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1、 常州工程職業(yè)技術學院 畢 業(yè) 設 計（論文） 題 目 聚氯乙烯攪拌反應釜設計 專 業(yè) 機電一體化 班級學號 2004513226 姓 名 指導教師 2007 年 5 月

2、5 日 中文摘要 隨著我國經濟的穩(wěn)步發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，加之聚氯乙烯應用開發(fā)的不斷深入，國內市場對聚氯乙烯的需求仍具有較大的發(fā)展空間，特別是在汽車、建筑、電子和涂料等方面，對于拓寬聚氯乙烯的消費、開發(fā)大宗專用樹脂，促進聚氯乙烯的生產具有積極而現實的意義。 本設計用反應釜均采用雙線密封，因而密封性能好，經久耐用。具有釜蓋提升或釜體下落、釜體傾倒功能，用靈活的機械結構操作代替繁重的體力勞動，提高了工作效率。磁力密封攪拌器具有靜密封、無泄漏、噪音低、壽命長等特點，配合低溫恒溫水浴可完成低溫恒溫反應。封頭與筒體的裝配采用直接定位的裝夾法，方便、快捷易于操作。 關

3、鍵字 聚氯乙烯 反應釜 封頭設計 English abstract Stably continued the health along with the our country economical whole the development, the Chinese plastic mechanical industry process"15" realizes the surmounting -like development, the industrial scaleexpanded, continuously eig

4、ht year main economic indicator year by year increased progressively, its development speed with created the main economic indicator to account for the proportion in the mechanical industry to grow year by year, the domestic and foreign polyvinyl-chloride (PVC) the resin market supply and demand con

5、dition and the consumption pattern, indicated the polyvinyl-chloride the supply and demand quantity could not satisfy the market by far the demand, Therefore, for strengthens our country polyvinyl-chloride PVC industry the competitive ability to propose suggested: Besides should take general polyv

6、inyl-chloride PVC the product quality, should vigorously develop each kind of high performance, the low price polyvinyl-chloride product, in order to adapt the our country national economy high speed growth, satisfies the polyvinyl-chloride PVC resin the demand quantity swift and violent growth, t

7、his procedure mainly briefed the polyvinyl-chloride PVC resin application development tendency and the new product development situation. Key Words the polyvinyl-chloride Responds the cauldron Seals a design 目錄 1． 緒論-------------------------------------------------------1

8、 1． 1課題背景----------------------------------------------1 1． 2系統功能介紹-------------------------------------------1 2．封頭設計-----------------------------------------------------2 2． 1橢圓形封頭-----------------------------------------------3 2．2半球形封頭---------------------------------------------4 2． 3碟形封頭-

9、-----------------------------------------------5 2．4球冠形封頭----------------------------------------------5 2．5 錐形封頭---------------------------------------------5 2．5．1 錐體大端------------------------------------------6 2．5．2 錐體小端------------------------------------------7 2．5．3 無折邊錐殼的厚度----

10、--------------------------------10 2．6 平板封頭------------------------------------------------11 3、內壓薄壁圓筒與封頭的強度設計-----------------------------------13 3．1 強度設計的基本知識--------------------------------------13 3．2內壓薄壁圓殼體與球殼的強度設計--------------------------14 3．3壓圓筒封頭的設計--------------------------

11、---------------17 4、封頭選擇------------------------------------------------------20 4．1 符號說明----------------------------------------------20 4．2 常壓容器---------------------------------------------------21 4．3 壓力容器--------------------------------------------------21 4．4 真空或外壓容器-----------------------

12、---------------------22 5、外壓圓筒與封頭的設計---------------------------------------------22 5．1 概述---------------------------------------------------22 5．2 臨界壓力---------------------------------------------23 5．3外壓圓筒的工程設計-----------------------------------------25 結論---------------------------------

13、----------------------------26 致謝-------------------------------------------------------------26 參考文獻--------------------------------------------------------27 1緒論 1．1 課題背景 我國聚氯乙烯主要用于制造人造革、浸漬手套、紗窗、水田靴、工具把手、壁紙、地板卷材、蓄電池隔板和玩具等。 隨著我國經濟的穩(wěn)步發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，加之聚氯乙烯應用開發(fā)的不斷深入，國內市場對聚氯乙烯的需求仍具有

14、較大的發(fā)展空間，特別是在汽車、建筑、電子和涂料等方面，對于拓寬聚氯乙烯的消費、開發(fā)大宗專用樹脂，促進聚氯乙烯的生產具有積極而現實的意義。因此，國家增加資金扶持和政策支持，壯大科研力量，努力研發(fā)高質量、高附加值的聚氯乙烯產品，可以縮小與發(fā)達國家和地區(qū)的差距，提高核心競爭 1．2 系統功能介紹 本設計介紹了厚徑比小于3‰的薄壁封頭高精度旋壓成形的方法，它涉及一種封頭的旋壓、成形工藝。本發(fā)明的目的是為解決航天器上的封頭尺寸較大、壁厚較薄、尺寸精度要求高、成形難度大，特別是厚徑比小于3‰的薄壁封頭旋壓成形難度更大的問題。本發(fā)明開動旋壓機使旋輪在自轉的同時沿著預先輸入程序的軌跡作軸向和徑向運動，同

