化工设备机械基础课程设计.doc

化工设备机械基础课程设计

33
2020年6月23日
资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。
《化工设备机械基础课程设计》
1.1课程设计的目的
(1) 综合运用《化工设备机械基础》及其相关课程的理论知识, 巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。
(2)培养学生对化工工程设计的技能以及独立分析问题、 解决问题的能力。树立明确的设计思想, 掌握化工单元设备设计的基本方法初步骤, 为今后创造性地设计化工设备及机械打下一定的基础。
(3)培养学生熟悉、 查问并综合运用各种有关的设计手册、 规范、 标难、 图册等设计技术资料; 进一步培养学生识图、 制图、 运算、 编写设计说明书等基本技能; 完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的设汁能力的基本训练。

1.2课程设计的要求
(1)树立正确的设计思想。在设计中要本着对工程设计负责的态度, 从难从严要求, 综合考虑经济性、 实用性、 安全可靠性和先进性, 严肃认真地进行设计, 高质量地完成设计任务。
(2)具有积极主动的学习态度和进取精神。在课程设计中遇到问题不敷衍, 经过查阅资
料和复习有关教科书, 积极思考, 提出个人看法, 主动解决问题, 注重能力培养。
(3)学会正确使用标准和规范, 使没汁有法可依、 有章可循。
(4)学会正确的设计方法, 统筹兼顾, 抓主要矛盾。

1.3 课程设计的内容
根据教学大纲要求, 完成一种典型设备的机械设计, 工作量应包括: 设备总装图1张, 设计计算书1份。

1.4 课程设计的步骤
1.4.1准备阶段
(1)设计前应预先准备好设计资料、 手册、 图册、 计算和绘图工具、 图纸及报告纸等;
(2)认真研究设计任务书, 分析设计题目的原始数据和工艺条件, 明确设计要求和设计
内容

1.4.2 机械设计阶段
化工设备的机械设计是在设备的工艺设计后进行的。根据设备的工艺条件(包括工作压力、 温度、 介质特性、 结构形式和尺寸、 管口方位、 标高等), 围绕着设备内、 外附件的选型进行机械结构设计、 围绕着确定厚度大小进行强度、 刚度和稳定性的设计和校核计算。这一步往往经过”边算、 边选、 边画、 边改”的做法来进行。一般步骤如下。
(1)全面考虑按压力大小、 温度高低和腐蚀性大小等因素来选材。一般先按压力因素来选材; 当温度高于200℃或低于一40℃时, 温度就是选材的主要因素; 在腐蚀强烈或对反应物及物料污染有特定要求的, 腐蚀因素又成了选材的依据。在综合考虑以上几方面同时, 还要考虑材料的加工性能、 焊接性能及材料的来源和经济性。
(2)选用零部件。设备内部附件结构类型, 如塔板、 搅拌器型式, 常由工艺设计而定; 外部附件结构形式, 如法兰、 支座、 加强圈、 开孔附件等, 在满足工艺要求条件下, 由受力条件、 制造、 安装等因素决定。
(3)计算外载荷, 包括内压、 外压、 设备自重, 零部件的偏载、 风载、 地震载荷等, 常见列表法、 分项统计的方法来进行。
(4)强度、 刚度、 稳定性设计相校核计算。根据结构形式、 受力条件和材料的力学性能、 耐腐蚀性能等进行强度、 刚度和稳定性计算, 最后确定出合理的结构尺寸。因大多数工况下强度是主要矛盾, 因此有的设备设计常不作后两项计算。
(5)绘制设备总装图。对初学者, 常采用”边算、 边选、 边画、 边改”的作法, 初步计
算后, 确定大致结构尺寸, 分配图纸幅面, 轻轻给出视图底稿, 待尺寸最后确定后再加深成
正式图纸。

1.4.3 设计计算说明书
设计计算说明书是图纸设计的理论依据, 是设计计算的整理和总结, 是审核设计的技术文件之一。其内容大致包括:
①目录;
②设计任务书;
⑧设计方案的分析和拟定;
④各部分结构尺寸的确定和设计计算;
⑤设计小结,
⑥参考资料。
设计计算说明书要求计算正确, 论述清楚, 文字精练, 插图简明, 书写工整, 装订成册。
1.4..4课程设计答辩
课程设计的图样及说明书全部完成后, 须经指导老师审阅, 得到认可后, 方能参加答辩。
课程设计的成绩要根据图样、 说明书和答辩所反映的设计质量和能力．以及设计过程中的学
习态度综合加以评定。

