头 厚度 计算 查 【 2】 p20或 【 3】 p51得 出封 头理 论计 算厚 度计 算公 式：K=20.5ntpDp封 头为 标准 椭圆 形封 头， 查【 3】 p52表 7-1得 K=1K=20.5ntpDp=0.51200=2.
13、579mm21370.85-0.50.5 则 封头 名义 厚度 2 21ndC=+=2.579+0.2=.79m(因 为封 头材 料与 工作 环境 一致 ,所 以 ,腐 蚀裕 量和 钢板 负偏 差值 与筒 体一 致 )取 2n=1n=2.8m湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 7页 共 24页2.3、容器支座2.31、 支座 的选 用 查 【 1】 p803选 用 B型 支承 式支 座查 【 1】 p804表 3-15根 据 1200nDm=， 选取 的支 座标 记为 :JB/T4725-192,支 座 2B。材 料： Q235-A F/0Cr18Ni9(支 座材 料为 Q235-A F，
14、 垫板 材料 为 0Cr18Ni9）且 每个 支座 本体 允许 载荷 150QKN=2.32、 支座 数量 根 据【 1】 p780,3-1式 ： 30 4( 10e eemgGphGSQ KNkn n + += + 、0m为 设备 总质 量， kgg为 重力 加速 度 ,取 9.18m/2seG为 偏心 载荷 ,NeS为 偏心 距 ,mk为 不均 匀系 数， 支座 数量 为三 个时 ,k=1， 多于 三个 时 k=0.83为 螺栓 分布 圆直 径h为 水平 力作 用点 至底 板的 距离 ,m（ 1） 、 设备 总质 量 0m计 算0m mG=+封 筒 料 +(为 其他 零件 质量 ）1） 、
15、 封头 质量 G封查 【 1】 p290表 2-2得 ：G=2 308.51( )2.47( ) 10np np pD Dh +湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 8页 共 24页=8.51 2 3(1.20.0028)24.7(1.20.0028)0.002810 +=1.7Kg则 两个 封头 总质 量 G封 =2G=2 1.76=23.53Kg2） 、 筒体 质量 m筒查 【 1】 p20表 1-2得 知： 0Cr18Ni9基 本质 量即 密度 筒 =7.93 310Kg/3mv筒 = 2 2 2 2( ) 3.14(1.20.0028)3.141.22.272nn nDDH+=+ =
16、0.253m故 m筒 =筒 v筒 =7.93 310 0.25=198.25Kg3） 、 物料 质量 m料装 料容 积 v料 为 23m ， 取所 装物 料密 度 料 =2 310Kg/3m则 m 料 =料 v料 =2 310 2=4 310Kg所 以设 备总 质量 ：0m mG=+封 筒 料 +=23.53+198.25+40+=421.78+Kg取 0m=40Kg（ 2） 、 水平 力的 计算地 震设 防烈 度为 7级 ,查 【 1】 p781,地 震系 数 00.23a=则 000.50.50.2344009.84958.8NePamg= =因 为设 备质 心高 度仅 1751m,并 设
17、置 地区 基本 风压 为0q=50N/2m查 【 1】 p781表 3-1if=0.86 60000.95100.950.85501200350210w iPfqDH = =1756.03NwePP,在 容器 上至 少开 一个 人孔 ，开 取公 称压 力 PN0.6、公 称直 径 DN450、 1H=20、 A型 盖轴 耳， I类 材料 ，其 中采 用六 角头 螺栓 、非 金属平 垫（ 不带 内包 边的 XB350石 棉橡 胶板 ）的 回转 盖板 式平 焊法 兰人 孔， 密封 面为 突面 ，采 用 标 准的1H值 。2.42、 人孔 及相 关零 件尺 寸 查 【 1】 p821表 3-46,p
18、847表 8-426,p849表 3-427,选 择垫 片查 p842湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 1页 共 24页2.43、 人孔 尺寸 图 查 表得 出 回 转盖 板式 平焊 法兰 人孔 尺寸 图如 下：湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 12页 共 24页2.5、接管2.51、 管法 兰、 法兰 盖 查 【 1】 p715表 3-438选 取公 称通 经为 40的 突面 板式 管法 兰及 对应 的法 兰盖其 标记 为： HG20590法 兰 PL40-.6RF0Cr18Ni9则 管法 兰图 形尺 寸如 下： （ 图形 参考 【 1】 p713图 3-23（ b)和 图 3-
19、26）突 面板 式法 兰 法 兰盖2.52、 密封 垫圈 查 【 1】 p745表 3-234， 根据 容器 设计 压力 为 0.5MPa,设 计温 度为 130C， 选取 材料为 乙丙 橡胶 ，代 号 EPDM， 满足 设计 要求 。查 【 1】 p74表 3-231选 取公 称通 经 40m,公 称压 力 1.0MPa的 垫圈（ 图 形参 考【 1】 p742图 3-214）湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 13页 共 24页2.6、容器补强 查 【 1】 p871表 3-61【 2】 p24:采 用补 强圈 补强 时 ， 用 等面 积法 进行 补强 的设 计计 算 ， 等 面积 法
20、的 原则 是在 开孔 处所 加补 强材 料的 截面 积应 与壳 体由 于开 孔而 失去 的截 面积 相等 。 【 1】 p875， 例 1结 论表 明： 用与 壳体 同样 规格 厚度 的钢 板制 造补 强圈 是比 较经 济而 且安全 的， 许多 的补 强计 算也 都可 以得 到相 同的 结论 。 查 【 1】 p87表 3-62因 为表 中腐 蚀裕 量按 1考 虑 ， 而 所设 计的 接管 壁厚 为 3m,腐 蚀裕 量为 0， 所 以 ， 设 计的 接管 不需 要补 强， 只需 对人 孔管 用同 种基 体材 料和 相同 孔面 积进 行补 强。湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 14页 共