15、時旋壓機主軸帶動芯模和板坯進行自轉，當旋輪旋到距邊緣20mm時使之自動退出，此時翻邊部分第一道次旋壓結束；然后用氣焊槍對外緣法蘭進行加熱處理以消除加工硬化。本發(fā)明的有益效果是：只需一臺設備，一次性安裝板坯便可完成旋壓成形，因而成形精度很高?？梢猿尚纬龊駨奖刃∮?‰、壁厚小于等于1mm的高精度薄壁大尺寸封頭。 一種厚徑比小于3‰的薄壁封頭高精度旋壓成形方法，其特征在于它是通過以下步驟實現的：一、芯模的選擇：芯模材料選用強度和硬度很高的中碳鋼或工具鋼，芯模的一端為平面，芯模的另一端為外形與封頭內部形狀一致的深碟形面，平面一端的中心開有一個錐形盲孔，此錐形盲孔與旋壓機主軸配合，其錐形盲孔周圍均勻分

16、布至少兩個螺紋盲孔和一個躲避盲孔，螺紋盲孔用于與旋壓機主軸的固定，躲避盲孔用于躲避主軸上的螺栓，位置與主軸上的螺栓一致；深碟形面頂部為球冠面，為了方便板坯的固定在球冠面的頂端加工有一個直徑小于30mm的平面，此平面中心周圍均勻分布至少兩個盲銷孔，盲銷孔的內部安裝定位銷，用于板坯的徑向定位；二、壓蓋的選擇：壓蓋為焊接件，材料選用強度和硬度很高的合金鋼，壓蓋的一端為凹球面，凹球面的形狀尺寸與封頭外形一致，凹球面的中心周圍開有與芯模上定位銷相對應的盲孔，用于躲避芯模上的定位銷；壓蓋另一端的中心處開有一個盲孔，此盲孔用于與旋壓機尾頂配合；三、進行球冠部分的成形：把板坯中心開兩個定位孔后放置到芯模端部安

17、裝的兩個定位銷上，開動旋壓機尾座，使尾頂和芯模將板坯夾緊，在板坯靠近旋輪的一側涂上潤滑劑以減小摩擦，開動旋壓機使旋輪自轉的同時沿著預先輸入程序的軌跡作軸向和徑向運動，同時旋壓機主軸帶動芯模和板坯進行自轉，當旋輪旋到球冠部分與轉角部分的交點時，按照程序的指令自動退出，自此，球冠部分的剪切旋壓結束；四、進行翻邊部分的成形：首先將旋壓機尾座退回，將壓蓋套在尾頂上，再次開動旋壓機尾座，使壓蓋和芯模將板坯夾緊，并在板坯的外表面涂上潤滑劑；開動旋壓機使旋輪在自轉的同時沿著預先輸入程序的軌跡作軸向和徑向運動，同時旋壓機主軸帶動芯模和板坯進行自轉，此時的起旋點與上一階段的結束點相同，當旋輪旋到距邊緣20mm時

18、使之自動退出，此時翻邊部分第一道次旋壓結束；然后用氣焊槍對外緣法蘭進行加熱處理以消除加工硬化，待其冷卻之后涂上潤滑劑，接著進行第二道次的旋壓，操作過程與第一道次相同，只是旋輪軌跡不同，以后各道次操作過程均與第二道次相同，只是旋輪軌跡不同；五、成形過程完成之后，退回旋壓機尾座，將板坯制成的工件從芯模上取下，采用手工或機械加工方法將工件外緣法蘭邊切掉，整個封頭成形過程結束。 2 封頭設計 2．1 封頭介紹 封頭又稱端蓋，其分類情況如樹枝圖所示： 凸形封頭包括的四種的示意圖可見封頭的結構形式圖。平板封頭根據它與筒體連接方式不同也有多種結構。本節(jié)將對這些封頭分別進行討論。

19、2．2 橢圓形封頭 橢圓形封頭是半橢球和高度為h的短圓筒(通稱直邊)兩部分構成，見封頭的結構形式圖圖（a）。直邊的作用是為了保證封頭的制造質量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊縫受邊緣應力作用。 圖 2-1 雖然橢圓形封頭各點曲率半徑不一樣，但變化是連續(xù)的，受內壓時，薄膜應力分布沒有突變。接下來分受內壓和受外壓兩種情形來了解橢圓形封頭。 ㈠　受內壓的橢圓形封頭 受內壓的橢圓形封頭的計算厚度按下式確定： 　　　　　　　　　　　　　　　　　（2-1） 式中 K-橢圓形封頭形狀系數，由式（2-2）計算。其它符號意義見圖2-1（