第2章 化工设备结构特点及其图示表示特点
2．1 化工设备的结构特点
2.1.1 基本形体多由回转体组成
化工设备多为壳体容器, 其主体结构常采用圆仕形、 椭圆形、 球形、 圆锥形等回转体。
2.1.2 尺寸相差悬殊
设备的总体尺寸和局部相差较大。
2.1.3设备的开孔和接管口较多
2.1.4大量采用焊接结构
2.1.5 广泛采用标准化、 通用化、 系列化的零部件
2.1.6 对材料有特殊要求
化工设备的材料除考虑强度、 刚度外, 还要考虑耐腐蚀, 耐高温、 深冷等。因此．材料使用范围广．
2.1.7安全结构要求高
对处理有毒、 易燃、 易爆介质的化工设备, 要求密封结构好, 安全装置可靠。因此, 除对焊缝进行严格的检查外, 对各连接面的密封结构提出了较高要求。

2.2 化工设备的图示表示特点
化工设备图的特点, 是由化工设备结构特点决定的。
2.2.1基本视图的配置
因为设备的基本形体多由回转体组成, 因此用两个视图就能够表示它的主体结构。卧式设备一般以主、 左(右)视图来表示设备的主体结构, 而立式设备, 常见主、 俯视图表示其主体结构。有时对特别高大或狭长形体的设备, 当视图难以按投影关系配置时, 允许将俯(左)视图配置在图样的其它空处, 但必须标注”俯(左)视图”或”×向”等字样。
当设备需较多视图才能表示清楚时, 允许将部分视图画在数张图纸上, 但主视图及该设
备的明细表、 技术要求、 技术特性表、 管口表等内容均应安排在第一张图纸上。同时在每张
图样的附注中应说明视图间的关系。
2.2.2多次旋转表示方法
在设备的壳体圆周上常装有结构方位不同的管口和零部件, 为了在同一视图上反映出真
实形状和位置, 常按机械制图中旋转视图(旋转剖视)的方法．假想将其经过多次旋转, 正
好旋转到能在主视图的投影面上反映其真实形状和位置为止, 再画下它的视图, 这种画法称
为多次旋转画法。如图2—2中的人孔经过逆时针45˙旋转, 在主视图的投影面上仍不能反映其原形; 然后再将人孔本身沿顺时针旋转90, 这时才能在投影面上反映出原形。管口d无论按顺时针还是逆时针旋转, 都会出现图形重叠现象, 这是不允许的。遇到这种情况, 常见局部剖视的方法另行画出。
在化工设备中采用多次旋转画法, 允许不作标注, 其周向方位仍以管口方位图为准。

2.2.3 局部结构表示的方法
由于设备总体和安装其上的零部件尺寸相差悬殊, 但总体尺寸选定的绘图比例, 往往无法将其局部结构表示清楚。因此在化工设备图中, 往往较多的运用局部放大图的方法来表示局部结构详情, 常称节点图。
局部放大图常见剖视、 剖面法来表示, 也能够用一组视图来表示, 如图2—3中裙座的座圈就用3个视图表示得很清楚。
设备中如有若干组结构相同仅尺寸不同的零部件时, 可用集中综合表示的方法．即用图示表示它们的形状结构．列表填入它们的尺寸系列, 如图2—4所示的u型管换热器中的u型管的表示方法, 就属此种。u型管的系列尺寸标注见表2—l。

2.2.5 管口方位的表示方法
常见的有三种情况: 一是管口方位已由化工工艺人员单独画出管口方位图, 在设备俯视图上只需注明”管口及支座方位见管口方位图, 图号××× ××”等字样。此时在设备图的俯视图中画出的管口, 只表示连接结构, 不反映管口真实方位, 也不能注方位(角度)尺寸; 二是管口方位已由工艺人员确定, 但没有画出管口方位图, 此时可在设备俯(左)视图
上表示该设备管口方位, 并注出方位尺寸, 并在技术说明栏目内注明”管口方位以俯(左)视图为准”等字样; 三是管口和零部件结构形状巳在主视图上或经过其它辅助视图表示清楚的, 在设备的俯(左)视图中能够用中心线和符号简化表示管口等结构的方位, 如图2—5所示。
2.2.6 假想断开、 分段(层)的表示方法
一些化工设备中, 如填料塔、 筛板塔、 浮阀塔, 它的总体尺寸很大, 而它的填料段或装有塔盘段的结构相同或安装方位是有规律的重复变化．这时假想断开, 把结构相同的部分段省略, 简化画出, 如图2—6所尔。这样可合理地利用幅面和选用较大比例绘图。
2.2.7设备整体的表示方法
细长和高大的设备采用断开成分段的画法后, 往往破坏了整体感, 常采用整体简图的画法弥补, 如图2—9所示。整体图的特点是; 制图比例采用缩小程度较大的比例; 采用单线简化画法; 总体图上应包括的尺小数据是: 设备总高、 各管口定位尺寸和标高、 人(手)孔的位置、 塔板(或其它内件)的总数、 板间距、 顺序号、 塔节数和标高、 设备附件的标高位置等。

