课程设计-立式多喷嘴水喷射真空泵设计.doc

立式多喷嘴水喷射真空泵设计前言 随着我国高等教育事业的迅速发展，实用型的设计已经是迫在眉睫。本设计书正是关于立式多喷嘴水喷射真空泵的设计。 本设计书根据真空泵的设计参数，对真空泵的主要元件进行了强度，刚度，稳定性的计算和设计。对真空泵的附件进行了选型，以及对真空泵质量检验方法使用和进行焊缝的结构设计。最后提供了真空泵的装配图和水室部件图 首先感谢张茂润老师为本人提供的技术指导以及宝贵的经验，由于本人水平有限，加之初次进行这种设计，所以设计书中有诸多不完善之处，敬请广大同仁和读者指教。水喷射真空泵具有能耗低，结构简单、紧凑，加工容易，工作可靠无泄漏无运动部件维护( 维修) 简单等优点。这使得水喷射真空系统的应用越来越广泛。目前多级串连的组合式水喷射泵机组已经投入使用， 可以获得很高的真空度。然而虽然水喷射泵应用前景广阔，但是从目前国内使用来看水喷射泵真空系统的使用并不普遍原因很多，归结起来主要有（1）设计人员受传统观念束缚首先考虑机械式真空设备，采用其他的真空设备往往会承担风险，且易受业主的影响。（2）业主根据经验，往往认识不到水喷射泵真空系统的各种优势，会提出采用机械式真空设备的要求。（3）社会的普及情况，从而形成一种惯性，得不到进一步的推广。（4）设计制作及使用方面的原因正是因为这些原因，虽然水喷射泵真空设备已经出现多年。采用水喷射真空系统从各方面来说都是效益显著的，在实际生产使用中由于设计制作安装及使用过程中存在的各种问题，往往出现系统无法达到系统能力或设备短寿命等情况。因此优良的设计制作，以及正确的安装使用及维护可以充分发挥水喷射真空系统的能力，提高生产效率降低生产成本。 最次再次感谢张茂润老师，在这炎炎夏日，不辞辛苦的指导我们完成设计。对此表示由衷的感谢。 目 录前言1第一章：水室的设计11.1 水室筒体的设计11.1.1 设计参数的确定11.1.2 筒体壁厚的强度计算21.1.3 筒体壁厚的刚度计算21.2筒体法兰联接结构的设计21.2.1法兰的设计及密封面的选型21.2.2 垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计31.3 进液管的设计41.3.1 进液管直径的设计41.3.2进液管长度的设计及装配尺寸41.3.3进液管法兰联接结构的设计4一、管法兰的设计及密封面的选型4二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计51.4筒体长度的确定61.5压力表接管及法兰联接结构的设计61.5.1 接管的设计61.5.2 法兰联接结构的设计7一、法兰的设计及密封面的选型7二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计71.6水室的部件图8第二章：平板封头的设计92.1平板封头的强度计算92.1.1设计参数的确定92.1.2 平板封头壁厚的设计92.1.3 平板封头的结构设计10第三章 喷板的设计113.1 喷嘴孔在喷板上的布置113.2 喷板的稳定性计算123.2.1 设计外压的确定123.2.2 稳定性计算12第四章 真空室的设计134.1 真空室的长度设计134.1.1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144.1.2圆锥壳的长度设计144.2 真空室的稳定性计算154.2.1设计外压的确定154.2.2筒体壁厚的设计15一试差法15二、图算法164.2.3 圆锥壳壁厚的设计164.3 真空室的法兰联接结构设计174.3.1外压圆筒的法兰联接结构设计174.3.2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184.3.3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194.3.4进气管的装配尺寸204.3.5支座的装配尺寸204.3.6真空表接管的装配尺寸204.4 真空室的部件图20第五章 喷嘴的设计215.1喷嘴的设计215.2防旋装置的设计22第六章 喉管、尾管的结构设计226.1 喉管的设计226.2.1尾管的设计236.2.2 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257.1水室的水压试验257.1.1试验压力的确定257.1.2压力试验的强度校核257.1.3水压试验的操作257.2真空室的气压试验267.2.1试验压力的确定267.2.2压力试验的强度校核267.2.3气压试验的操作26第八章 支座的设计278.1 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288.1.2操作介质的质量（）的估算288.2支座的选型及尺寸设计298.2.1支座的选型298.2.2支座的尺寸设计29第九章 开孔补强的设计计算309.1 水室开孔补强的设计计算309.1.1水室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算309.1.2 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319.1.3 补强面积的的确定319.2真空室开孔补强的设计计算329.2.1真空室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算329.2.2 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339.2.3 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3511.1技术特性表3511.2接管表3611.3技术要求3611.4标题栏及明细表3711.5 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。第一章：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-法兰；2-筒体；3-仪表接管；4-进液管 图1 水室的结构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=1.10.2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： = = 1.10.2设计温度： 25+15=40焊缝系数： （单面焊透,不做无损探伤）钢板负偏差： 0.25（GB6654-96）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： 11.1.2 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 ，2/1000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。