20、a）所示。 　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2-2) 長短軸之比值為2的橢圓形封頭稱為標準橢圓形封頭，此時K=1。它的壁厚計算公式： 　　　　　 　　　　　　　　　　　 （2-3） 當封頭是由整塊鋼板沖壓時，f值取為1。比較式（2-3）與筒體設計壁厚計算公式（2-12），如果忽略分母上的微小差異，兩個公式完全一樣，因此，大多數橢圓形封頭壁厚取為與筒體相同，或是比筒體稍厚。另外，在設計橢圓形封頭時，還應保證封頭的有效壁厚de滿足：對標準橢圓形封頭不小于封頭內直徑的0.15％。 　　橢圓形封頭的最大允許工作壓力按下式計算： 　　　　　　　　　　　　　　　　?。?-4）

21、 標準橢圓形封頭的直邊高度h mm由表2-1確定。 封頭材料 碳素鋼、普低鋼、復合鋼板 不銹鋼、耐酸鋼 封頭壁厚 4～8 10～18 ≥20 3～9 10～18 ≥20 直邊高度 25 40 50 25 40 50 表2-1 ㈡　受外壓（凸面受壓）的橢圓形封頭 受外壓的橢圓形封頭的厚度設計，計算步驟如下： a. 假設dn，計算de＝dn一C，算出R0/de。其中R0為橢圓形封頭的當量球殼外半徑，R0=K1D0。K1一由橢圓形長短軸比值決定的系數，標準橢圓形封頭K1=0.9。 　　b. 計算系數 　　c. 根據所用材料，從A-B的

22、關系圖中選出適用的一張，在該圖下方找到A值所在點。 若A值落在該設計溫度下材料溫度曲線的右方，則由此點向上引垂線與設計溫度下的材料線相交(遇中間溫度值用內插法)，再通過此交點向右引水平線，即可由右邊讀出B值，并按下式計算許用外壓力[p]： 　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?-5） 若A值處于該設計溫度下材料曲線的左方，則用式（2-6）計算許用外壓力[p]: 　　　　　　　　　　　　　　　　　(2-6) 　　d．比較許用外壓[p]與設計外壓p。 　若p≤[p]，假設的壁厚dn可用，若小得過多，可將dn適當減小，重復上述計算； 　若p＞[p]，需增大初設的dn ，重復

23、上述計算，直至使[p]＞p且接近p為止。 2．3 半球形封頭 半球形封頭是由半個球殼構成的，示意圖見封頭的結構形式圖圖（b）。受內壓的球形封頭的計算壁厚與球殼相同。雖然球形封頭壁厚可較相同直徑與壓力的圓筒殼減薄一半。但在實際工作中，為了焊接方便以及降低邊界處的邊緣壓力，半球形封頭常和筒體取相同的厚度。受外壓的球形封頭的厚度設計，計算步驟同橢圓形封頭。 2．4 碟形封頭 碟形封頭又稱帶折邊球形封頭，由三部分構成：以Ri為半徑的球面、以r為半徑的過渡圓弧(即折邊)和高度為h的直邊，見封頭的結構形式圖圖（c）。球面半徑越大，折邊半徑越小，封頭的深度將越淺，這對于加工成型有利。但是考慮

24、到球面部分與過渡區(qū)聯接處的局部高應力，規(guī)定碟形封頭球面部分的半徑一般不大于筒體內徑，而折邊內半徑r在任何情況下均不得小于筒體內徑的10％，且應不小于3倍封頭名義壁厚。 Ri=0.9Di、r=0.17Di的碟形封頭，稱為標準碟形封頭。其有效厚度應不小于封頭內直徑的0.15%。 由于在相同受力條件下，碟形封頭的壁厚比相同條件下的橢圓形封頭壁厚要大些，而且碟形封頭存在應力不連續(xù)，因此沒有橢圓形封頭應用廣泛。碟形封頭與筒體可用法蘭聯接，也可用焊接聯接。當采用焊接聯接時，應采用對接焊縫。如果封頭與筒體的厚度不同，須將較厚的一邊切去一部分，如下圖2-2所示。 　　受外壓的碟形封頭，設計步驟與橢圓形

25、封頭設計步驟相同，僅是D0為碟形封頭球面部分外半徑。 圖2-2 2．5 球冠形封頭 為了進一步降低凸形封頭的高度，將碟形封頭的直邊及過圓弧部分去掉，只留下球面部分。并把它直接焊在筒體上，這就構成了球冠形封頭，見封頭的結構形式圖圖（d）。這種封頭也稱為無折邊球形封頭。 2．6 錐形封頭 錐形封頭廣泛應用于許多化工設備(如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結晶器及沉降器等)的底蓋，它的優(yōu)點是便于收集與卸除這些設備中的固體物料。此外，有一些塔設備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體將直徑不等的兩段塔體連接起來，這時的圓錐形殼體稱為變徑段。 　　錐形封頭的結構如下圖所示。對應于無折邊和折邊