2.3 化工设备图的主要内容
2.3.1 一组视图
一组视图表示设备的主要结构形状和零部件之间的装配关系。而且这组视图符合《机械制图》国标的规定。
2.3. 2 四类尺寸
为设备制造、 装配、 安装和检验提供的尺寸数据有: 表示设备总体大小的总体尺小; 表示规格大小的特性尺寸; 表示零部件之间装配关系的装配尺寸; 表示设备与外界安装关系的安装尺寸。
2.3.3 管口符号和管口表
设备上的管口都有专门用途, 都应注明, 常见拼音字母顺序编号。并把管口的有关数据和用途等内容标注在专门列出的管口表中。
2.3.4零部件编号及明细表
把组成设备的所有零部件依次编号, 并把每一个编号的零部件名称、 规格、 材料、 数量、 单重及有关图号或标准号等内容, 填写在主标题栏上方的明细表内。
2.3.5技术特性表
技术持性表用表格形式列出设备的主要工艺持性, 如操作压力、 操作温度、 物料名称、 设备容积等内容。
2.3.6技术要求
技术要求常见文字说明的形式．提出设备在制造、 检验、 安装、 材料、 表面处理、 包装
和运输等方面的要求。
2.3.7 标题栏
标题栏常放在图样的右下角, 有规定的格式, 用以填写设备的名称、 设计单位、 图样编号以及设计、 制图、 校审人员的签字等。
2.3.8 其它
其它需要说明的问题, 如图样目录、 附注、 修改表等内容。

2.4 化工设备图中的简化画法
绘制化工设备图时, 除采用《机械制图》国标中规定的画法外, 还根据化工设备结构的
特点和设计、 生产制造的要求, 有关部门对其简化画法作出补充规定。
2.4.1 设备结构允许用单线表示
设备上的某些结构, 在已有部件团、 零件图、 剖视图、 局部放大图等能够清楚表示结构的情况下, 装配图中的下列图形均可按比例简化为单线(粗实线)表示。例如; 筛板塔、 浮
阀塔、 泡罩塔的塔盘表示如图2—10。当浮阀、 泡罩较多时, 亦可用中心线表示或不表示。换热器的折流板、 挡板、 拉杆、 定距管、 膨胀节等, 可按图2—11单线画出。悬臂吊钩如图2—12。
2．4．2标准零部件的画法
设备上的零部件如果有标准图、 复用图和外购件(如减速机、 浮球液面计、 搅拌桨叶、 填料箱、 电动机、 油杯、 人孔、 手孔等)可将主要尺寸按比例画出表示其特性的外形轮廓线(粗实线)。图2—13是几种标准零件简化的外形轮廓图例, 图2—14是几种标准部件简化的外形轮廓图例。

2.4.3管法兰的简化画法
(1)装配图中对管法兰的画法, 不必分清法兰类型和密封面型式, 一律简化成如图2—15所示的形式。对于它的类型、 密封面型式、 焊接型式等均在明细表和管口表中标出。
(2)对于有特殊结构的管法兰(如带有薄衬层的管法兰), 要用局部剖视总图表示出来。如图2—16所示的是带衬层的管法兰局部剖视图, 其中衬层断面可不加剖面符号。
(3)设备上对外连接的管法兰除特殊场合外, 均不配对画出。

2.4.4重复结构的简化画法
2.4.4.1 螺栓连接的简化画法
(1)装配图中螺栓孔在图形上用中心线和轴线表示如图2-17所示。
(2)装配图中一般法兰的连接螺栓、 螺母、 垫片, 可用粗实线画出的简化符号”十、
×”表示, 如图2—18所示。