图2 法兰的结构与尺寸图2 法兰的结构与尺寸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：法兰 500-0.25 JG/T4701-2002。材 料： 16Mn螺栓规格： 16螺栓数量： 20法兰数量： 31.2.2 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（GB/T3985）。垫片的尺寸如图3。垫片标记：HG20606 垫片 FF 500-0.25 XB350本设计选用六角头螺栓（A级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（A级、GB/T41-2000）、平垫圈（100HV、GB/T 95-2002）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(0.30.5)确定。其中=30、=14(见第二章)、=3、=14.8、3、螺栓伸出长度取=0.418。与平板封头联接的螺栓长度为：取长度。螺栓标记： 螺栓GB/T5780-2000 M1680 材 料： Q235-A螺母标记： 螺母GB/T41-2000 M162材 料： Q235-A垫圈标记： 垫圈GB/T 952002 -16-100 HV 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：根据得：由查钢管标准可知：进液管，外径、壁厚。开孔直径170.26所以不需要补强。9.2真空室开孔补强的设计计算真空室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和进气管接口。由于进气管开孔尺寸最大，因此，只需对进气管孔进行补强计算。9.2.1真空室的筒体开孔后被削弱的金属面积的计算式中：219-12+2(1+610%)210.2（）=163/113=1.441.0，取1.0将已知值代入得： = 85.13（mm2）9.2.2 有效补强区内起补强作用的面积计算一、筒体起补强作用金属面积的计算式中 取两者中较大值，取筒体的有效壁厚5-1.253.75（）将已知值代入得：二、接管起补强作用金属面积的计算式中 取两者中较小值，=0.140（）将上述值代入得：302.5（2）三、焊缝起补强作用金属面积的计算焊缝高度6（）62=18（2）起补强作用的总面积为：617.99+302.5+18=938.49()9.2.3 补强面积的的确定 因为=617.99+302.5+18=938.49()85.13所以不需要补强。第十章 主要焊缝的结构与尺寸设计焊接是将需要连接的零件，通过在连接处加热熔化金属得到结合的一种加工方法，是一种不可拆连接。具有工艺简单、连接强度高、结构重量轻等优点，在化工容器及设备的制造行业中应用广泛。工件焊接后所形成的接缝称为焊缝。设备的主要焊缝有水室、真空室壳体的纵向焊缝；进液管、进气管与壳体的连接焊缝；仪表接管与壳体连接的焊缝；壳体与法兰的连接焊缝。 水室、真空室壳体的纵向焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（GB985-88）进行设计；液管、进气管与壳体的连接焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（HGJ17-89）进行设计；仪表接管与壳体连接的焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（HGJ17-89）进行设计；法兰的焊接按相应法兰标准中的规定。有关的设计结果如图24。 图24主要焊缝结构与尺寸第十一章 装配图及主要部件图的设计11.1技术特性表 技术特性表 工作压力水 室 0.2/ MPa 工作温度/ 水室 25 真空室 680mmHg真空室 25 设计压力水 室 0.2 / MPa 设计温度/ 水室 40 真空室 0.2/ MPa 真空室 40 物料名称水 室： 水腐蚀裕度/ mm水室 1.0真空室： 空气真空室 1.0 焊缝系数水 室 0.6真空室 0.6 容器类别 11.2接管表接管表编号公称尺寸联接尺寸标准联接面形式名 称a200PN0.25DN200HG20592RF气体进口b20PN 0.25DN20 HG20592RF压力表接口c200PN0.25DN200HG20592RF进水管d20PN 0.25DN 20HG20592RF真空表接口11.3技术要求技 术 要 求 （1）本设备按GB150钢制压力容器和HGJ18-89钢制化工容器制造技术要求进行制造、试验和验收，并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程的监督。（2）焊接采用电弧焊，水室和真空室焊条牌号J427。（3）焊接接头型式及尺寸除图中注明外，按HGJ17-89中规定，对接焊缝为DU19，接管与筒体、封头的焊缝为G1，角焊缝的焊角尺寸按较薄板的厚度，法兰的焊接按相应法兰标准中的规定。（4）设备上的类和类焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度20%，射线探伤符合GB332389规定中级合格；超声波探伤符合JB 115281规定中级合格。（5）压力试验和致密性试验水室制造完毕后，以0.32进行水压试验；真空室以0.2的压缩空气做内压进行致密性试验。（6）所有管接口除注明外伸长度外，其余为150（7）管口及支座方位见本图。（8）设备检验合格后，外壳涂两层红丹漆，再涂一层银粉漆。11.4标题栏及明细表35GB/T95-2002垫圈30 /17 =3mm 16100HV34GB/T41-2000螺母M 1628Q235-A0.0290.23233GB/T5780-2000螺栓M 16808Q235-A0.1651.3232JB/T4725-2000耳式支座B24Q235-AF 3.012组合件31HG20593法兰PL200-0.25 RF116MnR6.856.8530GB13296接管20061Q235-B7.902=20029防旋十字挡环13聚四氟乙烯28手 柄2Q235-A2.027平板封头1Q235-B21.726GB/T95-2002垫圈37 /21 =3mm 72100HV25GB/T41-2000螺母M 16220Q235-A0.0290.5824GB/T5780-2000螺栓M 165020Q235-A0.1653.3023JB/T4704-2000垫片mm1石棉橡胶板22HG20593法兰PL20-0.25 RF2Q235-B0.61.221GB8163接管2732Q235-B0.310.62=15020喷 嘴13KMTBCr21.3918.07组合件19筒体5005 , H=4001Q235-B10618GB/T95-2002垫圈30 /17 =3mm 72100HV17GB/T41-2000螺母M 16220Q235-