26、封頭，有下面兩種不同的設計計算方法。 ㈠ 無折邊錐形封頭或錐形筒體 無折邊錐形封頭或錐形筒體適用于錐體半頂角a≤30。 2．6．1 錐體大端 帶折邊錐形封頭大端的壁厚，按過渡段與相接處錐體兩部分分別計算。當整個帶折邊錐形封頭采用同一厚度時，應取下述二式計算結果中的較大值。 a. 過渡段的計算壁厚 　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?-10） 式中 K-系數，查表2-2。 表2-2 系數 K值 a r/Di 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.5 10℃ 0.6644 0.6111 0.5789 0.5403 0.5

27、168 0.5000 20℃ 0.6956 0.6357 0.5986 0.5522 0.5223 0.5000 30℃ 0.7544 0.6819 0.6357 0.5749 0.5329 0.5000 35℃ 0.7980 0.7161 0.6629 0.5914 0.5407 0.5000 40℃ 0.8547 0.7604 0.6981 0.6127 0.5506 0.5000 45℃ 0.9253 0.8181 0.7440 0.6402 0.5635 0.5000 50℃ 1.0270 0.8944 0

28、.8045 0.6765 0.5804 0.5000 55℃ 1.1608 0.9980 0.8859 0.7249 0.6028 0.5000 60℃ 1.3500 1.1433 1.0000 0.7923 0.6337 0.5000 b. 與過渡段相接處的錐殼厚度 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　?。?-11） 式中 f-系數，，其值列于表2-3。 表2-3 系數 f 值 a r/Di 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.5 10℃ 0.5062 0.5055 0.5047 0.503

29、2 0.5017 0.5000 20℃ 0.5257 0.5225 0.5193 0.5128 0.5064 0.5000 30℃ 0.5619 0.5542 0.5465 0.5310 0.5155 0.5000 35℃ 0.5883 0.5773 0.5663 0.5442 0.5221 0.5000 40℃ 0.6222 0.6069 0.5916 0.5611 0.5305 0.5000 45℃ 0.6657 0.6450 0.6243 0.5828 0.5414 0.5000 50℃ 0.7223 0.6

30、945 0.6668 0.6112 0.5556 0.5000 55℃ 0.7973 0.7602 0.7230 0.6486 0.5743 0.5000 60℃ 0.9000 0.8500 0.8000 0.7000 0.6000 0.5000 錐體大端與圓筒連接時，應按以下步驟確定連接處錐殼大端的厚度： a. 以p/([s]tj)與半頂角a的值，查確定錐殼大端連接處的加強圖：當其交點位于曲線之上方時，不必局部加強；當其交點位于曲線下方時，則需要局部加強。 　　b. 無需加強時，錐體大端壁厚按式(2-7)計算。 　　　　　 　　　　　　　　　　

31、 ?。?-7） 　　c. 需要增加厚度予以加強時，則應在錐殼與圓筒之間設置加強段，錐殼和圓筒加強段厚度須相同，加強段計算壁厚按式（2-8）計算。 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　 （2-8） 式中 Q-應力增值系數，與p/([s]tj)與a值有關，由錐殼大端連接處的Q值圖查出，中間值用內插法。加強區(qū)長度，錐殼加強段的長度L1不應小于；圓筒加強段的長度L不應小于。 2.6．2 錐體小端 錐體小端與圓筒連接時，小端錐壁厚設計：以p/([s]tj)與半頂角a的值，查確定錐殼小端連接處的加強圖如圖2-3，當其交點位于曲線之上方時，不必局部加強。計算壁厚d的計算同大端。當其交點位

32、于圖中曲線下方時，則需要局部加強。其計算壁厚的公式為 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2-9） 式中 Dis-錐體小端內直徑，mm； Q-應力增值系數，由確定錐殼小端連接處的Q值圖圖2-4查出。 在任何情況下，加強段的厚度不得小于相連接的錐殼厚度。錐殼加強段的長度L1不應小于；圓筒加強段的長度L不應小于。 圖2-3 圖2-4 當錐殼半頂角a≤45時，若采用小端無折邊時，其小端厚度按前述錐體小端厚度計算；如需采用小端有折邊時，其小端過渡段厚度按（2-10）式確定，式中Q值由確定錐殼小端連接處的Q值圖圖2-5查取。 圖2-5 當錐殼半頂角a＞45，小端過渡區(qū)厚度仍

33、按（2-10）式確定，但式中Q值由錐殼小端帶過渡段連接的Q值圖圖2-5查取。與過渡段相接的錐殼和圓筒的加強段厚度應與過渡段厚度相同。錐殼加強段的長度L1不應小于；圓筒加強段的長度L不應小于。在任何情況下，加強段的厚度不得小于與其連接處的錐殼厚度。 2．6．3．無折邊錐殼的厚度 當無折邊錐殼的大端或小端，或大、下端同時具有加強段時，應分別按式（2-3）、（2-4）、（2-5）分別確定錐殼各部分厚度。若整個錐形封頭采用同一厚度時，應取上述各部分厚度中的最大值作為封頭的厚度。 ㈡ 折邊錐形封頭或錐形筒體 采用帶折邊錐體作封頭或變徑段可以降低轉角處的應力集中。根據半頂角的大小，分為三種