(3)装配图中相同规格的螺栓孔和螺接连接, 在数量较多且均匀分布时, 在视图中至少画两个, 以表示方位(跨中和对中分布)。

第3章 化工设备装配图和零部件图的绘制
化机课程设计的结果是一套图样(包括装配图和零部件图)和一份说明书, 是化工设备的机械设计的核心内容, 应把重点放在装配图的绘制上。
3.1 化工设备装配图的绘制
3.1.1 布图
3.1.1.1 合理设计视图表示方案
(1)合理选择基本视图。首先是主视图的选择, 一般是按设备工作位置, 以最能表示各零部件装配关系, 设备工作原理及零部件的主要结构形状的视图为主视图。主视图常见全剖视并用多次旋转剖的画法, 将管口等零部件的轴向位置及装配关系表示出来。
主视图选定后, 再合理配置份(左)视图．以补充表示对于设备主要装配关系、 结构特征等内容在主视图上没有表示清楚的地方。在俯(左)视图上, 常见以表示管口及支座等有关零部件在设备周向的方位。
(2)合理选择辅助视图和各种表示方法。化工设备上的零部件连接、 接管和法兰的连接焊接结构以及尺寸过小的结构处等无法用基本视图表示清楚的地方, 常采用局部放大图、 方向视图等辅助视图、 剖视剖面等方法表示。
3.1.1.2 合理选择绘图比例、 幅面大小, 合理安排幅面
(1)确定幅面大小。化工设备的图幅, 按国标《机械制图》规定(见表3—1), 必要时还允许将二号幅面短边加长．增加量按短边尺寸的二分之一递增。幅面大小的选择是根据视图数量、 尺寸配置、 明细表大小, 技术要求等内容多少、 所占范围, 并照顾到布图均匀美观等因素来确定。还要注意幅面大小与比例选择同时考虑。

(2)选择绘图比例。绘图比例应按国标《机械制图》的规定选取, 见表3—2。但根据化工
设备的结构特点, 能够增加选用1: 6、 1: 15、 1: 30等比例。常见的比例是1: 5、 1: 10、 1: 15等几种。

同一张图上, 如果有些视图(如同部视图等)与基本视图的比例不同时, 必须注明该视图采用的比例, 标注的格式是在视图名称的下方注出如: 的字样, 若图形没按比例, 可在标注比例的地介写上”不按比例”字样。
(3) 图面安排

3.1.2绘制视图底稿
3.1.2.1 布置视图
绘制视图前, 先在图幅上布置备视图位置。
首先布置好基本视图的位置．根据各视图大小范围．定出各视图主要轴线(如对称中心线)和绘图基准线的位置。做好这一步．必须注意除图形外、 还要照顾到标注尺寸, 编写件号等所需位置, 视图问、 视图与边框间要留有余地．避免图面疏密不均的现象。
3.1.2.2 画视图
一舶按照; 先画主视图, 后画俯(左)视图; 先画主体．后画附件; 先画外件, 后画内
件; 先定位置, 后画形状的原则进行。
3.1.3标注尺寸和焊缝代号
3.1.3. 2 化工设备上常见的尺才基准
尺寸基准选用的原则: 既要保证设备在制造和安装时达到设计要求．
常见尺寸基准有四种:
①设备筒体和封头的中心线;
②设备筒体相封头连接的环焊缝,
②法兰的连接面:
④设备支座、 裙座的底平面。
3.1.3. 3 典型结构的尺寸标注举例和注意事项
(1)简体的尺寸, 一般标注内径(若用管材作简体, 则标注外径)、 厚度和高(或长)。
(2)封头的尺寸, 标注厚度和封头高(包括直边高在内)。
(3)管口尺寸, 标注管u直径相厚度。如果管口的接管为无缝管则需标注外径与厚度。

3.1.4编排零件件号和管口符号
3.1.4.1 件号编排原则和方法
(1)直接组成设备的所有零部件(包括薄衬层、 厚衬层, 厚涂层)和外购件．不论有无零部件图．均需编写件号。
(2)设备中结构、 形状、 材料和尺寸完全相同的零部件, 不论数量多少, 装配位置不同
均编成同一件号, 且只标注一次。
(3)对于互相可替换的零部件应编同一件号, 但须在右下角分别标注a、 b、 c等字母以示
区别等。
(4)组成一个部件的零件．在部件图编号时, 件号由两部分组成, 中间用细实线隔开．如:
18一6。
(5)件号编写方法:
①件号编写形式同国标《机械制图》规定; 件号字体大小应稍大于尺寸数字;
②件号应尽量排在主视图上, 由主视图左下角开始, 沿顺时针方向连续编号, 在垂宜相水平方向应整齐排列, 并力求编排在尺寸线外;
②件号编排若有遗漏或需增添时, 则应编排在外圈, 不应混在正常编号的序列中。