21、24页3、 容 器 主 要 零 部 件 制 造所 设计 的发 酵罐 主要 组成 部分 包括 ： 上 筒体 、 下 筒体 、 上 封头 、 下 封头 、 支 座 、 手 孔 、 接 管 。3.1、 封头的制造 查 【 1】 90p2表 2-2mDpn 8.12028.21200Di =+=+= =1.208mm25h0=0.25m0n0i0 2)D1.2112)1.211(DD hh ppp +=+= （= 252.8120.81.21 + ）（1509.8m m 1.5m 10320i0 2)1(D6.1651.21G += pph= 10 32 280.00250.02)280.002028
22、.1(211.16.165 +=39.6Kg（ 1） 、 选取 一 整块 圆形 0Cr18Ni9冷 轧钢 板 ,直 径为 1.51m,质 量为 39.36Kg（ 2） 、 封 头的 成形 大致 可分 为两 类， 一种 是在 水压 机（ 或油 压机 ）上 ，利 用胎 具压 制成 形， 另 一种 则是 在旋 压机 上进 行旋 压成 形。 该标 准上 、下 封头 均 在 油压 机上 加 工成 形 ， 用凹 凸模 一次 热压 成形 。封 头边 缘用 封头 余量 切割 机进 行加 工， 用等 离子 弧切 割机 开 V形 坡口 。湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 15页 共 24页3.2、筒体的制造
23、 该 筒体 分为 上、 下两 节， 筒 体周 长 L的 计 算： )0028.02.1(14.3)(DLi +=+= nnD =3.7679m3768m由 于筒 体壁 厚 2.8m,不 需加 工坡 口 。 下 料时 ， 查 【 1】 p15表 1-17选 取公 称厚 度为2.8m,宽 1250m系 列的 钢板 。筒 体总 高为 272m,设 置下 筒节 高 1250m,下 筒节 高 102m。取 料时 用等 离子 弧切 割两 块不 同尺 寸的 0Cr18Ni9钢 板， 分别 为长 3768m,宽 1250m和 长 3768m,宽 102m。筒 节采 用三 辊卷 板机 冷卷 而成 ， 过程 为：
24、校 平钢 板 根 据展 开图 尺寸 划线 下 料 （ 用 等离 子弧 切割 ） 滚 制成 形 装 配纵焊 缝焊 接 在 滚扳 机上 较圆 装 配两 个筒 节 筒 节间 环焊 缝焊 接 无 损检验 。湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 16页 共 24页4、焊 接 接 头 设 计4.1、 容器装配图1 上 筒体 与下 筒体 对接 环焊 缝； 2， 3 筒 体与 封头 对接 环焊 缝， 4、 5 上 下筒 体纵 焊缝 ； 6 接 管与 壳体 角焊 缝 ； 7 人 孔 补 强圈 与 封头 角接 焊缝 ； 8 接 管与 法兰 搭接 焊缝 ；9 人 孔管 与法 兰角 接焊 缝； 10 支 座垫 板与
25、 封头 搭接 焊缝 ；湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 17页 共 24页4.2、焊接工艺卡片湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 18页 共 24页湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 19页 共 24页湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 20页 共 24页湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 21页 共 24页湖 南工 程学 院焊 接课 程设 计第 2页 共 24页5、 参 考 文 献【 1】 、 压力 容器 设计 手册 【 2】 、 焊接 结构 与生 产 第 2版 贾 安东 主 编【 3】 、 GB150-198钢 制压 力容 器其 它参 考书 籍 ： 焊接 结构 学 哈
26、 尔滨 工业 大学 方 洪渊 主 编 实用 压力 容器 焊工 读本 孙 景荣 主 编 焊接 冶金 学 材 料焊 接性 山 东大 学 李 亚江 主 编6、 结 束 语通 过这 次课 程设 计 ， 我 在对 压力 容器 有一 个初 步的 比较 深刻 的了 解的 同时 ， 还 对焊 接有 一个 更深 刻的 认识 。 之 前以 为焊 接比 较简 单， 的确 ，如 果只 是一 般的 焊接 操作 或者 简单 焊接 件的 设计 的话 ， 是比 较简 单的 ， 但 是如 果我 们对 一些 重要 的焊 接件 进行 设计 和焊 接操 作时 ， 需 要通 过精 心的 设计和 丰富 的经 验 ， 而 且涉 及的 知识
27、 范围 比较 广 ， 它 包括 了力 学 、 金 属学 、 传 热学 等多 方面 的知 识 。在 这次 课程 设计 的过 程中 ， 我 查阅 了较 多的 焊接 方面 的书 籍 ， 对 压力 容器 的设 计有 很多 的规 范 ， 这 些需 要有 认真 严谨 的态 度才 能保 证工 作的 顺利 进行 。 这 些规 范帮 助我 们在 设计 过程 中节 省了 大量 的计 算和 验证 的时 间 ， 同 时也 保证 了所 设计 的容 器的 安全 性 。 从 中可 以得 知我 们在设 计过 程中 要能 合理 的利 用设 计手 册， 以便 提高 我们 的工 作效 率。 这 次课 程设 计过 程中 ， 老 师为 我们 提供 了丰 富的 书籍 资料 ， 给 了我 们很 好的 指导 ， 让 我开阔 了视 野， 也发 现了 自己 某些 方面 的不 足， 我会 在以 后的 学习 工作 中弥 补这 些不 足。