34、情況： （1）當錐體大端的半頂角a＞30時，應采用帶過渡段的折邊結構。否則應按應力分析的方法進行設計。 （2）對于錐體小端，當半頂角a＞45時，須采用帶折邊的錐形封頭。大端折邊錐殼過渡段轉角半徑r應不小于封頭大端內徑Di的10％，小端折邊過渡段轉角半徑rs應不小于封頭小端內徑Dis的5％，且均不小于錐體厚度的3倍。 （3）當錐殼半頂角a＞60時，其厚度可按平蓋計算，也可按應力分析的方法進行設計。 2．7 平板封頭 平板封頭是化工設備常用的一種封頭。平板封頭的幾何形狀有圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等，最常用的是圓形平板封頭。根據薄板理論，受均布載荷的平板，最大彎曲應力smax

35、與(R／d)2成正比，而薄殼的最大拉(壓)應力smax與(R／d)成正比。因此，在相同的(R／d)和受載條件下，薄板的所需厚度要比薄殼大得多，即平板封頭要比凸形封頭厚得多。但是，由于平板封頭結構簡單，制造方便，在壓力不高，直徑較小的容器中，采用平板封頭比較經濟簡便。而承壓設備的封頭一般不采用平板形，只是壓力容器的人孔、手孔以及在操作時需要用盲板封閉的地方，才用平板蓋。 　　另外，在高壓容器中，平板封頭用得較為普遍。這是因為高壓容器的封頭很厚，直徑又相對較小，凸形封頭的制造較為困難。 　　平板封頭按下式計算壁厚 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?-12） 式中：

36、p-平板封頭的計算壁厚，mm；Dc-計算直徑，表2-4中圖例所示，mm； p一設計壓力，MPa；-焊接接頭系數；K-與平板結構有關的結構特征系數，見表4-14； [s]t-材料在設計溫度下的許用應力，MPa。 平板風頭結構系數K的選擇表 表2-4 3 內壓薄壁圓筒與封頭的強度設計 3.1強度設計的基本知識 一、關于彈性失效的設計準則 1、彈性失效理論：對于中、低壓薄壁容器，目前通用的是彈性失效理論。 依據這一理論，容器上一處的最大應力達到材料在設計溫度下的屈服點，容器即告失效(失去正常的工作能力)，也就是說，容器的每一部分必須處于彈性變形范圍內。

37、保證器壁內的相當應力必須小于材料由單向拉伸時測得的屈服點，即＜。 2．強度安全條件：為了保證結構安全可靠地工作，必須留有一定的安全裕度，使結構中的最大工作應力與材料的許用應力之間滿足一定的關系。即 = —極限應力（由簡單拉伸試驗確定） —安全系數 —許用應力 —相當應力，由強度理論來確定。 二、強度理論及其相應的強度條件 以圓筒形容器作例 =，= 主應力 ==， ==， =0 第一強度理論——最大主應力理論（適用于脆性材料） == 第二強度理論——最大變形理論（與實際相關較大，未用） 第三強度理論——最大剪應力理論（適用于塑性材料）

38、 =—=—0= 第四強度理論——能量理論（適用于塑性材料） = === 壓力容器都采用塑性材料制造，應采用第三或第四強度理論，我國采用第三強度理論。 3.2 內壓薄壁圓殼體與球殼的強度設計 一、設計計算 （一）圓筒形容器 1、 強度設計公式 根據前面所講的第三強度理論，有=-= 將平均直徑換為圓筒內徑D=Di+S; 換為計算壓力；將壓力考慮焊接制造因素，將換為 則有： 故： 其中—計算壁厚,mm —材料在設計溫度下的許用應力，Mpa; 2、厚度的定義 計算厚度 設計厚度=+ 名義厚度=++圓整值=++圓整值 有效厚度=- 其中—鋼板壁厚負偏差；—

39、腐蝕裕度；=+ 如圖所示 C1 C2 圓整值 加工減薄量 C=C1+C2 3、校核公式 若已知，要計算一臺容器所能承受的載荷時 = = 4、采用無縫鋼管作圓體時，公稱直徑為鋼管的外徑， （二）球形容器 對于球形容器，由于其主應力為 利用上述推導方法，可以得到球形容器壁厚設計計算公式，即 上述球形容器計算公式的適用范圍為 二、設計參數的確定 1、壓力 工作壓力：指在正常工作情況下，容器頂部可能達到的最高壓力。設計壓力：指設定的容器頂部的最高壓力，它與相應的設計溫

40、度一起作為設計載荷條件，其值不低于工作壓力。 計算壓力：指在相應設計溫度下，用以確定殼體各部位厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當殼體各部位或元件所承受的液柱靜壓力小于5%設計壓力時，可忽略不計。 2、設計溫度 指容器在正常工作情況下，在相應的設計壓力下，設定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面厚度的溫度平均值）。 設計溫度是選擇材料和確定許用應力時不可少的參數。 3、許用應力和安全系數 （1）許用應力的取法 常溫容器 =min{,} 中溫容器 =min{} 高溫容器 =min{} （2）安全系數的取法 安全系數是不斷發(fā)展變化的參數，科技發(fā)展，安全系數變小； 要求記憶：