3.1. 4.2 管口符号的编排原则和方法
(1)管口符号—律用a、 b、 编写, 字体大小同件号字样;
(2)规格、 用途及连接面形式不同的管口, 均应单独编写管口符号, 规格、 用途及连接面型式完全相同的管口, 则应编同一符号, 但应在符号的右下角加阿拉伯数字角标, 以示区别。
, 如al、 a 2, 等。
(3)管口符号编写方法:
①管口符号一律注写在注视图中管口的投影旁;
②管口符号的编写顺序, 应从主视图的左下方开始, 按顺时针方向依次编写。其它视图上的管口符号则应根据主视图中对应的符号进行填写。
3.1.5编写明细表和管口表

3.1.7 填写图面技术要求
3.1.7.2 板式塔装配图技术要求
(1)本设备按GBl50—一]998《钢制压力容器》和HG 20584—1998《钢制化工容器制造技
术要求》进行制造、 试验和验收, 并接受国家质量拉木监督局颁发的《压力容器安全技术监
察规程》的监督。
(2)焊接采用电弧焊, 焊条牌号为——(牌号按HG 20581—1998中选用, 或按表2—3—
2—4选用)。
(3)焊接接头型式及尺小除图中注明外．按GB 985-88或HG20583—1998中规定。对
接焊缝为 , 接管与壳体、 封头的角焊缝的焊缝为——; 带补强圈的接管与壳体、 封头的角焊缝的焊缝为 ; 角焊缝的焊脚尺寸按较薄板的厚度; 法兰焊接按相应法兰标准中的规定。
(4)容器上的A类和B类对接焊缝应进行X射线探伤检查, 检测长度不得少于各条焊接接头长度的20％, 且不小于250mm．X射线探伤应符合GB 3323—89中规定—— 级为合格。
(5)塔体直线度公差为 mm．且不大于 mm。塔体安装垂直度公差为——mm．且不大于15mm。
塔体直线度及塔体安装束直度公差均为1／1000塔高。塔体最大直线度公差: 当塔高«20m时．不得超过20mm; 当塔高＞20m时．不得超过30mm。
(6)裙座(或支座)螺孔中心圆公差± 3mm, 任意两孔间距公差±3mm。
(7)塔盘的制造、 安装按JBl205- 80《塔盘技术要求》进行。
(8)设备制造完毕后, 设备内以 MPa(表压)进行水压试验。
(9)管口及支座方位按本图(或管口及支座方见管口方位图。

、

5．2 塔设备设计的内容和步骤
5．2．1 塔设备设计的内容
塔设备设计包括厂艺设计相机械设计两方面。本课程设计是把工艺参数、 尺寸作为已知
条件, 在满足上艺条件的前提下, 对培设备进行强度、 刚度和稳定性计算, 并从制造、 安装、
沛修、 使用等方圆出发进行结构设计。
塔设备设计任务书内容和格式常按友5—2。
5．2．2塔设备设计的步骤
在阅读了设汁任务书后, 按以下步骤进行塔设备
n L 2．] 进行强度、 刚度和稳定性计算
包括如1: 内容:
①了解设计条件
②选材;
②按设计压力汁算塔体和封头壁厚;
④塔设备质量载荷计算;
①风载荷与风弯矩计算;
⑥地震载荷与地震弯炔计算;
⑦偏心载荷与偏心弯短计算;
⑦各种载荷引起的抽向应力;
⑨塔体和沼座危险截面的强度与稳定校核
⑩塔体水压试验和吊装时的应力校核;
⑩基础划; 设计;
⑩地脚螺柱计算。
5．L 2．2 进行结构设计
(1)板式塔结构设计内容如下:
①塔仲与裙座结构;
①塔盘结构是板式塔的主要结构部分
f1: 等;
⑨除沫装置, 沟于分离气体中央带的液滴, 多位于塔顶出口处;
①设备接管, 包括用于女装、 检修塔盘的人(手)孔, 气体和物料进出口的接管
安装化工仪表的接管等‘
⑤塔附件, 包括支承保温材料的保温围
(2)填料塔结构设计内容如下:
①塔体与裙座结构;
⑥喷淋装置;
②液体冉分布器;
④垣料支众结构;
⑤塔附件。