41、常溫下，碳鋼和低合金鋼=3.0，=1.6 4、焊接接頭系數 焊縫區(qū)是容器上強度比較薄弱的地方。焊縫區(qū)的強度主要決定于熔焊金屬、焊縫結構和施焊質量。焊接接頭系數的大小決定于焊接接頭的型式和無損檢測的長度比率。 5、厚度附加量=+ —鋼板壁厚負偏差； 按相應的鋼板或鋼管標準的規(guī)定選?。斾摬牡暮穸蓉撈畈淮笥?.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可以忽略不計。 —腐蝕裕量； 為防止容器元件由于腐蝕、機械磨損而導致厚度削弱減薄，應考慮腐蝕裕量。三、壓力試驗與強度校核 容器制成以后(或檢修后投入生產之前)．必須作壓力試驗或增加氣密性試驗，其目的在于檢驗容器的宏觀強度和有無滲漏

42、現象，即考查容器的密封性，以確保設備的安全運行。 對需要進行焊后熱處理的容器，應在全部焊接工作完成并經熱處理之后，才能進行壓力試驗和氣密試驗，對于分段交貨的壓力容器，可分段熱處理．在安裝工地組裝焊接，并對焊接的環(huán)焊縫進行局部熱處理之后，再進行壓力試驗。 壓力試驗的種類、要求和試驗壓力值應在圖樣上注明。壓力試驗一般采用液壓試驗。對于不適合作液壓試驗的容器，例如容器內不允許有微量殘留液體．或由于結構原因不能充滿液體的容器，可采用氣壓試驗。 1．試驗壓力 2．壓力試驗的應力校核 3．壓力試驗的試驗要求與試驗方法 3．3 內壓圓筒封頭的設計 容器封頭又稱端蓋，按其形狀可分為三類；凸

43、形封頭、錐形封頭和平板形封頭。其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭(或稱帶折邊的球形封頭)和球冠封頭(無折邊球形封頭)四種。 一、半球形封頭 半球形封頭(圖4—3)是由半個球殼構成的，它的計算壁厚公式與球殼相同 二、橢圓形封頭 橢圓形封頭(圖4—4)是由長短半袖分別為a和b的半橢球和高度為h。的短圓筒(通稱為直邊)兩部分所構成。直邊的作用是為了保證封頭的制造質量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊受邊緣應力作用。 有以下結論：當橢球殼的長短半軸 a/b＞2時，橢球殼赤道上出現很大的環(huán)向應力(圖3—25(c))，其絕對值遠大于頂點的應力。從而引入形狀系數K。（也稱應力增加

44、系數） 根據強度理論（具體推導過程參閱華南理工大學P57），受內壓（凹面受壓）的橢圓形封頭的計算厚度公式為： 標準橢圓封頭K=1（a/b=2），計算厚度公式為 橢圓封頭最大允許工作壓力計算公式為： GB150-1998規(guī)定：K≤1時，≥0.15 K＞1時，≥0.30 但當確定封頭厚度時，已考慮了內壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。 現行的橢圓形封頭標準為JB／T4737—95。 三、碟形封頭 由三部分構成：以為半徑的球面；以r為半徑的過渡圓弧(即折邊)； 高度為的直邊。 同樣，引入形狀系數，則其計算厚度公式為 標準碟形封頭：球面內半徑，過渡圓弧內

45、半徑r=0.17Di， 此時M＝1.325，計算壁厚公式： 碟形封頭最大允許工作壓力為 GB150-1998規(guī)定：M≤1.34時，≥0.15 M＞1.34時，≥0.30 但當確定封頭厚度時，已考慮了內壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。 碟形封頭標準為JB576—64。 四、球冠形封頭 五、錐形封頭 六、平板封頭 平板封頭是化工設備常用的一種封頭。平板封頭的幾何形狀有圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等，最常用的是圓形平板封頭。 在各種封頭中，平板結構最簡單，制造就方便，但在同樣直徑、壓力下所需的厚度最大，因此一般只用于小直徑和壓力低的容器。 但有時在高壓容器中，如

46、合成塔中也用平蓋，這是因為它的端蓋很厚且直徑較小，制造直徑小厚度大的凸形封頭很困難。 設計公式是半經驗公式，推導不要求。 —材料在設計溫度下的許用應力，Mpa。(計算預緊狀態(tài)時，為常溫的許用應力) 4 封頭的選擇 4.1 符號說明 Di——封頭內徑，mm 　　hi——封頭內曲面高度，mm 　　pc——計算壓力，MPa 　　r——碟形封頭過渡區(qū)轉角處的內半徑，mm 　　Ri——碟形封頭球面部分的內半徑，mm 　　V——封頭體積，mm3 　　δ——壓力容器封頭計算厚度，mm 　　δh——常壓容器封頭計算厚度，mm 　φ——焊接接頭系數 ?。郐遥輙

47、——設計溫度下材料的許用應力，MPa 　　設備設計工程師經常需要選擇用于各種壓力下的容器封頭，對封頭型式的選擇將影響著容器的費用和尺寸。 　　JB/T 4729《旋壓封頭》所列封頭類型中，具有代表性的和常用的封頭如下。 標準橢圓封頭： hi=0.25 Di　　　　　　　(1) 　　　　　　　V=0.130 9 Di3　　　　　　(2) 碟形封頭： Ri=1.00 Di　　　　　　　　　(3) 　　　　　r=0.10 Di　　　　　　　　　　(4) 　　　　　hi=0.194 Di　　　　　　　　　(5) 　　　　　V=0.098 96 Di3　　　　　　　(6) 封頭的最佳選

48、擇取決于壓力、容器直徑、壁厚和所用材質，這些都有嚴格的設計程序。 4．2 常壓容器 　　JB/T 4735中給出了上述2種封頭壁厚計算公式。 運用式(7)和(8)，壓力從10 kPa到95 kPa，容器直徑從300 mm到5 200 mm，腐蝕裕量取1 mm進行計算。對計算出來的封頭壁厚和封頭質量進行比較，可以得出常壓容器封頭型式的選擇原則：①臥式容器或對直段長度小于6 000 mm的立式容器，使用碟形封頭。②對直段長度大于6 000 mm的立式容器，如果容器中的靜壓力小于等于450 kPa，使用碟形封頭；如果容器中的靜壓力大于450 kPa，使用標準橢圓形封頭。 4.3 壓力

49、容器 　　GB 150中上述2種封頭壁厚計算公式稍有變化。 受內壓標準橢圓封頭：　　(9) 受內壓碟形封頭：　　(10) 運用式(9)和式(10)，　選取壓力從100 kPa到600 kPa，容器直徑從300 mm到5 200mm，腐蝕裕量取1 mm進行計算。對計算出來的封頭壁厚和封頭質量進行比較，可得出壓力容器封頭型式選擇原則：①如果計算壓力小于等于450 kPa，而且容器直徑小于等于2 000 mm，使用碟形封頭。②如果計算壓力大于450 kPa，或容器直徑超過2 000 mm，且其計算壓力大于250 kPa，使用標準橢圓形封頭。③如果計算壓力小于250 kPa，對于任何直徑的容器

50、均使用碟形封頭。 4.4 真空或外壓容器 　　按GB 150方法，對真空度從20 kPa到100 kPa，容器直徑從300 mm到5 200 mm，腐蝕裕量取1 mm進行計算。比較計算出來的封頭壁厚和封頭質量，可得出真空或外壓容器封頭型式的選擇原則：①對直徑小于2 400 mm的容器使用碟形或標準橢圓形封頭，但碟形封頭更經濟通常被優(yōu)先選用。②如果直徑≥2 400 mm，則使用橢圓形封頭。 5 外壓圓筒與封頭的設計 5.1 概述 一、外壓容器的失穩(wěn) 1、外壓容器的定義 2、外壓薄壁容器的受力 對于薄壁殼體來講，內壓薄壁圓筒受的是拉應力，即=，=。而外壓薄壁圓筒所受的

51、是壓應力，這種壓縮應力的數值與內壓容器相同，只是改變了應力的方向，然而，正是由于方向的改變，使得外壓容器失效形式與內壓不同。外壓容器很少因為強度不足發(fā)生破壞，常常是因為剛度不足而發(fā)生失穩(wěn)。下面我們來看看失穩(wěn)的定義。 3、失穩(wěn)及其實質 失穩(wěn)：承受外壓載荷的殼體，當外壓載荷增大到某一數值時，殼體會突然失去原來的形狀，被壓扁或出現波紋，載荷卸除后，殼體不能恢復原狀，這種現象稱為外壓殼體的失穩(wěn)（Instability） 二、容器失穩(wěn)型式的分類 1、按受力方向分為側向失穩(wěn)與軸向失穩(wěn) （容器由均勻側向外壓引起的失穩(wěn)，叫側向失穩(wěn)，特點是失穩(wěn)時，殼體橫斷面由原來的圓形變?yōu)椴ㄐ危〝悼梢允莾蓚€、三個、

52、四個……，如圖所示） 2、按壓應力作用范圍分為整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn) 5．2 臨界壓力 一、臨界壓力的概念 二、影響臨界壓力的因素 （一） 筒體幾何尺寸的影響 （二） 筒體材料性能的影響 圓筒失穩(wěn)時，在絕大多數情況下，筒壁內的壓應力并沒有達到材料的屈服點。（是彈性失穩(wěn)）故這種情況失穩(wěn)與材料的屈服點無關，只與材料的彈性模數E和泊松比μ有關。材料的彈性模數E和泊松比μ越大，其抵抗變形的能力就越強，因而其臨界壓力也就越高。 但是，由于各種鋼材的E和μ值相差不大，所以選用高強度鋼代替一般碳素鋼制造外壓容器，并不能提高筒體的臨界壓力 （三） 筒體橢圓度和材料不均勻性的影響 1、穩(wěn)定

53、性的破壞并不是由于殼體存在橢圓度或材料不均勻而引起的。無論殼體的形狀多么精確，材料多么均勻，當外壓力達到一定數值時也會失穩(wěn)。 2、但是殼體的橢圓度與材料的不均勻性能使其臨界壓力的數值降低，使失穩(wěn)提前發(fā)生。 三、長圓筒、短圓筒、鋼性圓筒的定性描述 相對幾何尺寸 兩端邊界影響 臨界壓力 失穩(wěn)波形數 長圓筒 L/D0較大 忽略 只與Se/D0有關，與L/D0無關 2 短圓筒 L/D0較小 顯著 與Se/D0有關，與L/D0有關 大于2的整數 剛性圓筒 L/D0較小Se/D0較大 不失穩(wěn) 四、臨界壓力的理論計算公式 （一） 長圓筒 應變：=

54、 （二）短圓筒 應變 （三）剛性圓筒 五、臨界長度和長圓筒、短圓筒、鋼性圓筒的定量描述 （一）臨界長度定義（二）和 當圓筒處于臨界長度時，用長圓筒公式計算所得的臨界壓力值和用短圓筒公式計算的臨界壓力值應相等，即 同理，當圓筒處于臨界長度時，用短圓筒公式計算所得的臨界壓力值和用剛性圓筒公式計算的最大允許工作壓力值應相等，即 此時求出的L即為 （三）長圓筒、短圓筒和剛性圓筒的定量描述 若某圓筒的計算長度為，則： ＞ 屬長圓筒 ＜＜ 屬短圓筒 ＜ 屬剛性圓筒 5．3 外壓圓筒的工程設計 一、 設計準則 （一）許用外壓力和穩(wěn)定安全系

55、數m = —許用外壓力，Mpa —穩(wěn)定安全系數。對圓筒、錐殼=3；球殼、橢圓形和碟形封頭=15 （二）設計準則 計算壓力 =，并接近 二、 外壓圓筒壁厚設計的圖算法 1、算圖的由來 2、外壓圓筒和管子厚度的圖算法 三、外壓圓筒的試壓 外壓容器和真空容器以內壓進行壓力試驗。試驗壓力為： 液壓試驗 =1.25 氣壓試驗 =1.15 式中—設計壓力，Mpa； —試驗壓力，Mpa； 結束語 通過本次課程設計，使我對反應釜設計方案、封頭設計、筒體裝配的基本過程的設計方法、步驟、思路、有一定的了解與認識，它相當于實際反應釜生產設計工作的

56、模擬。在課程設計過程中，基本能按照規(guī)定的程序進行，按照老師的要求和反應釜的基本流程進行設計，其間與指導教師進行幾次方案的討論、修改，再討論、再修改，最后定案，進行正式設計階段。設計方案確定后，又在老師指導下進行擴充詳細設計，并畫出若干能夠清楚表達自己設計圖；最后進行流程圖設計。整個過程周密有序，最終順利完成全部課程設計。 此次課程設計按照設計任務書、指導書、技術條件的要求進行。所作的方案也經過了充分的考慮，設計表達清楚。但是在設計過程中我也發(fā)現一些問題，書本上的知識只能補充我的不足，還應該有真正的實踐能力，掌握設備的性能，這次課程設計是為以后的工作學習奠定了基礎，使我受益匪淺。 致謝

57、 感謝我的指導老師，這篇論文的每個實驗細節(jié)和每個數據，都離不開您的細心指導，您循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。您嚴謹細致、一絲不茍的作風將一直是我工作、學習中的榜樣。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入這次畢業(yè)設計中。 同時，我要感謝我們學院給我們授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學到了專業(yè)知識，并從他們身上學到了如何求知治學、如何為人處事。我也要感謝我的母校常州工程職業(yè)技術學院，是她提供了良好的學習環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的大學生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆。 另外，衷心感謝我的同窗同學們，在我畢業(yè)論文寫作中，與他們的探討交流

58、使我受益頗多；同時，他們也給了我很多無私的幫助和支持，我在此深表謝意。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！ 學無止境！明天，將是我終身學習另一天的開始。 參考文獻 1 蔡紀寧，張秋翔.化工設備機械基礎課程設計指導書.北京：化學工業(yè)出社.2000 2 刁玉瑋，王立業(yè).化工設備機械基礎.大連：大連理工大學出版社.1983 3 湯善甫，朱思明.化工設備機械基礎.上海：華東理工大學出版社.1991 4 陳立德.機械設計基礎.北京：高等教育出版社.2004 5 許德珠.機械工程材料.北京：高等教育出版社.2001 6 王凱，虞軍.攪拌設備.北京：化學工業(yè)出版社.2003 7 徐灝.機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社.1991 8 何七榮.機械制造工藝與工裝.北京：高等教育出版社.2003 32